-
Elektrischer Frequenzmesser
Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät
zur Messung elektrischer Frequenzen mittels eines von der zu messenden Frequenz
angetriebenen Synchronmotors und einer zwischen Synchronmotor und Anzeigevorrichtung
geschalteten. Wirbelstromkupplung.
-
Es ist ein Frequenzmesser bzw. Frequenzrelais bekanntgeworden, bei
dem von der zu messenden Frequenz ein Synchronmotor angetrieben wird.
-
Der Synchronmotor ist mit einer Bremsscheibe mechanisch gekuppelt,
deren Umlaufgeschwindigkeit von der zu messenden Frequenz abhängt. Die Bremsscheibe
bewegt sich im Felde eines drehbar gelagerten Bremsmagneten. Bremsmagnet und Bremsscheibe
stellen eine Wirbelstromkupplung dar, so daß der Bremsmagnet entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit
des Synchronmotors und damit der Frequenz der zu messenden Spannung gusgelenkt wird.
-
Dieser bekannte Frequenzmesser kann jedoch nicht einwandfrei arbeiten,
wenn mit ihm eine kontinuierliche Anzeige der Frequenz erzielt werden soll, da die
Lagerung des Magneten infolge seines großen Gewichtes Schwierigkeiten bereitet.
-
Aus diesem Grunde kann der bekannte Frequenzmesser praktisch auch
nur zur Auslösung eines Relais bei Abweichungen der Spannung von der Sollfrequenz
und bei ähnlichen Aufgabenstellungen benutzt werden.
-
Demgegenüber wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Synchronmotor
mit einem Magneten mechanisch gekuppelt ist, dessen bewegtes Feld in einem Leiter
Wirbelströme erzeugt, die den Leiter entgegen einer Richtkraft um einen von der
Frequenz abweichenden Betrag auslenken.
-
Gegenüber dem geschilderten bekannten Frequenzmesser hat der Frequenzmesser
gemäß der Erfindung den Vorzug, daß sich der Leiter infolge
seines
sehr geringen Gewichtes so lagern läßt, daß er die jeweils herrschende Frequenz
trägheitsfrei und mit sehr großer Genauigkeit anzeigen kann.
-
Zweckmäßigerweise wird man das bewegte Magnetfeld, das in dem Leiter
die Wirbelströme induziert, durch einen auf der Achse des Synchronmotors festsitzenden
Dauermagneten erzeugen. Dabei ist es vorteilhaft, auf der Achse des Synchronmotors
außer dem Dauermagneten noch ein Rückschlußjoch für die magnetischen Kraftlinien
anzuordnen, wobei der Leiter in den Raum zwischen Magnet und Rückschlußjoch ragt.
-
Als Leiter wird man vorzugsweise eine Ferrarisscheibe verwenden,
auf deren Drehachse eine die Richtkraft der Scheibe bildende Spiralfeder befestigt
ist.
-
Der an die Spannung der zu messenden elektrischen Frequenz angeschlossene,
selbst anlaufende Synchronmotor kann von an sich bekannter Bauart sein.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Draufsicht
eines Frequenzmessers, Fig. 3 eine andere Ausführungsform in Seitenansicht mit teilweisem
Schnitt, Fig. 4 eine Draufsicht dazu und Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der
Fig. 4.
-
Auf die Achse II des Synchronmotors I2 ist ein Dauermagnet I3 mit
einem Rückschlußjoch 14 aufgesetzt. In das dadurch gebildete frequenzabhängig rotierende
Magnetfeld ragt eine Ferrarisscheibe I5, z. B. aus Aluminium, mit ihrem Umfang hinein,
deren Drehachse mit I6 bezeichnet ist. An dieser Drehachse I6 ist das innere Ende
17 einer Rückzugsspiralfeder IO befestigt. Das äußere freie Ende 18 der Spirale
wird von einer Stange 20 gehalten, die mit einer Drehgabel 19 fest verbunden ist.
Am anderen Ende der Drehgabel I9, deren Drehachse 26 sich unterhalb der Achse i6
in deren Verlängerung befindet, greift das freie Ende eines Bimetallstreifens 21
mit einer Stange 22 in die Gabel ein. Durch diese Übertragung der Bewegung des Bimetallstreifens
wird der Endpunkt I8 der Rückzugsspirale zwangläufig konzentrisch zur Scheibenachse
I6 bewegt, sobald der Bimetallstreifen sich durchbiegt.
-
Die Skala für die unmittelbare Frequenzanzeige kann entweder an oder
auf der Scheibenfläche selbst. wie dies Fig. 2 zeigt, beweglich und der Zeiger 23
fest angeordnet werden. Umgekehrt ist es auch möglich. den Zeiger 24 auf der Drehachse
I6 beweglich und die Skala 25 fest vorzusehen, wie dies gestrichelt eingezeichnet
in Fig. I zu sehen ist.
-
Die Wirkungsweise des Frequenzmessers nach der Erfindung ist kurz
folgende: Das sich mit dem Synchronmotor I2 drehende Magnetfeld reißt infolge der
Wirbelstrombildung in der Scheibe I5 diese mit. Durch die auf der Scheibenachse
I6 angeordnete Spiralfeder IO wird der Drehwinkel der Scheibe 15 begrenzt. Er ist
also nur von der frequenzbedingten Drehzahl des Synchronmotors abhängig, so daß
die Skala unmittelbar in Hertz geeicht werden kann.
-
Um die Fehlerabweichungen infolge Temperaturänderungen niedrig zu
halten, ist die Temperaturkompensation vorgesehen. Mit der Temperaturänderung schwankt
sowohl der Wert des magnetischen Feldes als auch die Leitfähigkeit der Scheibe 15.
Dies beides bewirkt auch eine Anderung der Wirbelströme, wodurch Meßfehler auftreten.
-
Bei Wärmezunahme wird also die Scheibe 15 im Sinne zunehmender und
bei Wärmeabnahme im Sinne abnehmender Frequenz gedreht. Diese Fehler gleicht der
Bimetallstreifen 21 mit seinem stets konzentrisch zur Scheibenachse 16 geführten
Angriffspunkt an der Rückzugsspiralfeder bei I8 und letzten Endes durch die dadurch
bedingte verschiedene Vorspannung.der Spiralfeder Io aus.
-
Eine andere Art der Temperaturkompensation besteht darin, daß man
die Ferrarisscheibe mit ihrer Drehachse zwischen zwei Bimetallstäben lagert. Man
erreicht dadurch bei Temperaturschwankungen eine in der Entfernung vom Dauermagneten
entsprechend veränderliche Lage der Scheibe. Wie das Beispiel nach Fig. 3 bis 5
zeigt, ist die Achse I6, auf der die Ferrarisscheibe I5 und die Rückzugsfeder Io
befestigt sind, zwischen zwei Bimetallstreifen 2I' gelagert, die von einer auf der
Grundplatte des Apparates starr befestigten Säule 26 gehalten werden. Das äußere
freie Ende Ig der Feder IO wird von dem einen Bimetallstab 2I' festgehalten.
-
Bei dieser Anordnung ist noch eine weitere Regelung der durch die
Bimetallstäbe hervorgerufenen Wirkung möglich, indem durch eine über die Stäbe geschobene
Klammer od. dgl. eine Verkürzung oder Längung des wirksamen Teiles erzielt wird.
Beispielsweise kann hierfür eine Klammer verwendet werden, die gabelförmig von oben
über die beiden Bimetallstäbe2I' greift und mit ihren freien Enden in der Grundplatte
veränderlich in ihrem Abstand von der Säule 26 befestigt wird.
-
Mit dem Frequenzmesser gemäß der Erfindung wird nicht nur der Vorteil
einer für diese Instrumente hoben Meßgenauigkeit von unter + I °/o, sondern auch
ein geringer Eigenverbrauch des Instrumentes von etwa 3 bis 4 Voltampere erreicht.
-
Weiterhin wirkt sich bei veränderlicher Frequenz das fast trägheitslose
Folgen der durch den Magneten auch aperiodisch gedämpften Scheibe vorteilhaft aus.
Auch eine Unabhängigkeit von der Kurvenform der zu messenden Frequenz wird im Gegensatz
zu den bekannten Zeiger- und Zungenfrequenzmessern bei der Erfindung durch die Verwendung
des hiergegen unempfindlichen Synchronmotors erreicht. Vor allen Dingen ist aber
die in weitesten Grenzen vorhandene Unempfindlichkeit des Synchronmotors gegen Spannungsschwankungen
hervorzuheben, da der Motor sogar bei Netzzusammenbrüchen bis auf IO°/e Restspannung
noch einwandfrei arbeitet. Alle diese sich auf den Frequenzmesser gemäß der Erfindung
auswirkenden Vorteile machen ihn nicht nur zu einem alle
Anforderungen
erfüllenden, sondern auch handlichen und billigen elektrischen Meßgerät.
-
PATENTANSPRUCEIE I. Elektrischer Frequenzmesser mittels eines von
der zu messenden Frequenz angetriebenen Synchronmotors und einer zwischen Synchronmotor
und Anzeigevorrichtung geschalteten Wirbelstromkupplung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Synchronmotor (I2) mit einem Magneten (I3) mechanisch gekuppelt ist, dessen
bewegtes Feld in einem Leiter (15) Wirbelströme erzeugt, die den Leiter entgegen
einer Richtkraft (IO) um einen von der Frequenz abweichenden Betrag auslenken.
-
2. Elektrischer Frequenzmesser nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegte Magnetfeld von einem auf der Achse (11) des Synchronmotors (I2)
sitzenden Dauermagneten (I3) erzeugt wird.
-
3. Elektrischer Frequenzmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Drehachse (11) des Synchronmotors (I2) außer dem Dauermagneten (I3)
ein Rückschlußjoch (I4) angeordnet ist und in den Raum zwischen Magnet (I3) und
Rückschlußjoch (I4) der Leiter (I5) ragt.
-
4. Elektrischer Frequenzmesser nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Leiter (I5) eine Ferrarisscheibe dient, auf deren Drehachse (I6) eine die
Richtkraft der Scheibe (I5) bildende Spiralfeder (IO) befestigt ist.