DE964972C - Drehmagnetmessgeraet zur Messung elektrischer Stromstaerken - Google Patents

Drehmagnetmessgeraet zur Messung elektrischer Stromstaerken

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DE964972C
DE964972C DEG12215A DEG0012215A DE964972C DE 964972 C DE964972 C DE 964972C DE G12215 A DEG12215 A DE G12215A DE G0012215 A DEG0012215 A DE G0012215A DE 964972 C DE964972 C DE 964972C
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DEG12215A
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Rene Garnier
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R5/00Instruments for converting a single current or a single voltage into a mechanical displacement
    • G01R5/14Moving-iron instruments
    • G01R5/16Moving-iron instruments with pivoting magnet

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

  • Drehmagnetmeßgerät zur Messung elektrischer Stromstärken Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehmagnetmeßgerät zur Messung elektrischer Stromstärken, das mit einem stabförmigen, geraden, in Längsrichtung magnetisierten Dauermagneten versehen ist, der fest auf einem gegen die Kraft einer Drehfeder drehbaren Drehstift sitzt und mit einem über eine Skala laufenden Zeiger verbunden ist, sowie zwei auf einen Weicheisenkern wirkende vom gleichen Strom durchflossene Stromspulen aufweist.
  • Es sind Drehmagnetmeßgeräte bekannt, die einen geraden Dauermagneten haben, der an beiden Enden je einen Magnetpol besitzt und fest auf einem Antriebsstift angeordnet ist, sowie zwei Polstücke aus Weicheisen aufweisen, welche sich diametral zu beiden Seiten des Antriebsstift, es gegenüberlegen und durch den zu messenden Strom so erregt werden, daß dadurch der Dauermagnet entgegen der Wirkung einer Feder verschwenkt wird, wobei. diese Verschwenkung mit Hilfe eines auf dem Antriebsstift sitzenden Zeigers und einer Gradeinteilung angezeigt wird.
  • Bei einigen dieser Meßgeräte bestehen die Polstücke, von denen das eine durch den zu messenden Strom als Süd- und Idas andere als Nordpol erregt wird, aus isolierten Teilen geringer Länge. Beim Fehlen des Stromes wird der Dauermagnet durch die Feder in einer Stellung gehalten, in der seine Pole den gleichnamigen Polen der Polstücke unter Belassung eines geringen Luftspaltes gegenüberliegen. Wird ein Strom durch das Meßgerät geschickt, dann werden dadurch der Dauermagnet und der Zeiger verschwenkt, und zwar bis zu einem Halbkreis, wenn die Stromstärke von Null bis auf einen mit dem Gerät meßbaren Maximalwert ansteigt. Das Verschwenken des Dauermagneten und des Zeigers erfolgt bei diesen Meßgeräten sehr ungleichmäßig. Bei schwachen Strömen finden, bedingt durch die Nähe der gleichnamigen Pole des Dauermagneten und der P-oistücke,großeVerschwenkunden statt. Die magnetischen Reaktionskräfte ändern sich aber sehr l. angsam, wenn sich die Pole des Dauermagneten in dem Abschnitt befinden, der zwischen den Polstück. liiegt. Mit zunehmender Stromstärke gelangen die Pole des Dauermagneten in die Nähe der gleichnamigen Polstücke, so daß die Magnetpole dann plötzlich angezogen werden.
  • Dabei bewegt sich der Zeiger infolge einer verhältni.smäßig wenig erhöhten Stromstärke über die Gradeinteilung. Der Arbeitsbereich des Meßgerätes ist verhältnismäßig begrenzt.
  • Es sind ferner Drehmagnetme5geräte bekannt, die diesen Nachteil nicht aufweisen. Hierbei sind die Polstücke so ausgeführt, daß der Ausschlag des Dauermagneten und derjenige des Zeigers bei jeder Stromstärke im Arbeitsbereich des Meßgerätes beliebig fixiert werden kann. Die Polstücke weisen hier ebenfalls isolierte Teile auf, die aber wesentlich größer sind und den Teil des Anschlagkreises umfassen, der von dem entsprechenden Pol des Dauermagneten innerhalb des Arbeitsbereiches des Gerätes bestrichten wird, wobei die Stärke des Luftspaltes von der Anfangsstellung, in der der Dauermagnet durch die Feder gehalten wird, bis zur Endstellung laufend abnimmt. Der Nachteil dieser Geräte besteht darin, daß sie schwierig herzustellen sind, da die Innenfläche eine Form haben muß, die erfahrungsgemäß schwer zu bestimmen ist und mit großer Genauigkeit ausgeführt werden muß, wenn nur eine sehr kleine Luftspaltänderung vorhanden sein soll.
  • Von den bekannten Ausführungen unterscheidet sich die Erfindung vor allen Dingen dadurch, daß der Weicheisenkern aus zwei geschlossenen, konzentrisch angeordneten, ringförmigen Körpern besteht, welche durch. zwei d : i. ametral augeordnete, radial oder nahezu radial gerichtete, als Träger der Stromspulen dienende Weicheisenstege verbunden sind, von denen der als Rückschlußring für den magnetischen Fluß dienende äußere Ring praktisch konstante Ringbreite aufweist, während der dem Drehmagneten gegenüberliegende innere Ring nach innen durch eine Kreislinie begrenzt ist, die der Bewegungsbahn der Außenenden des Drehmagneten mit kleinstem, durchweg gleichbleibendem Abstand parallel verläuft, und aus zwei je eine Hälfte dieses Ringes bildenden, sichelformigen, ohne Unterbrechung ineinander übergehenden gleichen Bereichen so besteht, daß die beiden breitesten und schmalsten Stellen eines jeden Sichelbereiches an der Ansatzstelle der beiden Stege münden, und daß die Polen den des Drehmagneten in Nullstellung den schmalsten Stellen eines jeden Sichelbereiches gegenüberstehen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Weicheisenkern aus Kernblechen derart aufgebaut, daß jedes Blech nur aus zwei Teilen besteht, von denen der mit Eingriffstellen für dieStege versehene Anßenring den einen Teil darstellt, während der Innenring einschlißlich der Stege die zweite Einheit bildet.
  • Ein nach der Erfindung ausgebildetes Drehmagnetgerät vermeidet die Nachteile der erwähnten Ausführungen unter Beibehaltung der Vorteile und ist vor allen Dingen leichter und einfacher herzustellen. Bei der Herstellung braucht nur der innere Umfang eines Weicheisenringes maschinell und mit großer Genauigkeit bearbeitet zu werden, in dem der Dauermagnet mit sehr geringem gleichbleibendem Zwischenraum drehbar gelagert ist. Diese Bearbeitung erfolgt im ununterbrochenen Arbeitsgang. Entsprechend den Beziehungen, die zwischen der Stromstärke und der jeweiligen Winkellage des Dauermagneten zu den Polstücken bestehen sollen, wird der äußere Umfang des Weicheisenringes maschinell bearbeitet. Diese Bearbeitung erfordert aber keine hohe Genauigkeit, da kein Luftspalt zwischen dem Außen ring -des Weicheisenringes und einem benachbarten Teil, sondern nur die Permeabilität der verschiedenen Querschnitte des Ringes berücksichtigt zu werden braucht.
  • Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt Fig. 1 und 2 jeweils eine Seitenansicht und einen Grundriß des Drehmagnetmeßgerätes.
  • Fig. 3 einen ähnlichen Grundriß bei weggelassenen oberen Teilen, Fig. 4 und 5 eine Seitenansicht und einen Grundriß der Grundplatte, Fig. 6 einen Grundriß des Dauermagneten, Fig. 7 und 8 im Grundriß die Teile Ides zusammengesetzten Kernes, Fig. 9 im Grundriß den oberen Teil des in den Fig. I und 2 wiedergegebenen. Gerätes und Fig. 10 im Grundriß die Lage des Magneten zum zusammengesetzten Kern, wenn kein Strom durch die Spulen fließt, Der leichte Träger (Fig. 4 und 5) des Gerätes besteht aus einer Grundplatte 1 mit einer kreisförmigen Öffnung 2, die an zwei diametral einander gegenüberliegenden Stellen mit zwei Langlöchern in Verbindung steht. Auf der Unterseite der Platte ist ein Lager 3 befestigt. Die Platte I trägt auf der Oberseite vier Stehbolzen 4. Ein gerader Dauermagnetstab 5 von der in Fig. 6 dJargestellten Form und von verhältnismäßig geringer Dicke sitzt fest an einem Drehstift 6 (Fig. 1), der im Lager 3 drehbar gelagert ist und von einer Feder 7 in einer Drehrichtung beeinflußt wird.
  • Die Drehbewegung des Magneten kann gegebenenfalls durch einen Anschlag in der von der Feder bestimmten Richtung begrenzt werden, und zwar an der Stelle, wo die Feder ganz entspannt ist. Der Stift 6 trägt einen Zeiger 8 (Fig. I). Ein Kranz (Fig. 7), der aus Blech von hoher Permeabilität besteht und die gleiche Dicke wie der Magnetstab 5 hat, ist auf der Innenkante mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Schlitzen 10 und 11 versehen. Dieser Kranz ist dadurch Schrauben 12 und I3 auf der Grundplatte befestigt (Fig. 2 und 3).
  • Ein aus Blech hoher Permeabilität bestehender Spulenträger 14 (Fig. 8), der die gleiche Dicke wie der Alagnetstab 5 und der Kranz 9 hat, wird von einem Kranz gebildet, dessen innere kreisförmige Öffnung einen Durchmesser aufweist, der sehr wenig größer ist, als die Länge des Stabmagneten 5.
  • Der Kranz besteht aus zwei sich diametral gegenüberliegenden, allmählich breiter werdenden Segmenten und ist außlen an den Verbindungsstellen zwischen diesen Segmenten durch zwei Haltearme I5 und I6 verlängert, die gegenüber der Richtung des zugehörigen Durchmessers beispielsweise um 18° geneigt sind. auf den beiden Armen 15 und 16 sitzen zwei Spulen I7 und 18, die nacheinander von dem zu messenden Strom durchflossen werden. Der Spulenträger 14 sitzt mit den Spulen 17 und 18 in der Öffnung 2 der Grundplatte I. Die Enden der beiden Arme 15 und I6 greifen genau in die Schlitze 10 und 11 des Kranzes 9 ein (Fig. 7). Die magnetische Verbindung zwischen dem Kranz 9 und dem Spulenträger 14 wird durch zwei dünne Scheiben aus Blech hoher Permeabilität ergänzt. die auf den Rändern der Schlitze 10, 1 1 und den Enden der Arme I5, I6 durch zwei dicke Scheiben I9, 20 und durch Schrauben 21, 22 festgedrückt sind. Eine obere, gemäß Fig. ausgebil'dete Brücke 23 ist auf den Stehbolzen 4 mittels Schrauben befestigt. In der Mitte der Brücke ist Idas obere Ende des Drebstiftes 6 gelagert. Die gesamte Vorrichtung ist dann wie in den Fig. I und 2 dargestellt ausgebilCdet. Der bewegliche Teil, der den Magneten 5, den Drehstift 6 und den Zeiger 8 umfaßt, ist mit einem Dämpfer versehen. der vorteilhaft unter der Platte I um das Lager 3 herum in der in Fig. I angedeuteten Weise angeordnet sein kann. Der Dämpfer kann auch in einer Verlängerung des Rahmens Aufnahme finden oder in einem Gehäuse angeordnet sein, das außerdem den beweglichen Teil enthält und derart ausgebildet ist, daß es im unteren Teil des Rahmens Platz findet.
  • Ein Gleich. richter. bekannter Art, der im Rahmen angeordnet ist, ergänzt das Gerät, wenn es zum M. essen von Wechselströmen dienen soll.
  • Die Wirkungsweise ist folgende: Solange die Spulen I7 und I8 stromlos sind, befindet sich der Magnet 5 in der in Fig. 10 dargestellten Lage, in welcher die Feder ganz entspannt ist, und in der er gegebenenfalls durch den Anschlag entgegengesetzt zum Pfeil G und entgegen der Wirkung der Anziehungskraft festgehalten wird, die auf seinen Pol S Idurch die Weicheisenmasse an der Stelle S des Kranzes 14 ausgeübt wird. Fließt durch die Spulen ein Strom, so wird der Magnet 5 entgegen der Wirkung der Feder in Richtung des Pfeiles G verschwenkt. Der unter der Einwirkung der sich aus den verschiedenen Stromstärken ergebenden Kräfte auftretende Ausschlag ist das Ergebnis der beschriebenen Wirkung und des Unterschiedes zwischein den Schwankungen der Durchlässigkeit des aus Hartstahl bestehenden Magneten 5 und der Weicheisenbleche des durch den Kranz g und den Spulenträger 14 gebildeten Kernes.
  • Die Induktion B, die bei einem geringen Wert des Induktionsfeldes H sehr groß ist, nimmt nämlich für die Bled bei stärker werdendem H immer weniger zu. Für Hartstahl ist dagegen B bei. schwachem H verhältnismäßlig gering und wächst wesentlich, wenn das Feld H stärker wird.
  • Fließt durch die Spulen ein Strom von geringer Stärke, so tritt der in den Spulenkernen entstehende Fluß an den breiten Teilen des Spulenträgers 14 aus einem Kern in den anderen und kehrt durch den Kranz 9 zurück. Da ferner die Permeabilität der schmalen Teile dles Spulenträgers 14 ziemlich groß ist, ist dieser Magnetkreis fast ganz geschlosslen. Für einen gleichen Wert von H erhält somit die InduktionB einen größeren Wert als bei den bekannten Geräten. Da auch die Pole der Spulen äußerst nahe an den Polen des Magneten liegen, wird eine starke mechanische Wirkung auf die Pole des Magneten ausgeübt.
  • Bei stärkerem Strom in den Spulen und wegen der Induktion findet der Fluß in den schmalen Teilen des Spulenträgers 14 keinen genügenden Durchgangsquerschnitt mehr. so daß die Durchlässigkeit dieser Teile, infolge Zunahme der entsprechenden Reduktanz, rasch abnimmt.
  • Dagegen nimmt die Durchlässigkeit des Magnet ten mit der allgemeinen Induktion etwas zu. Del Fluß verteilt sich dann entgegengesetzt proportional zur Reduktanz der beiden Durchgänge auf diesen Magneten und auf die breiten Teile des Spulenträgers 14.
  • Wächst die Stromstärke noch weiter, so wird der Magnet selbst gesättigt.
  • Der Zweck dieser Sättigung bei derart hohen Stromstärken besteht darin, die übermäßigen Ausschläge zu vermeiden, die ohne diesen Ausgleich bei der starken Annäherung zwischen dem Pol S des Magneten 5 und dem Pol N der Spule I8 entstehen würden, wodurch auch die Skala in Richtung der oberen Werte übermäßig gestreckt würde.
  • Die breiteren Stellen des Spulenträgers wirken ferner im Sinne einer Verstärkung des Flusses mit dem Ausschlag des Magneten, dessen Pole beständig in Richtung eines größeren Querschnittes des Kranzes angezogen werden.
  • Durch diese Ausbildung des Kranzes ergibt sich eine magnetmechanische Wirkung mit einer Verstärkung des Flusses während des Ausschlagens des beweglichen Teiles.
  • Schl.ießlich wird durch die Drehbewegung des Magneten eine Verkürzung des Magnetkreises durch Kurzschließen der breiten Stellen des Spulenträgers 14 bewirkt.
  • Der Magnetkreis muß normal unter einer Induktion von 10 000 bis I2 000 Gauß arbeiten, jedoch ist es angebracht, diese Induktion bis auf 15 000 Gauß zu erhöhen, wenn man eine genügend rasche Sättigung der schmalen Stellen des Spulenträgers I4 wünscht. In diesem Fall muß der Durchmesser des Kranzes und in entsprechender Weise auch der Nutzquerschnitt der Spulen vergrößert werden.
  • Aus den vorbeschriebenen Anordnungen und der Wirkungsweise ergeben sich für das Gerät gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Meßgeräten die folgenden Vorteile: a) Stärkere Abstoßung zu Beginn als bei einem üblichen elektromagnetischen Gerät. b) Mehrere gleichzeitige Einwirkungen, und zwar Abstoß'ung, Anziehung, verstärkende magnetmechanische Wirkung des Magnetflusses und Verkürzung des Magnetkreises mit der Verschwenkung des beweglichen Teiles. c) Leichter beweglicher Teil, weil das Gewicht des- Magneten 240 bis 300 Milligramm betragen kann. d) Absolutes Gleichgewicht des Magneten. e) Gleichheit der auf die beiden Pole ausgeübten Kräfte, die im wesentlichen eine tangentiale Richtung über den ganzen Ausschlag von annähernd I200 des beweglichen Teiles haben. f) Gute Belüftung der Spulen, die nur mit dem unteren Teil im Rahmen sitzen. g) Möglichkeit, ohne Nebenschluß eine verschiedene Meßskala durch Parallelschalten der Spulen zu erzielen. h) Gute Belüftung des Magnetkreises durch die schmalen Stellen des Spulenträgers, die an vier Seiten der freien Luft ausgesetzt sind. i) Sofortige Ableitung aller im Magnetkreis entstehenden Wärme durch den sehr gut wärmeleitenden Aluminiumrahmen.
  • Die unter a) bis d) angegebenen Merkmale ver-1eihen dem erfindungsgemäßen Meßgerät vor allen Dingen eine große Empfindlichkeit.
  • PATENTANsPRÜcUE.
  • I. Drehmagnetmeßgerät zur Messung elektrischer Stromstärken, ausgestattet mit einem slabförmigen, geraden, in Längsrichtung magnetisierten Dauermagneten, der fest auf einem gegen die Kraft einer Drehfeder drehbaren Drehstift sitzt und mit einem über eine Skala laufenden Zeiger verbunden ist, und mit zwei auf einen Weicheisenkern wirkenden, vom gleichen Strom durchflossenen Stromspulen, dadurch gekennzeic'hnet, daß der Weicheisenkern aus zwei geschlossenen, konzentrisch angeordneten, - ringförmigen Körpern besteht, welche durch zwei diametral angeordnete, radial odier nahezu radial gerichtete, als Träger der Strom spulen dienende Weicheisenstege verbunden sind, von denen der als Rückschlußring für den magnetischen Fluß dienende äußere Ring praktisch konstante Ringbreite aufweist, während der dem Drehmagneten gegenüberliegende innere Ring nach innen durch eine Kreislinie begrenzt ist, die der Bewegungsbahn der Außenenden des Drehmagneten mit kleinstem, durchweg gleichbleibendem Abstand parallel verläuft, und aus zwei je eine Hälfte dieses Ringes bildenden, sichelförmigen, ohne Unterbrechung ineinander übergehenden gleichen Bereichen so besteht, daß die beiden breitesten und schmalsten Stellen eines jeden Sichel'bereichs an der Ansatzstelle der beiden Stege münden, und daß die Polenden des Drehmagneten in Nullstellung den schmalsten Stellen eines jeden Sichelbereichs gegenüberstehen.

Claims (1)

  1. 2. Drehmagnetmeßgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Weicheisenkern aus Kernblechen derart aufgebaut ist, daß jedes Blech nur aus zwei Teilen besteht, von denen der mit Eingriffstellen für die Stege versehene Außenring den einen Teil darstellt, während der Innenring einschließlich, der Stege die zweite Einheit bildet.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 842 369, 857 0,98; britische Patentschrift Nr. 400 654; USA.-Patentschrift Nr. 2 411 997.
DEG12215A 1952-09-30 1953-07-15 Drehmagnetmessgeraet zur Messung elektrischer Stromstaerken Expired DE964972C (de)

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FR964972X 1952-09-30

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ID=9499576

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DEG12215A Expired DE964972C (de) 1952-09-30 1953-07-15 Drehmagnetmessgeraet zur Messung elektrischer Stromstaerken

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DE (1) DE964972C (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB400654A (en) * 1932-04-18 1933-10-30 Charles Vickery Drysdale Improvements in electrical indicating instruments
US2411997A (en) * 1942-12-17 1946-12-03 Edison Inc Thomas A Meter
DE857098C (de) * 1948-10-02 1952-11-27 Licentia Gmbh Drehmagnetsystem

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