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Elektrisches Kreuzspul-Drehmagnet-Meßgerät, insbesondere für Widerstandsfernanzeige
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Ereuzspul-Drehmagnet-Meßgeräte, wie sie
beispielsweise als Quotientenmesser bekannt sind. Bei derartigen Meßgeräten wirkt
das resultierende Feld gekreuzter, von Meßströmen durchflossener Spulen auf einen
Drehmagneten ein, der beispielsweise kreisscheibenförmige Gestalt besitzt, ein-
oder mehrfach radial magnetisiert und axial gelagert ist. Derartige Instrumente
besitzen eine sehr ungleichmäßig geteilte Skala, so daß man mit zusätzlichen Mitteln,
beispielsweise durch Anordnung einer dritten Spule, in räumlich verschiedener Lage
zu den beiden Meßstromspulen und Änderung der Feldlinienverteilung durch Weicheisenteile
eine ungefähr lineare Skala zu erreichen gesucht hat.
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Die Erfindung betrifft ein elektrisches lAreuzspul-Drehmagnet-Meßgerät,
insbesondere für die Widerstandsfernanzeige, mit zwei sich im rechten Winkel kreuzenden
Spulen und einem mit seiner Drehachse in der Schnittlinie der Mittelebenen beider
Spulen liegenden scheibenförmigen Drehmagneten, das sich erfindungsgemäß kennzeichnet
durch eine über der einen und zu dieser gegenläufig gewickelten Zusatzspule, die
mit der zweiten Spule in Reihe und gemeinsam mit dieser parallel zum Geberwiderstand
geschaltet ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung im einzelnen erläutert.
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Ein in der Grundform zylindrischer Wickelkörper, in dessen Innern
der kreisscheibenförmige Drehmagnet
koaxial mit der Achse des Wickelkörpers
gelagert ist, besitzt zwei Wickelräume A und B mit senkrecht zueinander stehenden
Mittelebenen, deren Schnittgerade mit der Achse des Drehmagneten zusammenfällt.
Im Wickelraum A sind die Spulenwiddungen I und 2 und im- Wickefraum B. die Spulenwicklung
3 untergebracht, wobei der Wickelsinn der Spulen I und 2 einander entgegengesetzt
ist. Die drei Spulen sind in Reihe geschaltet und ihre Enden an die Spannungsquelle
U gelegt. Der Geberwiderstand R ist zu den Spulen 2 und 3 parallel geschaltet. Die
drei Spulen I, 2 und 3 mögen die Windungszahlen wl, w2 und w3 und die Widerstände
R1, R2 bzw. R3 besitzen. Aus dem Vektordiagramm der Spulenfelder ergibt sich für
den Ausschlagwinkel ç des Drehmagnetzeigers, wenn die in den Spulen I und 2 fließenden
Ströme mit i1 und i bezeichnet werden,
Unter Berücksichtigung der Kirchhoffschen Verzweigungsgesetze läßt sich diese Beziehung
umformen
wobei R2 Rg t = (Ia) R2 + R3 ist.
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Für Rg = 0 ist auch n = O. In diesem Falle erreicht der Zeigerausschlag
sein Maximum, also ç = 90°, was sich aus dem Schaltbild unmittelbar ersehen läßt,
weil -dann nur das Feld der Spule I auf den Drehmagneten wirkt, während die Spulen.
2 und 3 kurzgeschlossen sind.
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.Für Rg = Rt7wac ist n = nmax. In diesem Falle soll der Zeigerausschlag
gleich Null sein. Mit Hilfe dieser Bedingung gewinnt man aus der Gleichung (I) für
n = nr,a eine erste Bedingung für die Bemessung der Wicklungen der Spulen I und
2, und zwar wird
Da Rg ein linearer Widerstand sein soll, ist für Rg = Rg max auch n = nmax, für
gleiches R2 und R3 2 2 wie vorher.
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Unter der Bedingung, daß dann auch der Zeigerausschlag # die Hälfte
des maximalen betragen soll (lineare Skala, gilt
woraus sich ergibt (3) 103 Mit Hilfe von Gleichung (3) ergibt sich aus (2) für die
Bemessung der Spulenwicklungen die weitere Beziehung w2 = w1 + w3. (2a) Unter Berücksichtigung
der Gleichungen (za) und (3) und der Substitution n = y . nmax = y #1 w3 nimmt die
Gleichung (I) die Form an I-y tg # = y . (4) Wertet man die Gleichung (4) zahlenmäßig
aus und trägt f in Abhängigkeit von y bzw. Rg als Kurve auf, so ergibt sich das
Bild der Fig. 2.
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Die Drehwinkelkurve ist demnach eine flache S-Kurve, welche die Kurve
der idealen Linearteilung der Geraden CD, bei = 0, 45 und 90° schneidet und zu ihrer
Mitte symmetrisch ist.
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Die Drehwinkelwerte der Kurve weichen im Maximum etwa 601, von den
idealen Werten der Geraden ab. Diese Abweichung läßt sich auf der Skala ohne weiteres
berücksichtigen. Für das Auge ist die Abweichung der Skalenteilung von der idealen
Linearität kaum auffällig und für praktische Zwecke bedeutungslos. In entsprechender
Weise, wie die Rechnung oben für einen maximalen Ausschlagwinkel von 90° durchgeführt
wurde, lassen sich auch die Wicklungen für kleinere Maximalausschläge des Drehmagnetzeigers
bestimmen. Die oben gewonnenen Wickeldaten für die Systemspulen sind von dem Verhältnis
des Geberwiderstandes zu der Summe der Widerstände der Spulen 2 und 3 abhängig.
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Infolgedessen lassen sich die Wicklungen nach der Erfindung für verschieden
große Geberwiderstände ohne weiteres angeben. Ein weiterer Vorteil ist, daß die
Geberwiderstände als gewöhnliche lineare Widerstände ausgeführt werden können, während
man früher vielfach zu Widerständen mit besonders gestalteten Wickelkörpern, insbesondere
Formstreifen, greifen mußte, um eine angenähert lineare Skala auf dem Meßinstrument
zu erzielen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nach den gegebenen
Regeln Drehmaguetsysteme bestimmt werden können, bei denen die Spulen I, 2 und 3
aus Teilwicklungen bestehen, die einzeln, zu zweien oder mehreren den genannten
Vorschriften genügen, so daß man in der Lage ist, ein Widerstandsmeßgerät nach dem
Kreuzspul-Drehmagnet- System zu schaffen, das mehrere wahlweise einschaltbare Meßbereiche
besitzt. Die Fig. 3 der Zeichnung stellt das Schaltbild eines solchen Kreuzspul-Drehmagnet-Gerätes
dar. Die einzelnen Meßbereiche sind mit I, II und III bezeichnet, die Umschalter
der drei Spulen sind zwangsläufig koordiniert.
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Ein besonderer Vorteil für die Herstellung von Kreuzspul-Drehmagnet-Meßgeräten
nach der Erfindung ist die bequeme Eichfähigkeit dieser Geräte.
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Hierdurch können bei der Herstellung solcher Instrumente in großen
Serien die Abweichungen des maximalen Geberwiderstandes vom Normalwert oder der
Widerstandswerte der Spulen in ihrer Wirkung auf die Größe des Zeigerausschlages
ausgeglichen werden,
7,u diesem Zweck wird gemäß Fig. 4 in Reihe
mit der Spule 3 ein Ohmscher Eichwiderstand RE geschaltet.
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In den oben angegebenen Formeln ändert sich hierdurch die Gleichung
(Ia) in 1?g R2 + R3 + RE (Ib) Die Skalenteilung bleibt dabei unverändert. Praktisch
vermindert man die Summe der Widerstände R2 + R3 von vornherein um 1/2 RE, um sowohl
positive wie negative Abweichungen des Maximalausschlags vom Sollwert ausgleichen
zu können.
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PATENTANSPÜCHE: I. Elektrisches Kreuzspul-Drehmagnet-Meßgerät, insbesondere
für Widerstandsfernanzeige, mit zwei sich im rechten Winkel kreuzenden Spulen und
einem mit seiner Drehachse in der Schnittlinie der Mittelebenen beider Spulen liegenden
scheibenförmigen Drehmagneten, gekennzeichnet durch eine über der einen und zu dieser
gegenläufig gewickelten Zusatzspule, die mit der zweiten Spule in Reihe und gemeinsam
mit dieser parallel zum Geberwiderstand geschaltet ist.