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Elektrisches Meßgerät mit einem im Felde mehrerer bewickelter Magnetpole
drehbar gelagerten,unbewickelten, ferromagnetischen Anker
Es sind elektrische Meßgeräte
bekannt, bei denen im Felde mehrerer bewickelter Magnetpole ein unbewickelter, gegebenenfalls
aus Magnetstahl bestehender Anker drehbar gelagert ist, der sich unter dem Einfluß
der von Meßströmen durchflossenen Feldwicklungen in eine gewünschte Lage einstellt.
Derartige sogenannte Drehmagnet-Meßgeräte werden insbesondere zur Fernübertragung
von Drehbewegungen benutzt. Man hat aber auch bereits vorgeschlagen, solche Meßgeräte
zur Anzeige von in einer Widerstandsschaltung auftretenden Stromänderungen, insbesondere
zur Temperaturmessung mittels Widerstandsthermometer, zu benutzen. Diese Meßgeräte
haben vor den für diesen Zweck im allgemeinen üblichen. Drehspul- oder Kreuzspulmeßgeräten
den Vorteil, daß keine beweglichen Stromzuführungen erforderlich sind.
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Die Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines
elektrischen Meßgerätes mit einem im Felde mehrerer bewickelter Polansätze drehbar
gelagerten, unbewickelten, ferromagnetischen Anker, die es ermöglicht, durch geringe
konstruktive Abwandlungen das Gerät nach Bedarf zum Messen von Gleichströmen, Gleichspannungen,
Wechselströmen oder Wechsel-
spannungen sowie zum Messen des Verhältnisses
zweier Gleich- oder Wechselströme bzw.
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-spannungen zu benutzen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß der Anker unter dlem Einfluß von drei Polansätzen eines geschlossenen Eisenkörpers
steht, von denen zwei aus magnetisch weichem Werkstoff bestehen und durch den Meßstrom
im Sinne der Erzeugung ungleichnamiger Pole magnetisiert werden, wobei der Anker
so gestaltet ist, daß er innerhalb des Ausschlagbereiches einen magnetischen Schluß
zwischen den: von dem Meßstrom magnetisierten Feldpolansätzen einerseits und dem
dritten Feldpolansatz andererseits bildet.
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Vorzugsweise wird der Anker mit zylindrischen Polflächen versehen
und innerhalb eines mit drei radial nach innen gerichteten Feldpolansätzen versehenen
Eisenringes drehbar gelagert, wobei die beiden von dem Meßstrom magnetisierten Feldpole
gleichachsig hohlzylindrisch gestaltet sind. Dabei ist es zweckmäßig, den Umfassungswinkel
des dem dritten Feldpolansatz gegenüberstehenden Ankerpolansatzes so klein im Verhältnis
zu dem Umfassungswinkel dieses Feldpolansatzes zu wählen, daß der Ankerpolansatz
im. Ausschlagbereich innerhalb des Umfassungswinkels des Feldpolansatzes bleibt.
Wenn ein Ausschlagwinkel von 900 gefordert wird, so werden die sich an den äußeren
geschlossenen Eisenring anschließenden, radial nach innen gerichteten Feldpolansätze
vorzugsweise so angeordnet, daß die Polmitten der beiden von dem Meßstrom magnetisierten
Feldpolansätze um je I250 gegenüber dem der Polmitte des dritten Feldpolansatzes
versetzt sind. Wie das Meßgerät zu gestalten ist, um für die Messung der verschiedenen
Meßgrößen geeignet zu sein, ergibt sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen,
die in der Zeichnung durch schematische Darstellungen erläutert sind. Dabei zeigen
die Fig. I bis 3. Meßgeräte für Strom- oder Spannungsmessungen und die Fig. 4 und
5 Quotientenmeßgeräte zur Temperaturmessung mittels Wilderstandsthermometer.
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In Fig. I besteht der feststehende Teil des Meßwerke aus einem Eisenring,
an den sich, unter einem Winkel von IIoO gegeneinander versetzt, zwei radial nach
innen gerichtete Polansätze 1 und 2 anschließen, die an den Polflächen gleichachsig
hohlzylindrisch gestaltet sind und mit ihren Polkanten bis auf einen Luftspalt verhältnismäßig
geringer Größe zusammenstoßen. Als dritter Feldpolansatz ist in den Ring ein aus
hochkoerzitivem Werkstoff bestehender Dauermagnet 3s radial eingesetzt, der an seiner
Polfläche ebenfalls gleichachsig hohlzylindrisch gestaltet ist. Die Winkel für die
räumliche Verteilung der drei Feldpolansätze, wie sie insbesondere zum Erreichen
eines Ausschlagwinkels von 900 zweckmäßig ist, sind aus Fig. 3 zu entnehmen.
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Im Felde der Polsätze 1, 2 und 3a ist nun ein Anker 4 gelagert, der
so gestaltet ist, daß er innerhalb des go0 betragenden Winkels einen magnetischen
Schluß zwischen den Feldpolansätzen I und 2 einerseits und dem Feldpolansatz 3,
andererseits bildet. Zu diesem Zweck ist der Anker 4 mit zwei ungleich breiten Polansätzen
versehen, wobei der schmälere, dem Feldpolansatz 3a gegenüberstehende, nur einen
Winkel von etwa 300 umfaßt, so daß die Kanten dieses Polansatzes bei dem Ausschlagwinkel
von go0 stets innerhalb des Umflassungswinkels des Feldpolansatzes bleiben. Der
gegenüberliegende Ankerpolansatz ist so breit, daß seine Kanten innerhalb des Ausschlagbereiches
den von den beiden Feldpolansätzen I und 2 umfaßten Winkel bestreichen.
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Die Feldpolansätze I und 2 sind mit je einer Feldwicklung 5 bzw.
6 versehen. Diese sind so an die mit t und - bezeichneten Klemmen 7. 8 für den Meßstrom
angeschlossen, daß dieser die Feldpolansätze 1 und 2 im Sinne der Erzeugung ungleichnamiger
Pole zu magnetisieren hestrebt ist.
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In der in Fig. I gezeichneten Lage des Ankers 4, in der dieser durch
eine Richtfeder 9 gehalten werden möge, teilen sich die von dem Dauermagneten 3a
erzeugten Kraftlinien in der Weise, daß sie nach dem Durchsetzen des Anlçlers, vorausgesetzt
daß der Meßstrom = o ist, sich gleichmäßig über die Feldpolansätze I und 2 schließen.
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Fließt nun ein Meßstrom in der Richtung der eingezeichneten Pfeile
in den Wicklungen 5 und 6, so wirkt dile von der Wicklung 5 ausgehende Magnetisierung
in entgegengesetztem und die von der Wicklung 6 ausgehende in gleichem Sinne wie
die Magnetisierung durch den Dauermagneten 3a Infolgedessen wird das Feld in dem
Polansatz I geschwächt und das Feld in dem Polansatz 2 entsprechend verstärkt, so
daßIder Anker 4 von dem Endpol 2 stärker angezogen wird als von dem Feldpol I und
sich unter Überwindung der Kraft der Richtfeder 9 entgegen dem Sinne des Uhrzeigers
dreht. Dabei ist das von dem Meßstrom auf den Anker 4 ausgeübte Drehmoment innerhalb
des Ausschlaghereiches im wesentlichen unabhängig von der räumlichen Stellung des
Ankers.
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Vorzugsweise wird der Anker 4 aus hochkoeræitivem Werkstoff hergestellt
und wirkt so ebenfalls als Dauermagnet. In diesem Fall kann der unbewickeite Feldpolansatz
auch aus magnetisch weichem Werkstoff bestehen und aus einem Stück mit dem Eisenring
den Feldpolansätzen I und 2 hergestellt sein. Der Feldpolansatz 3o kann aber auch
mit einer Wicklung 10 versehen sein, die, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ebenfalls
von dem Meßstrom durchflossen, wird.
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Wenn der Anker 4 bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ebenfalls
aus magnetisch weichem Werkstoff besteht, kann das Meßgerät nach Art eines Dreheisenmleßgerätes
zum Messen von Gleich-und Wechselströmen bzw. -spannungen benutzt werden.
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Ein derartiger Fall ist in Fig. 3 dargestellt.
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Dabei ist zugleich die Richtfeder g ersetzt durch eine magnetische,
von dem Feldpolansatz 3c ausgehende Richtkraft Zu diesem Zweck ist der Feldpolansatz
3c in der üblichen Weise in bezug auf die
Form seiner Polfläche
oder des Luftspaltes zwischen Polflächen und Anker so gestaltet, daß der Anker 4
durch die magnetische Anziehung in einer bestimmten Lage gehalten wird.
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Wenn das Meßgerät zum Messen des Quotienten zweier elektrischer Ströme
benutzt werden soll, so wird Ider dritte Feld'polansatz vorzugsweise mit einer Wicklung
für den Richtstrom versehen. Im übrigen kann der Anker wieder mit zylindrischen
Polflächen versehen und innerhalb eines mit drei radial nach innen gerichteten Feldpolansätzen!
versehnen Eisenringes drehbar gelagert werden. Dabei werden die bei!den Feldpolansätze
I und 2 von dem einen der beiden Ströme (Meßstrom), deren Quotient gemessen werden
soll, und der dritte Feldpolansatz von dem anderen (Richtstrom) magnetisiert.
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Wenn das Ouotientenimeßgerät für Gleich- und Wechselstrom brauchbar
sein soll, werden Anker und Feld aus magnetisch weichem Werkstoff hergestellt, und
der dritte Feldpolansatz wird in bezug auf Querschnittsform oder/unfd Ankerabstand
so gestaltet, daß der magnetische Widerstand im Luftspalt zwischen Polfläche und
Anker von dem Ankerausschlag abhängig ist.
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Als Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 ein Quotientenmeßgerät gemäß
der Erfindung für Gleich- und Wechselstrom und in Fig. 5 ein solches für Gleichstrom
schematisch dargestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist das Meßwerk ähnlich
Fig. 3 gestaltet, wobei der gesamte magnetische Kreis aus Weicheisen besteht und
der mit einer Richtwicklung IO' versehene dritte Feldpolansatz 3a so gestaltet ist,
dlaß der Anker 4 unter dem Einfluß der Magnetisierung durch den Richtstrom in der
gezeichneten Mittelstellung gehalten wird.
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Bei dem Ausführungbeispiel nach Fig. 4 ist eine an die Klemmen 7,
8 einer Stromquelle angeschlossene Brückenschaltung vorgesehen, wobei der Speisestrom
i der Brückenschaltung die Richtwicklung Io' durchfließt. Im übrigen teilt sich
der Strom in die Zweigsftöme il und i2, wobei i1 zwei temperaturempfindliche'Widerstände
ii und 12 und i, einen temperaturempfindlichen Widerstand I3 und einen temperaturabhängigen
Widerstand 14 durchfließt. Die Wicklungen 5 und 6 auf den Feldpolansätzen I und
2 sind in Reihe geschaltet und werden von dem Diagonalstrom der Brückenschaltung
durchflossen.
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Sind die Widerstände in den Brückeazweigen gleich groß, so verschwindet
der Diagonalstrom, und der Anker 4 steht in der gezeichneten Nulllage. Steigt z.
B. die Temperatur an, so daß auch der Widerstand 14 anwächst, so entsteht ein Diagonalstrom
im Sinne der in Fig. 3 eingezeichneten Pfeile, so daß der Anker 4 eine Drehung entgegenldem
Sinne des Uhrzeigers ausführt. Die Richtwicklung Io' kann auch unmittelbar an die
Klemmen 7 und 8 der Stromquelle angeschlossen sein.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Differenzschaltung werden die Meßwicklungen
5 und 6 unmittelbar von den beiden Ziweigströmen i, bzw. i2 durchflossen, wobei
in den Zweigstrom it die Widerstände II und I2 und in aden Zweigstrom i2 die Widerstände
13 und 14 eingeschaltet sind.
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Im übrigen ist angenommen, daß an die Klemmen 7 und 8 eine Gleichstromquelle
angeschlossen ist. In diesem Fall wird der Anker 4 vorzugsweise als Dauermagnet
ausgebildet. Dann kann auch der die Richtwirkung IO' tragende dritte Feldpolansatz
gleichachsig hochzylindrisch gestaltet werden, da der Magnetanker 4 durch das Streufeld
des Polansatzes 3b in der Mittellage gehalten wird. Der Richtipolansatz kann aber
gegebenenfalls auch so geformt werden, daß der Anker 4 sich in stromlosem Zustand
in eine bestimmte, diesen Zustand anzeigende Lage einstellt.