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Elektrisches bis Null messendes Instrument Die Erfindung bezieht sich
auf Verbesserungen für bis Null messende Instrumente, bei denen die zur Anzeige
und Eintragung bestimmten Organe nicht direkt von einem beweglichen Teil, sondern
mit Hilfe eines entsprechenden Servomotors beeinflußt werden, der von einer elektromotorischen
Hilfsquelle aus gespeist wird. Die Ausführung gemäß der Erfindung bezweckt, die
Nachbeile zu beseitigen, die auf die durch die Reibung der auf dem Papier gleitenden
Feder erforderlichen Kraft zurückzuführen sind, um damit mehrere Ausführungen der-
Registriermeßinstrm-nente möglich zu machen, wie z. B. die Einschaltung von Relais
oder von Schaltern oder die Ausführung anderer Betätigungsvorrichtungen. Bei den
bis jetzt bekannten Bauarten der Instrumente schließt der bewegliche Teil bei einer
durch eine Veränderung der zu messenden Größe verursachten Verstellung aus seiner
Gleichgewichtslage einen Stromkreis, welcher einen Hilfsmotor in einen bestimmten
Sinne in Umdrehung versetzt. -Dieser läßt mit Hilfe eines geeigneten Getriebes das
Widerstandspaar mit der Gegenfeder verändern, indem er zu gleicher Zeit die Anzeige-
und Registrierorgane verstellt. Die Tätigkeit des Servomotors hört nur dann auf,
wenn das Widerstandspaar mit der Feder einen Wert erreicht, der der Zugkraft entspricht,
die von dem beweglichen Teil hervorgerufen wird. Dieser Teil wird in seine Gleichgewichtslage
zurückgebracht, wodurch der Stromkreis geöffnet und der Stillstand des Hilfsmotors
herbeigeführt wird.
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Die so ausgebildete Vorrichtung stellt theoretisch ein Meßinstrument
mit absoluter Genauigkeit dat, d. h.die Verstellung der Anzeige- und Registrierorgane
ist genau proportional der Zugkraft des beweglichen Teiles. So wird bei einem elektrodynamischen
Wattmeter oder bei einem Amperemeter oder Voltmeter mit permanentem Magneten die
Teilung der Skala genau gleichförmig sein. Bei einem elektrodynamischen Ampere-
oder -Voltmeter wird die Teilung der Skala genau- quadratisch sein.
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Indessen weisen diese Apparate noch Nachteile auf, die schwer zu beseitigen
sind. Der wesentliche Nachteil liegt in dein unvermeidlichen Spiel in dem erforderlichen
Getriebe für die Cbertragung der Bewegung des Hilfsmotors auf die Feder und des
Motors auf die Anzeige- und Registrierorgane. Ein anderer Nachteil liegt in der
verwickelten Bauart und in dem dadurch bedingten hohen Preis der Apparate.
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Bei anderen Bauarten hat man diese Nachteile mittels geeigneter zwangläufiger
Vorrichtungen zu beseitigen gesucht, die mit profilierten und kalibrierben, drehbaren
Führungen versehen sind. Um das gewünschte Verhältnis
zu .erreichen,
mußßten sehr mühsame Versuche angestellt werden.
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Der den Gegenstand der Erfindung bildende Apparat strebt danach, dasselbe
Ziel zu erreichen. Das Wesen der Erfindung liegt in einer zwangläufigen Vereinigung
von Einzelteilen, welche vollkommen geometrisch festgelegt sind.
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In. der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigt: Abb. i ein Instrument gemäß der Erfindun.9,
Abb. z einen Quersch;niittdurch die elastisch angeordnete Führungsmutter, 'Abt.
3 einen Querschnitteiner anderen Ausführung der Führungsmutter und Abb. q. ein Fehlerdiagramm
für die- Anzeigen, die durch einen in den angegebenen Abmessungen gehaltenen Apparat
hervorgerufen werden.
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Wie Abb. ' i zeigt, besteht das Instrument im wesentlichen aus einem
doppelten Elektrodynamometer A, der im Gleichgewichtszustände nach Kelvin angeordnet
ist. An einem bestimmten Punkt B des beweglichen Teiles ist eine SpiTalfeder C angeschlossen,
deren anderes äußeres Ende D an dem kürzeren Arm E eines Winkelhebels F befestigt
ist. Dieser Hebel ist drehbar um eine Achse G gelagert, die in der vertikalen,-durch
die Rotationsachse des beweglichen Teiles gehenden Ebene angeordnet ist. Der längere
Arm H des Hebels trägt an seinem äußeren Ende einen Anschlag J, der sich beständig
gegen die geradlinige Führungsstange L abstützt. Die ständige Berührung d-es Anschlages
J mit der Führungsstange L wird durch die Spannung der Feder C gesichert. In Abb.
i stellen die mit den Buchstaben O, R, S bezeichneten Teile nacheinander den Anker,
den Magneten des Hilfsmotors und die Widerstände dar, die so ausgebildet sind, daß
die Umdrehung des Hilfsmotors in dem einen oder anderen Sinne veranlaßt wird, j
e nachdem, ob der Stromkreis bei P oder P' geschlossen wird. Wenn das Instrument
an Stelle eines Elektrodynamometers ein Amperemeter oder ein Voltmeter mit permanentem
Magneten aufweist, werden die festen Wicklunen des Elektrodynamom@eters .li nach
Abb. i durch permanente Magnete ersetzt.
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`Die Führungsstange L steht in fester Verbindung mit der beweglichen
Führungsmutter M und ist senkrecht zu der Achse der Schraube N angeordnet.
Diese kann direkt oder mittels einfies geeigneten Getri-eb'es von dem Hilfsmotor
O im einen oder andern Sinne gedreht werden, je nachdem auf Grund einer Vermehrung
:oder Verminderung des Drehmoments, dessen Einwirkung dier bewegliche Teil untersteht,
der eine oder der andere der beiden Kontakte P oder P' von dem beweglichen Teil
geschlossen wird.
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Die Schraube N verstellt beim Drehen die Führungsmutter M und ruft
infolgedessen mittels der Führungsstange L und des Hebels F eine Veränderung .der
Spannung in der Feder C hervor und infolgedessen auch eine Veränderung der Einwirkung
dar Feder auf den beweglichen Teil. Hierbei kann der bewegliche Teil im. seine Gleichgewichtslage
zurückgeführt werden, indem er gleichzeitig die Öffnung des Stromkreises und infolgedessen
den Stillstand des Hilfsmotors bewirkt.
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Bei. der in Frage stehenden Vorrichtung besteht keine einfache proportionale
Beziehung zwischen der Zugkraft des beweglichen Tees und der Lage der Anzeige- und
Registrierorgane, welsche bei -den bisher bekannten Ausführungen nur eine Funktion
der Konstante der Feder war. Indessen gibt .es eine unendliche Zahl von Beziehungsreihen
zwischen den Abmessungen, den Entfernungen und den relativen Stellungen der verschiedenen
zu der Vorrichtung gehörenden Elemente, so da:ß ,die in Frage stehende Proportionalität
praktisch .gesichert wird.
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In Abt. q. ist im oberen Teil ein Schema der mechanischen Teile des
Instruments nach Abb. i - unter Weglassung der ,elektrischen Teile dargestellt.
Die . verschiedenen gezeichneten Organe sind -so abgemessen und angeordnet, wie
es denn- Ausführungsbeispiel nach Abb. i entspricht. -Die Zahlen entsprechen den-Längenabmessungen
im irgendeiner Maßeinheit. Im unteren Teil der Abb. ¢ ist ein Diagramm der Fehlerkurve
angegelben, das man bei` dieser besonderen Ausführung erhalten würde, und das in
übereinstimmung zu den verschiedenen Stellungen des beweglichen Armes H bestimmt
worden ist. Die Stellungen des Armes H sind abhängig von den von der Schraubenunuffe
M eingenommenen Lagen. Die Skala ist entsprechend der Linie x-x entwickelt. Im besonderen
entspricht jeder Stellung der Muffe M längs der Linie x-x ein Punkt der Abszissenachse,
-auf dien man als Ordinaten, positiv oder negativ, die Werte der Fehlerkoeffizienten
in Tausendstel aufgetragen hat. Infolgedessen stellen die in den sich ergebenden
Diagrammen einbetragenen Ordinaten einen, zwei, drei Fehler dar, deren wirklicher
Wert o,ooi, o,ooz, o,oo3... der entsprechenden Skala ist. Die Fehlerkoeffizienten
werden dadurch erhalten, daß man die Differenz bestimmt, welche zwischen dem wirklich
von dem Instrument auf der Skala. angezeigten Wert des Paares. M, H in irgendeiner
Stellung und dem Wert vorhanden ist;
den dieses Paar in derselben
Stellung anzeigen müßte, wenn das Instrument vollkommen genau arbeiten würde, und
indem man diese Differenz durch den zuletztangegebenen Wert des Paares bei einem
ganz genauen Instrument unterteilt.
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Natürlich wird die Wirkungsweise des Apparates und infolZedessen die
Fehlerkurve Veränderungen erleiden, je nach den relativen Abmessungen der verschiedenen
Teile, welche nicht die kinematische Übertragung bilden. Man erreicht eine größere
Genauigkeit, wenn man den Winkel zwischen den äußeren Ausschlägen des Winkelhebels
vermindert, und wenn man, ohne die andern Bedingungen zu verändern, den Abstand
zwischen den Rotationsachsen des beweglichen Teiles und des Winkelhebels vermindert.
Wenn man für besondere Zwecke den Maßstab verändern will, genügt es, die Führungsstange
L in geeigneter Weise zu profilieren.
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Aus der Beschreibung geht auch hervor, daß ,das Fehlen jedes Spieles
zwischen den Anzeige- und Registrieronganen und der Führung der Feder gesichert
ist. Das einzig mögliche Spiel ist dasjenige, das auf eine Abnutzung zwischen der
Führungsmutter M und der entsprechenden Schraube N zurückzuführen wist, wodurch
infolgedessen eine Neigung der Führungsmutter und der die Reg#iatrierungen bewirkenden
Feder hexvorgerufen werden kann.
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Um diesem Nachteil zu begegnen, stellt man die Führungsmutter nasch
einem der in Abb.2 und 3 gekennzeichneten Ausführungsbeispiele dar. Wie diese zeigen,
ist die Führungsmutter in der Längsrichtung in zwei Teile unterteilt, die unter
sich nach der in Abb.2 angegebenen Ausführung durch vier mit Federn versehene Schraubenbolzen
und bei der Ausführung nach Abb.3 durch eine Blattfeder in Verbindung stehen, so
daß die Schraube N zwischen den beiden Teilen mit leichter Reibung angeordnet ist.
Hiermit wird die Gefahr jedes Spieles beseitigt, selbst wenn die verschiedenen Teile
bei. einem langen Gebrauch verschieden abgenutzt werden.