DE868470C

DE868470C - Standard excitation system with low power consumption for tongue frequency meter

Info

Publication number: DE868470C
Application number: DEH1607D
Authority: DE
Inventors: Arno Dr Phil Nat Gastell
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1943-09-03
Filing date: 1943-09-03
Publication date: 1953-02-26

Description

Einheitserregersystem mit kleiner Leistungsaufnahme für Zungenfrequenzmesser Bei den bisherigen Meßwerten für Zungenfrequenzmesser unterscheidet man Bauarten für niedrige (bis etwa 150 Hz) und hohe Frequenzen (bis 1500 Hz), wobei sich die beiden Bauarten durch die Gestaltung und den Aufbau der Magnete und des Eisenkerns, der bei den hohen Frequenzen lamelliert sein muä, unterscheiden. Beiden Systemen gemeinsam war bis heute ein Erregersystem mit viel Eisen. Durch die große Eisenmasse wurde einmal das Gewicht stark heraufgesetzt, zum anderen die Eisentverluste trotz der Lamellierung besonders bei hohen Frequenzen unzulässig erhöht. Die Verarbeitung dieser Eisenteile wurde meist durch spanabhebende Werkzuege bewirkt. Dadurch ergab sich eine teure und unwirtschaftliche Fertigung. Standard excitation system with low power consumption for tongue frequency meters at A distinction is made between types for the previous measured values for reed frequency meters low (up to about 150 Hz) and high frequencies (up to 1500 Hz), the two being different Types through the design and structure of the magnets and the iron core, the must be laminated at the high frequencies, differentiate. Common to both systems was until today a pathogen system with a lot of iron. Because of the great mass of iron it was on the one hand the weight is greatly increased, on the other hand the loss of iron despite the Lamination increased inadmissibly, especially at high frequencies. The processing these iron parts were mostly produced by cutting tools. This resulted in expensive and uneconomical manufacturing.

Die Erfindiung löst die sich daraus ergebende -Aufgabe, ein Einheitsmeßwerk mit geringer Leistungsaufnahme für alle im Frequenzmesserbau vorkommenden Frequenzen anzugeben. Anzustreben ist geringes Gewicht und leichte Fertigung der Einzelteile. The invention solves the resulting task, a unit measuring mechanism with low power consumption for all frequencies occurring in frequency meter construction to specify. The aim is to have a low weight and easy production of the individual parts.

Um eine möglichst gute Wirkung des magnetischen WechselfeLdes auf die Zungen zu erzielen, muß. man den Eisenschluß möglichst gut machen. In order to have the best possible effect of the alternating magnetic field to achieve the tongues must. to make the iron connection as good as possible.

Man wird daher in bekannter Weise die Erregerspule um die Zungen herumlegen und durch außen angebrachte Polschuhe für eine gute Kraftlinienführung sorgen. Zur besseren Erregung der Zungen wird dem Wechselfeld der Spule stets ein Gleichfeid uberlagert. Das Produkt dieser Felder muß möglichst groß gemacht werden, denn die Kraft- wirkung des WMechselfeldes auf die Zunge ist proportional zum doppelten Produkt aus dem Gleich-und dem Wechselfluß im Erregerkreis.The excitation coil will therefore be placed around the tongues in a known manner and ensure a good line of force guidance through externally attached pole shoes. To the With better excitation of the tongues, the alternating field of the coil is always a common field superimposed. The product of these fields must be made as large as possible, because the Force- The effect of the alternating field on the tongue is proportional to the double product of the direct and alternating flux in the excitation circuit.

Dies erreicht man durch einen möglichst geschlossenen Aufbau des Kraftlinienweges für die beiden Felder. Die Verluste im Eisen (Wirbelstrom und Hystereseverluste) gehen nahezu proportional zum Volumen. Man muß die Querschnitte klein und die Längen möglichst kurz nehmen, d. h. einf möglichst kLeines Meßwerk bauen. Eine sehr kleine und gedrungene Bauweise erreicht man erfindungsgemäß dadurch, daß man zur Erzeugung des Gleichfeldes permanente Magnete hoher Koerzitivkraft wählt, die man direkt in den magnetischen Wechselstromkreis legt. Erfindungsgemäß ist das Einbeitserregersystem für Zungenfrequenzmesser dadurch gekennzeichnet, daß der Eraftlinienweg des magnetischen Gleich-und Wechselfeldes nahezu geschlossen ist und daß die Permanentmagnete, die dlas magnetische Gleichfeld erzeugen, und ihre Polschuhe einen Teil des Kraftlinienweges des magnetischen Wechselfeldes bilden. This is achieved by building the as closed as possible Force line path for the two fields. The losses in iron (eddy current and hysteresis losses) go almost proportional to the volume. The cross-sections must be small and the lengths take it as short as possible, d. H. Build as small a measuring mechanism as possible. A very small one and compact construction is achieved according to the invention by the fact that one for the production of the constant field selects permanent magnets with high coercive force, which can be found directly in sets the magnetic alternating current circuit. The single exciter system is according to the invention for reed frequency meter, characterized in that the Eraftlinienweg of the magnetic Direct and alternating field is almost closed and that the permanent magnets that dlas generate a constant magnetic field, and their pole pieces form part of the path of the force line of the alternating magnetic field.

Damit ergibt sicht ein Aufbau, wie er in Abb. I im Schnitt skizziert ist. Darin bedeuten 1 die Zungenreihe, 2 die Fassung, in der die Zungen irgendwie befestigt sind. Der magnetische Gleichfluß wird durch die Magnete 3 und 3' erzeugt und wird durch die Polschuhe 4 und 4 über den Luftspalt 6 getrieben,. Die Grundplatte 7 dient ebenfalls als Leiter für das Kraftfeld. Die gestrichelte. Linie deutet den Weg der Kraftlinien des magnetischen Gleichfeldes an. Der Wechselfluß wird in der Spule 5 erzeugt und nimmt seinen Verlauf über die Zungen, verteilt sich dann über die beiden Polschuhe und die-Magnete. Sein Verlauf ist durch die scrichpunktierte. Linie gegeben. Diese Anordnung hat zwei Vorteile. Einmal wird das gesamte Meßwerk klein, zum anderen haben die hochkoerzitiven Werkstoffe wie Oerstit u. dgl. eine geringe Leitfähigkeit, wodurch die Wirbelstromverluste herabgesetzt werdenv. Die Anwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens sind aber nicht ausscfhlließlich auf das Ausführungsbeispiel der Abbildung beschränkt. Es besteht z. B. die Möglichkeit, die Magnete an einer anderen Stelle des in Abb. 1 angedeuteten Kraftlinienweges anzuordnen, wobei die Polschuhe entsprechend geändert werden müssen ; Durch Verwendung von Freßmagneten wie Tromalit (Oerstit plus Kunstharz) werden die Wirbelstromverluste weiterhin herabgesetzt. This results in a structure as sketched in Fig. I in section is. Here 1 means the row of tongues, 2 the version in which the tongues somehow are attached. The magnetic flux is generated by the magnets 3 and 3 ' and is driven through the pole pieces 4 and 4 over the air gap 6. The base plate 7 also serves as a conductor for the force field. The dashed. Line indicates that Path of the lines of force of the magnetic constant field. The alternating flow is in the Coil 5 generates and takes its course over the tongues, then spreads over the two pole pieces and the magnets. Its course is indicated by the dash-dotted line. Given line. This arrangement has two advantages. Once the entire measuring mechanism small, on the other hand, the highly coercive materials such as oerstite and the like have a low conductivity, which reduces eddy current losses v. the However, possible applications of the concept of the invention are not exclusive limited to the embodiment of the figure. There is z. B. the possibility the magnets at another point of the force line path indicated in Fig. 1 to be arranged, whereby the pole pieces must be changed accordingly; By using eddy current losses are reduced by feeding magnets such as Tromalit (Oerstit plus synthetic resin) further reduced.

Damit setzt sich der magnetische Kreis aus drei Materialien zusammen; aus dem Lüftspalt, den Weicheisenpolschuhen und den permanenten} Magneten. Der magnetische Widerstand der Polschuhe ist klein gegenüber dem der Magnete und des-Luftspaltes, kann also vernachlässigt werden. The magnetic circuit is made up of three materials; from the ventilation gap, the soft iron pole pieces and the permanent} magnets. The magnetic one The resistance of the pole shoes is small compared to that of the magnets and the air gap, can therefore be neglected.

Um eine möglichst große Kraft bei gegebener Erregung auf die Zunge auszuüben, müssen aber weiterhin noch, die Magnet-unld Luftspaltabmessungen aufeinander abgestimmt sein, denn die Kraft auf die Zunge hängt, stark von der Lage des Arbeitspunktes auf der Kennlinie des Magnets ab (Abb. 2). Je höher der Arbeitspunkt auf der Kennlinie liegt, um so größer wird die Gleichfeldinduktion und damit der Gleichfluß # = , aber um so kleiner die Steilheit. der Kurve ##B tg # = = µr, von der die Größe des Wechselflusses # # abhängt, wobei unter µr die reversible Permeabilität zu verstehen ist. Da die Kraftwirkung auf die Zunge proportional dem Produkt aus Gleich- und Wechselfluß ist, wird. die Amplitude der Zunge klein, bleiben. Umgekehr wird bei kleiner erregender Glelchfeldstärke wegen, des größeren µr der Wechselfluß wohl groß werden, das Produkt aber wiederum klein bleiben. Das Maximum der auf die Zungen ausgeübten Kraft X wird zwischen diesen beiden Werten liegen (s. Abb. 3). Vernlachlässigt man den magnetischen Widerstand der Weicheisenteile gegenüber dem des Luftspaltes und dem der Magnete und sieht von der Streuung ab, so läßt stich die Kraft auf die Zungen durch folgenden Ausdruck wiedergeben: wobei J # # # die Amperewindungszahl der Erregerspule, Fm den Querschnitt des Magnets lL # FL das Luftspaltvolumen, Bm die Induktion im Magnet, tg a den reziproken Wert des Entmagnetisierungsbaktors, µr die reversible Permeabilität im Arbeitspunkt und c eine Konstante bedeutet. Bei konstantem Querschnitt der Magnete und Luftspalt wird die anziehnende Kraft proportional zu Diesen Ausdruck kante man aus den Kennlinien für Magnetwerkstoffe für verschiedene Bm entnehmen und erhält für ein bestimmtes FL # lm tg α = Fm # lL den Maximalwert von K. Aus dem tga wird dann die Magnetlänge Im errechnet.In order to exert the greatest possible force on the tongue with a given excitation, the magnet and air gap dimensions must still be coordinated, because the force on the tongue depends heavily on the position of the working point on the magnet's characteristic curve (Fig. 2). The higher the operating point on the characteristic, the greater the constant field induction and thus the constant flux # =, but the smaller the slope. of the curve ## B tg # = = µr, on which the size of the alternating flux # # depends, whereby µr is to be understood as the reversible permeability. Since the force acting on the tongue is proportional to the product of direct and alternating flux, becomes. the amplitude of the tongue remains small. Conversely, with a smaller exciting equilibrium field strength, the alternating flux will probably be large because of the greater µr, but the product will again remain small. The maximum of the force X exerted on the tongues will lie between these two values (see Fig. 3). If one neglects the magnetic resistance of the soft iron parts compared to that of the air gap and that of the magnets and ignores the scatter, then the force on the tongues can be represented by the following expression: where J # # # is the number of ampere turns of the excitation coil, Fm is the cross section of the magnet lL # FL is the air gap volume, Bm is the induction in the magnet, tg a is the reciprocal value of the demagnetization factor, µr is the reversible permeability at the working point and c is a constant. With a constant cross-section of the magnets and air gap, the attractive force is proportional to This expression can be taken from the characteristic curves for magnetic materials for different Bm and for a certain FL # lm tg α = Fm # lL the maximum value of K is obtained. The magnet length Im is then calculated from the tga.

Den durch die Streuung hervorgerufenen beträchtlichen Fehler bestimmt man am Versuchsmodell und führt ihn als Korrektion in die Rechnung ein. Mit größer werdender Magnetdicke wächst auch die auf die Zungen ausgeübte Kraft an, doch wird man aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus nicht über etwa 1 cm gehen. Determines the significant error caused by the variance one on the test model and introduces it into the calculation as a correction. With bigger As the magnet becomes thicker, so does the force exerted on the tongues, but becomes one should not go over 1 cm for economic reasons.

Bei einem Meßwerk gemäß dem Erfindungsgedanken nimmt die Induktion in den Polschuhen dann Werte von etwa 2000 bis 5000 Gauß an, so daß man mit Querschnitten von etwa Iomm2/Iomm Systemlänge, also etwa I mm Dicke auskommt. In a measuring mechanism according to the concept of the invention, induction increases in the pole pieces then values of about 2000 to 5000 Gauss, so that one with cross-sections of about Iomm2 / Iomm system length, i.e. about 1 mm thick.

Zur Sicherheit und aus Gründen derwmechanischen Festigkeit wird man die Dicke zu I, 5 mm wählen.For safety and for reasons of mechanical strength, one will choose a thickness of 1.5 mm.

Bei diesem System erhält man genügenden Zungenausschlag bei noch so geringem Wechselfeld, daß selbst bei 1000 Hz die Verluste in den Polschuhen - so klein bleiben, daß man auf die Lamellierung verzichten kann und die Polschuhe aus Tiefziehblech durch Prägen gefertigt werden können. With this system, you still get a sufficient rash of the tongue so low an alternating field that even at 1000 Hz the losses in the pole pieces - remain so small that you can do without the lamination and the pole pieces can be made from deep-drawn sheet metal by embossing.

Den Angriffspumkt der Kraft an den Zungen muß man nach folgenden Gesichtspuniten wählen: Da es eir, Einheitsmeßwerk werden soll, darf der Angriffspunkt nicht höher als die Länge der kürzesten Zunge, muß also etwa 15 mm über der Wurzel liegen. Hinzu kommt noch, daß der Ausschlag der zungen einen Luftspalt fordert, der um so größer ist, je weiter der Angriffspunkt von der Wurzel entfernt ist. Ein, größerer Luftspalt bledingt aber bei gleichem Fluß mehr Magnetvolumen, ist also unwirtschaftlich. The point of attack of the force on the tongues must be according to the following Select point of view: Since it is to be a unitary measuring mechanism, the point of attack may no higher than the length of the shortest tongue, i.e. about 15 mm above the root lie. In addition, the deflection of the tongues requires an air gap, which is the greater, the further the point of attack is from the root. A, A larger air gap causes more magnet volume for the same flux, so it is uneconomical.

Geht man zu dicht an die Wurzel mit der Erregung, wird der für die Spule zur Verfügung stehende Raum zu klein. Am günstigsten wird ein Abstand von etwa 15 mm von der Wurzel sein. If you get too close to the root of the excitement, it becomes for them Coil available space too small. A distance of be about 15 mm from the root.

Der Luftspalt muß größer als die Maximalamplitude der Zungen an dieser Stelle sein (2 bis 3 mm), man wird ihn zu rund 4 mm wä'hlen. Zur besseren Einstellung des Luftspaltes können, die Polschuhe auch innerhalb gewisser Grenzen auf dem Permanentmagnet verstellbar angebracht werden. The air gap must be larger than the maximum amplitude of the tongues on this Place (2 to 3 mm), you will choose it to be around 4 mm. For a better setting of the air gap can, the pole shoes within certain limits on the permanent magnet adjustable.

Ein System mit dreizehn Zungen, nach obigen Regeln gebaut, hat bei wesentlich geringerem Gewicht und wesentlich einfacherem Aufbau bei 1000 Hz eine Leisturigsaufnahme von ungefähr o, VA gegenüber 3 bis 10 VA bei Instrumenten bisher bekannter Bauart. A system with thirteen tongues, built according to the above rules, has at a much lower weight and a much simpler structure at 1000 Hz Power consumption of about 0.0 VA compared to 3 to 10 VA for instruments so far known design.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Standard excitation system with small Power consumption for reed frequency meter, which remains unchanged (uniform) in connection with the tongue combs further frequency measuring ranges can be used and that from an elongated coil without an iron core and placed around the tongue comb is formed from two permanent magnets made of hochqçoerzitivem material, thereby characterized in that the path of the force lines of the magnetic constant and alternating fields is almost closed and that the permanent magnets that generate the constant magnetic field generate, and their pole pieces part of the path of the line of force of the alternating magnetic field form.

2 unit exciter system for tongue frequency meter according to claim 1, characterized in that the magnet and air gap dimensions are matched to one another in such a way that the expression becomes as large as possible, where Bm is the induction of the magnets, tga is the reciprocal value of the demagnetization factor and µr is the reversible permeability at the operating point.

3. Unit for reed frequency meter according to claim I and 2, characterized characterized in that the permanent magnets (3, 3 ') are attached next to the excitation winding (5) are and wear pole shoes (4,4) that are bent over the Erregenwircklung (5) and direct the magnetic constant flow through the air gap (6).

4. Unit excitation system for tongue frequency meter according to claim 1 up to 3, characterized in that the pole shoes (4,4 ') are made of soft iron sheet (deep-drawn sheet) are made by embossing.

5. Unit excitation system for tongue frequency meter according to claim 1 to 4, characterized in that; the Polsmube have a thickness of 1 to 2 mm.

6. Unit excitation system for tongue frequency meter according to claim 1 to 5, characterized in that the width of the Kuftsoplates (6) between the Pole shoes (4,4 ') in which the tongue comb (I) is arranged, is about 4 mm.

7. Unit exciter system for tongue frequency meter according to claim I. to 6 thereby! characterized in that the pole pieces to adjust the air gap width are adjustably attached.

8. Unit exciter system for tongue frequency meter according to claim I. to 7, characterized in that the excitation of the tongues at a distance of takes place about 15 mm above the root of the tongue.