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Enrichtung -zur Kompensation des Hysteresefehlers bei elektromagnetischen
Apparaten Wird ein ferromagnetischer Körper der Magnetisierung durch Gleichstrom
ausgesetzt, so entspricht denselben Stromwerten bei steigendem und fallendem Strom
nicht dieselbe Induktion und daher auch nicht dieselbe Intensität der Magnetisierung.
Die Größe der Abweichung ist abhängig von der Form und der Materialzusammensetzung
des ferromagnetischen Körpers, ferner von der Stärke und Form des induzierenden
Feldes. Es wird sich also z. B. bei allen Meßgeräten, bei denen das der Meßgröße
entsprechende Drehmoment durch die sich ändernde Induktion bzw. Intensität der Magnetisierung
hervorgebracht wird, der durch die Zweideutigkeit der Funktion Feldstärke-Induktion
verursachte Fehler bemerkbar machen müssen, oder mit anderen Worten, der Ausschlag
ist nicht nur eine Funktion der vorhandenen Amperewindungen, sondern hängt auch
noch von den bei der vorhergehenden Messung aufgedrückten Werten ab. Diese Eigenschaft
derartiger Instrumente macht sich um so unangenehmer bemerkbar, als die Größe des
Fehlers in hohem Grade von der Qualität und Bearbeitung des verwendeten Eisenmaterials
abhängig ist, so daß die fabrikationsmäßige Herstellung von Dreheiseninstrumentrn
mit gleichmäßig geringem Fehler außerordentlich verteuert wird.
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Eine Kompensation dieses Fehlers läßt sich nun durch Elemente erzielen,
die ihrerseits Hvsterese auf-,veisen. Es sind auch bereits Anordnungen zur Kompensation
des durch Hysterese entstehenden Fehlers bekannt. Diese bestehen im wesentlichen
darin, daß Kompensationssysteme vorgesehen sind, die dem Drehmoment des Hauptsystems
entgegenwirken, und zwar infolge von eigener Hysterese bei ansteigendem Strom weniger
als bei fallendem Strom. Hierzu ,ist es natürlich notwendig, daß die Kompensationssysteme
von einem dem Strom des Hauptsystems proportionalen Strom erregt werden. Diesen
bekannten Anordnungen haftet vor allem der Nachteil an, daß das Kompensationssystem
das Dreh.morn,ent des Hauptsystems wesentlich verringert, denn sein Hvsteresefehler
muß ja von der gleichen Größenordnung sein wie der des Haupt-_ystems, wenn eine
wirksame Kompensation erreicht werden soll.
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Lm diese -Nachteile zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung dem Hauptsystem
der Apparate auf elektromagnetischer Wirkung beruhende Kompensationselemente, die
Hysterese aufweisen, derart zugeordnet, daß sie das Hauptsystem verstärkende zusätzliche
Felder erzeugen, die infolge der Hysterese der Kompensationselemente bei ansteigendem
Strom stärker als bei fallendem sind.
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An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
r ist ein Zylinder aus weichem Eisen, der mit einer Wicklung z versehen ist. Diese
wird in demselben Sinne vom Strom durchflossen wie die zu dem Zylinder r konzentrisch
angeordnete Hauptwicklung q., was in der Abbildung in
üblicher Weise
durch Kreuze und Punkte angedeutet ist. 3 sind die Systembleche, die irgendeine
der üblichen Formen haben können. 5 ist die Drehachse, die aus beliebigem Material
bestehen kann.
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Abb. a zeigt eine Anordnung, bei der der Zylinder i und die Hilfswicklung
2 auf einem Spulenkörper 8 angeordnet sind, der auf einer Hülse 7 im Sinne der Pfeilrichtung
verschiebbar angebracht ist.
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Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform für höhere Stromstärken. Der Hauptunterschied
gegenüber der vorhergehenden Ausführung besteht darin, daß der Zylinder i reit der
Hülse 8 verschiebbar ist, während die Hilfswicklung 2 festbleibt. Die eine Stromzuführung
erfolgt hier in bekannter Weise -durch den von der-. übrigen Wicklung isolierten
Spulenkörper 9: In Abb.4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der i kein vollständiger
Zylinder ist, sondern nur ein Zylindersegment, das mit Hilfe der Hülse 8 um die
Achse 5 drehbar ist.
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Abb. 5 stellt den Grundriß eines elliptisch geformten Zylinders i
dar, der um die Achse 5 drehbar angeordnet ist.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise sei kurz auf die Grundlagen des Elektromagnetismus
hingewiesen. Bringt man nach Abb. 6 einen ferrömagnetischen Stab io endlicher Länge
in ein homogenes Feld, so ändert sich das Feld in der in Abb. 7 dargestellten Weise.
Die Schwächung des Felles in der Nachbarschaft-des Stabes rührt bekanntlich von
dem in Abb.6 gestrichelt dargestellten Eigenfeld des Stabes her, dessen Stärke von
dem an den Enden des Stabes auftretenden freien Magnetismus abhängt. Es ist klar,
daß die Stärke des Eigenfeldes dem Einfluß der Hysterese im Stab unterworfen ist.
Bildet man nach Abb. 8 den Stab als Zylinder i aus, so hat sein Eigenfeld die gestrichelt
angedeutete Form. Das Feld innerhalb des Zylinders wird dann infolge des an den
Enden des Zylinders i auftretenden freien Magnetismus, geschwächt, wie in Abb. 9
angedeutet ist. Diese Erscheinung wird mitunter auch als Schirmwirkung angesehen.
Ist nun nach Abb. io der Eisenzylinder i von einer Wicklung :2 umgeben, und wird
diese Wicklung vom Strom durchflossen, so wird sich ein Feld etwa wie dargestellt
ausbilden. Die Stärke des Feldes im Innern des Zylinders i ist also nach dem früheren
abhängig von der Polstärke an den Zylinderenden, d. h. sie wird infolge der im Zylindermaterial
auftretenden. Hysterese bei der Annahme gleichen Stromes in der Wicklung 2 bei ansteigendem:
Strom größer sein als bei fallendem.
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überlagert man nun nach Abb. i dieses dergestalt beeinflußte Feld
dem Hauptfeld eines Dreheiseninstrumentes und läßt die beiden Spulen in gleichem
Sinne vom Strom durchfließen, so ergibt sich folgende Wirkung: Die induzierende
Feldstärke innerhalb der Spule d. wird so beeinflußt, daß bei steigendem Strom demselben
Wert des Stromes in der Hauptwicklung ein höherer Wert der Feldstärke entspricht
als bei fallendem. Da diese Abhängigkeit zwischen der induzierenden Feldstärke und
dem Strom ähnlichen Gesetzen -gehorcht wie die zwischen induzierender Feldstärke
und der das Drehmoment erzeigenden Induktion in dem Systemeisen, so ist es klar,,
daß sich durch geeignete Amperewindüngszahl der Spule 2, ferner durch geeignete
Formgebung und Stellung des Eisenzylinders i. eine nahezu vollständige Kompensation
des Systemfehlers erreichen läßt.
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Es läßt- sich -ferner durch relativ geringfügige 'Ubererr eg'ung der
Kompensationswicklung a eine starke Überkompensation erreichen. Bei der Anordnung
nach Afib. 2 läß.t sich dann .durch axiales Verschieben des Zylinders i mit Spule
2 bzw. des Zylinders i allein (Abb. 3) die richtige Kompensationswirkung erzielen;
denn nach Abb. i und 9 ist es klar, daß die zusätzliche Wirkung des Kompensatiönssysteins
i und 2 auf das Hauptfeld von der Stellung des Zylinders i gegenüber dem System
3 abhängig ist.
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Für den Fall, daß die Kompensationswirkung an irgendeiner Stelle der
Skala zu stark wird, ist nach Abb. ¢ statt des Eisenzylinders i ein Zylindersegment
vorgesehen, dessen Seitenkanten 15 irgendwie zugeschnitten sein können. Durch Verdrehung
des Zylindersegments i um die Achse 5 kann die Kompensationswirkung im Verlauf der
Skala geregelt werden.
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Einem ähnlichen Zweck genügt ein Zylinder i mit elliptischer oder
irdendwie- anders geformter Grundfläche, der ebenfalls, wie in Abb. 5 angedeutet,
um die Achse 5 verdrehbar angeordnet ist. Selbstverständlich läßt sich die Verdrehbarkeit
um die Achse in einfacher Weise mit axialer Verschiebbarkeit nach Ab-b. 2 kombinieren.
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Die Anordnungen nach Abb. i bis 5 können auch reguliert werden, indem
man, wie in Abb. i dargestellt ist, den vertikal verschiebbaren Eisenkern 14 anbringt.
Eine Annäherung des Eisenkerns 14 an das System 3 bedeutet eine Verlängerung des
Eisenweges des Hauptfeldes und somit eine Erhöhung des Remanenzfehlers.
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Die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen haben nur als
Beispiele zu gelten. Die Kompensationseinrichtung könnte ebensogut an Instrumenten
der Flachspultype
und an Relais angebracht werden. Schließlich
muß sie keineswegs das bewegliche System direkt umschließen, sondern kann an irgendeiner
Stelle das wirksame Feld beeinflussen.
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Eine derartige Einrichtung gemäß der Erfindung wirkt als Schutz gegen
Fremdfelder; außerdem erlaubt sie eine weitgehende Regulierung der Kompensationswirkung
am fertigen Instrument, so daß bei der Eichung zugleich mit der Festlegung der Skala
die Einregulierung des Remanenzfehlers auf ein Minimum erfolgen kann.