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Elektrisches Drehspulmeßinstrument, dessen Anzeige durch Beeinflussung
seiner Luftspaltinduktion unabhängig von Schwankungen der Meßspannung erfolgt Für
die Fernübertragung von NIeßwerten mit Gleichstrom bei konstanter Netzspannung ist
das Drehspulmeßwerk in Verbindung mit der Brücke das bestgeeignete Anzeigegerät.
Bei schwankender Spannung muß man jedoch zu den bekannten spannungsunabhängigen
Meßgeräten, zu den, Quotientenmessern, greifen. Diese haben aber eine Reihe von
Nachteilen gegenüber den Drehspulgeräten.
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So weist das bewegliche System, weil es mehrere Wicklungen besitzt,
ein großes Gewicht auf. Da die Quotientenmesser das Verhältnis zweier Ströme messen,
benötigen sie im Arbeitsraum mindestens einer der Spulen ein inhomogenes Magnetfeld,
dessen Verlauf nicht immer so herzustellen ist, daß gedrückte, sondern nur geeichte
Skalen verwendet werden können. WL-il das Einstellmoment elektrisch erzeugt wird,
muß das bewegliche System frei seit voll, allen mechanischen Richtkräften. Dies
wird durch kleine Querschnitte der Stromzuführung erreicht. Damit erhöht sich aber
auch ihr Widerstand, so daß ein großer Teil der an sich geringen Meßleistung, ohne
einen Beitrag zum Drehmoment zu geben, verlorengeht. Das Einstellmoment der Quotientenmesser
ist nicht konstant, es hängt außer von der Spannung noch von der Spulenstellung
und von der Temperatur ab. Das Vorhandensein von mehr
als zwei Stromzuführungen
erfordert nun, noch besondere bauliche Maßnahmen. Der Temperaturfehler, vornehmlich
bedingt durch den Temperaturgang der Rähmchenwicklungen, kann bei den, Quotientenmessern
nur durch entsprechende konstante Vorschaltwiderstände, die wiederum Meßleistung
verbrauchen, auf das zulässige Maß gebracht werden. Wegen des Fehlens jeglicher
mechanischer Rückstellmomente bleibt der Zeiger bei Spannungsausfall irgendwo auf
der Skala stehen und täuscht so einen Meßwvert vor. Dieser Zustand muß durch besondere
Maßnahmen gekennzeichnet werden. Der Bau von Graßwinkelgeräten macht außerdem Schwierigkeiten.
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Nun kennt man es zwar auch schon, Drehspulstrommesser in Verbindung
mit einer Trocken Batterie oder einem Akkumulator zur Widerstandsmessung heranzuziehen.
Bei diesen Meßschaltungen wird mit einem Abweichen der Batteriespannung vom Normalwert
entweder die Spannung am Instrument durch Einstellen eines Vorschaltwiderstandes
geändert oder aber die Empfindlichkeit des Anzeigeinstrumentes durch einen magnetischen
Nebenschluß zum Luftspalt nachgestellt, also die Anzeige durch Beeinflussung der
Luftspaltinduktion dem abgeänderten Wert der Meßspannung angeglichen. Bei diesem
bekannten Gerät handelt es sich jedoch nur um ein solches, das auf den Gebrauch
im Laboratorium beschränkt ist. Die Anpassung an die Schwankungen der Betriebsspannung
erfolgt von Hhnd und ist demgemäß außerordentlich zeitraubend. Gegenüber schnellen
Spannungsschwankungen ist daher das bekannte Gerät vollkommen unbrauchbar.
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Der Gegenstand der Erfindung ist von den Nachteilen der erwähnten
bekannten Gieräte frei. Auch bei ihm erfolgt die Anzeige vermittels einer Beeinflussung
seiner Luftspaltinduktion unabhängig von etwaigen Schwankungen der Betriebsspannung.
Es ist dementsprechend wie jedes gewöhnliche Deehspulgerät zu verwenden und regelt
sich so, wie ein in konstanter Spannung liegendes Gerät. Eis kann ohne weiteres
in. jede Schalttafel eingebaut werden und reagiert vor allen Dingen selbsttätig
ausgleichend auf Schwankungen der Betriebsspannung. Erfindungsgemäß ist in den magnetischen
Kreis eine magnetomotorische Kraft geschaltet, deren Größe sich in Abhängigkeit
von den Spannungsänderungen ändert und dessen Richtung der Luftspaltinduktion entgegengesetzt
ist. Für alle Spannungszustände bleibt dann bei konstanter Meßgröße das entwickelte
Drehmoment gleich. Das erfindungsgemäae 'Gerät soll als Gegenfeldgerät bezeichnet
werden.
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Abb. i zeigt ein solches Gerät. Der Dauerinagnet d, der hier als Innenmagnet
ausgebildet ist, wird von der Drehspule b, der der Strom durch die zwei Rückstellfedern
c (die hintere ist durch :den Dauermagneten a. verdeckt) zugeführt wird, umschlossen.
Die Drehspule bewegt sich in dem Luftspalt d des magnetischen Kreises, der geschlossen
wird durch das Weicheisenjoch e, das die an der schwankenden 'Netzspannung liegende
@Gegenfeld-Wicklung f, die die GMMK liefert, trägt. Dauermagnet und Gegenfeldwicklung
können natürlich an jeder beliebigen Stelle des magnetischen Kreises untergebracht
werden. Bei steigender'Tetzspannung erhöht sieh die GMMK der Spule, der Dauermagnet
wird geschwächt, und das Luftspaltfeldwird kleiner. Der Arbeitspunkt des Dauermagneten
bewegt sich dabei auf einer seiner inneren, reversiblen Magnetisierungskurven. Die
Luftspaltinduktian nimmt hierbei linear mit wachsender Spannung ab, .so daß nur
in einem kleinen, aber meist ausreichenden BereichAnnäherung an einen Hyperbelverlauf
besteht. Der Nachteil dieser Anordnung ist aber der, daß schon von der Spannung
Null ab eine Schwächung des Luftspaltfeldes einsetzt, so daß bei Nennspannung und
bester Annäherung ans den Sollverlauf (Hyperbel) die Luftspaltinduktion nurmehr
den halben Wert wie bei Spannungslosigkeit besitzt. Erwünscht ist dagegen, daß nur
im Bereich der schwankenden Netzspannung eine Erniedrigung der Induktion eintritt,
so daß bis zur kleinsten auftretenden Spannung, der Minimumspannung, das Luftspaltfeld
unb:eeinflußt bleibt. Wird diese Bedingung erfüllt, so liegt ein Gerät vor, das
das gleiche Direhmament aufweist wie ein gewöhnliches Direhspulgerät, und dies sogar
für alle Netzzustände. Beim folgenden 'Gierät wird dies erreicht.
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Parallel zur Gegenfeldspule, d. h. zur spannungsabhängigen magnetomotorischen
Kraft, wird ein magnetischer Nebenschluß gelegt, der unterhalb der Minimumspannung
einen kleinen magnetischen Widerstand aufweist und oberhalb, im Bereich der schwankenden
Netzspannung, einen mit der Netzspannung zunehmenden 'Widerstand besitzt; dann ist
bis zur Minimumspannung wegen des Kurzschlusses der GMM1' , keine Beeinflussung
des Luftspaltfeldes zu erwarten, während oberhalb der Minimumspannung nach Maßgabe
der Widerstandszunahme des magnetischen Nebenschlusses eine GMMK auftritt, die das
Luftspaltfeld schwächt. Dabei legt man vor den Nebenschluß in Reihe mit dem Elektromagneten
einenWiderstand, da andernfalls über dem Nebenschluß 'die volle GMMK auftreten -würde,
die dann; schon unterhalb der Minimumspannung eine Schwächung der Luftspaltinduktion
bewirkt. Dieser Widerstand, der in den Kern der !Gegenfeldspule gelegt wird, soll
Vorwiderstand genannt werden. Den gestellten Bedingungen: zu Beginn mit zunehmender
Netzspannung kleinen und konstanten, dann aber rasch zunehmenden Widerstand, genügen
mehr oder weniger gut alle Eisen mit stark gekrümmter Magnetisierungskurve, denn
bis zur Sättigung ist der magnetische Widerstand sehr klein, um dann rasch hohe
Werte anzunehmen.
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Abb. 2 zeigt dieses Gerät. Eis bedeutet a den Dauermagneten, b die
Drehspule, c die Rückstellfeder, d den Luftspalt, e das Joch, f die
(Gegenfeldwicklung, g den Vorwiderstand, der hier als Luftspalt ausgebildet ist,
und lt den veränderlichen magnetischen Nebenschluß. Bei richtiger Bemessung des
Nebenschlusses und scharfem Knick seiner Magnetisierungskurve tritt, wie durch Theorie
und
Bau eines Versuchsgerätes bewiesen, im (Gebiet der Netzspannungsschwankung
nur die geforderte geringe Erniedrigung der Luftspaltinduktion ein. Unterhalb der
Minimumspannung bleibt die Luftspaltinduktion konstant, darüber ändert sie sich
linear abnehmend mit zunehmender Netzspannung, so daß also auch hier nur in einem
kleinen Bereich Annäherung an den geforderten Hyperbelverlauf besteht. Vorteilig
gegenüber dem ersten Gerät ist die höhere Luftspaltinduktion im Betriebszustand.
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Eine bessere Annäherung an den geforderten Hyperbelverlauf erhält
man, wenn man den magnetischen Vorwiderstand g, der bis jetzt konstant war, spannungsabhängig
macht, und zwar so, daß sein Widerstandswert mit wachsender Spannung zunimmt. Mit
wachsender Spannung tritt dann am Vorwiderstand ein größerer magnetischer Spannungsabfall
auf, so daß am Nebenschluß mit wachsender Netzspannung eine kleinere magnetische
Spannung liegt als bei konstantem Vorwiderstan.d, was bewirkt, daß das Luftspaltfeld
mit wachsender Netzspannung, wie durch den Hyperbelverlauf gefordert, immer weniger
beeinflußt wird. Dieses Gerät hat hohe Luftspaltinduktion und großen Bereich für
spannungsunabhängiges Messen. Der Dauermagnet kann sinngemäß auch ein Außenmagnet
sein. Es gibt verschiedene Spielarten für den Aufbau des neuen spannungsunabhängigen
Meßgerätes, des Gegenfeldgerätes. Das 'Gegenfeldgerät läßt sich mit der für das
Drehspulgerät üblichen Bauweise auch als roßwinkelgerät mit 27o° Ausschlag ausführen.
Vorteil dieser Gieräte ist die Kompensation des Temperaturfehlers durch die Gegenfeldspule.
Mit fallender Temperatur nimmt der Rähmchenstrom zu, so daß eine Erhöhung des .Drehmomentes
und damit ein größerer Ausschlag auftritt. Gleichzeitig nimmt aber auch der Gegenfeldstrom
zu, so daß eine stärkere Schwächung des Luftspaltfeldes bewirkt wird, wobei der
Ausschlag kleiner wird. Beide Wirkungen ergeben bei richtiger Bemessung der Wicklungswiderstände
eine Kompensation des Temperatureinflusses, so daß Vorschaltwiderstände zur Verringerung
des Temperaturfehlers nicht mehr nötig sind. Wenn man hei den drei beschriebenen
Gerätearten, die Netzspannung an der Gegenfeldspule abschaltet, kann man dieses
Gerät als gewöhnliches Drehspulgerät für die diesem zukommenden Aufgaben benutzen.
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Die Beeinflussung der Luftspaltinduktion kann auch durch Überbrückung
des Luftspaltes oder durch Kurzschluß des Dauermagneten mittels Nebenschlußstreifen,
die durch die Netzspannung bewegt werden, erreicht werden.