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Nach dem Drehmagnetprinzip arbeitendes Anzeigegerät
Die Erfindung bezieht
sich auf ein nach dem Drehmagnetprinzip arbeitendes Anzeigegerät, bei welchem zwischen
den freien Schenkelenden eines die Meßspule tragenden ferromagnetischen Joches die
Stromstärke anzeigende Dauermagnetkörper drehbar gelagert sind.
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Derartige Magnets ys teme, mit welchen. unSmittelbar nur Gleichströme
gemessen werden können sind an sich bekannt. Ihr Vorteil besteht darin, daß sie
nahezu ebenso empfindlich sind wie Drebspulsysteme und eine geringere Leistumgsaufnahme
besitzen als andere bekannte Instrumente, wie z. B.
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Dreheisen- oder Hitzdrahtinstrumente, die neben Gleichstrom auch die
Messung von Wechselstrom ummittelbar gestatten. Von Drehspulinstrumen,ten unterscheiden
sich aber die Drehmagnetsysteme noch durch ihre einfache unld infolgedessen auch
billigere Bauweise. Sollen allerdings mit derartigen Drehmagnetsystemen auch Wechseiströme
gemessen werden, so ist, wie bei einem Drehspulinlstrument, die Anwendung eines.
Gleichrichters erforderlich, durch dessen Empfindlichlseit gegen Überlastung, wie
z. B. Spannungsstöße u. dgl., wiederuml Nachteile entstehen. Auch erhöhen sich die
Kosten der Apparatur durch die Einschahung des Gleichrichters.
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Allen bekannten Meßgeräten ist ferner gemeinsam, daß der Ausbau zu
einem Sonderinstrument, z. B. einem solchen mit unterdrücktem Nullpunkt, wie sie
in der Überwachung von Kraftwerken und in ähnlichen Fällen häufig benötigt werden,
erhebliche Schwierigkeiten verursacht, besonders wenn eine sehr weitgehende Nullpunktsunterdrückung
verlangt wird. Bei solchen Sonderausführungen sind regelmäßig umständliche Zusatzgeräte,
wie Brüclienschaltungen mit spannungs abhängi gen
Widerständen u.
dgl., erforderlich, durch welche Schwierigkeiten in der Konstruktion entstehen und
zudem die Kosten für solche Geräte nicht umerheblich erhöht werden.
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Alle diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Anzeigegerät,
welches sowohl für die Messung von Gleich- als auch von Wechselstrom ohne besondere
zesätzliche Anordn,unlgenl oder Schaltelemente geeignet ist und: das, wie eingangs
gesagt, nach. dem Drehmagnetprinzip arbeitet und bei dem zwischen den Schenkelenden'
eines die Meßspule tragenden Eisenjoches ein Dauermagnet drehbar gelagert ist, dadurch
vermieden, daß der von der Meßspule umfaßte Abschnitt des Joches Bestandteil eines
magnetischen Kreises ist, in welchem ein Kraftfluß von solcher Stärke aufrechterhalten
wird, daß dieser Jochabschnitt zur Festlegung des Arbeits.punktes vollständig oder
nahezu vollständig mit Kraftlinien gesättigt ist. Durch diese Sättigung des als
Kerns für die Meßspule dienenden Hochabschnittes wird erreicht, daß jeweils nur
eine Halbwelle des Wechselstromes für die Messung wirksam ist, während die andere
Halbwelle infolge der Sättigung das Meßsystem praktisch nicht beeinflußt. Vorteilhaft
verwendet man für das Joch solche ferromagnetische Werkstoffe, bei welchen der Knick
in der Magnetisierungskurve sehr ausgeprägt ist, da hierdurch die Gleichrichterwirkung
günstig beeinflußt wird. Der Arbeitspunkt wird dann zweckmäßig an diesen Knick verlegt.
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In einer vorteilhaften Ausfiihrungsforml gemäß -der Erfindung wird
der zur Sättigung erforderliche magnetische Kraftfluß in einem magnetischen Kreis
erzeugt, der aus dem von der Meßspule umfaßten Jochabschnitt) zwei Jochschenkeln,
die nach der dem Drehmagneten abgewandten Seite verlängert sind, und einem zwischen
dent Schenkelenden ant gebrachten Dauermagneten gebildet ist. Man erhält auf diese
Weise ein einfaches und einheitliches Gerät, bei welchem die Eisenarmatur etwa A-Form
besitzt. Die Anwendung eines Dauermagneten, für die Aufrechterhaltung des rnagnetischen
Flusses vermittelt hierbei gegenüber einem Elektromagne ten den Vorteil, daß eine
besondere Gleichstromquelle für diesen Zweck entfällt. Um den Arbeitspunkt im Bereich
der Sättigung leicht einstellen zu können, ist weiterhin gemäß der Erfindung der
Dauermagnet zwischen den als Polschuhe ausgebildeten, nach rückwärts verlängerten
Schenkelenden dreh- oder verschiebbar angeordnet.
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Außerdem kann der Sättigungspunkt in dem von der Meßspule umfaßten
Jochabschnitt auch noch dadurch eingestellt werden, daß der Querschnitt dieses Jocl:labschnittes
verändert wird. Diese Veräriderung kann z. B. dadurch bewirkt werden, dåß der von
der Meßspule umfaßte Jochabschnitt eine Bohrung besitzt, in welche ein ferromagnetischer
Kern bis zu der gewünschten Tiefe hineingeschoben wi.rd.
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Das erfindungsgemäße Anzeigegerät eignet sich außerdem. auch für
den Fall, daß ein Instrument mit weitgehend unterdrücktem Nullpunkt herzustellen
ist. Diese Nullpunktsunterdrückung wird in einfachster Weise durch Verlegung des
Arbeitispunktes weit über den Sättigungspunkt des von der Meßspule umfaßten Jochabschn,ittes
erreicht.
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Die Wirkungsweise dieser Nullpunktsunterdrückung besteht darin, daß
bei zusätzlicher Magnetisierung mit dem zu messenden Wechselstrom die die Vormagnetisierung
vermindernde Halbwelle nur mit dem gewünschten Spitzenwert über den Knick der Magnetisierungskurve
hinausreicht und dadurch die zur Anzeige benötigte Flußänderung hervorruft, während
der zu unterdrückende Teil für die Anzeige unwirksam bleibt, da er im Sättigungsbereich
der Magnetisierungskurve liegt Mit Hilfe des einstellbaren Dauermagneten ist es
leicht möglich, durch entsprechende Vormagnetisierung des von der Spule umfaßten
Jochabschntittes den Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskurve so weit zu verschieben,
daß der Unterdrüekungsbereidh den gewünschten Wert annimmt. In der gleichen Weise
kann natürlich auch die Nulipunktsunterdrückung bei Gleichstrommessungen durchgeführt
werden, wobei lediglich die Stromrichtung so zu wählen ist, daß die Vormagnetisierung
des Jochabschnittes vermindert wird.
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Für die praktische Anwendung wird es zweckmäßig sein, eine Doppelanordnung
des Joches zu wählen, da hierdurch die Empfindlichkeit für Wechselstrom der für
Gleichstrom angenähert wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß; der Erfindung
und ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise dargestellt, und zwar zeigt
Abb. I eine schematische Darstellung des Anzeigegerätes, Abb. 2 ein Diagramm zur
Erläuterung der Wirkungsweise.
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In der Zeichnung (vgl. Ab. I) bedeutet I das Eisenjoch, welches aus
den Schenkeln 2 und dem die Meßspule 3 tragenden Jochabschnitt 4 besteht.
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Zwischen den Enden 5 der Schenkel ist der Drehmagnet 6 mit dem Zeiger
7 in bekannter Weise angeordnet. An der dem Drehmagneten abgewandten Seite des Joches
ist der Dauermagnet 8 derart drehbar zwischen den Polschuhen9 g angeordnet, daß
er in der gewünschten Weise zwecks Verminderung des Kraftflusses aus dem-Polschuhbereich
heraus- bzw. zur Vergrößerung des Kraftflusses in diesen hineinbewegt werden kann,.
Der Meßspule3 wird der Gleich- oder Wechselstrom durch die Leitungen 10. zugeführt.
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Bei dem in Abb. 2 dargestellten Diagramm ist zwischen der Abszisse
II, auf der die Feldstärke H aufgetragen i.st, und der die Induktion B anzeigenden
Ordinate 12 eine Magnetisierungskurve I3 einer bestimmten Weicheisensorte gezeichnet,
welche in dem von der Meßspule umfaßten Jochabschnitt Verwendung findet. Durch die
Verschiehnug des zur Vormagnetisierung dienenden Magneten 8 wird der Fluß in dem
von der Meßspule umfaßten Jochabschnitt so einreguliert, Idgaß der Arbeits-
punkt
im Punkt 14 der Magnetisierungskurve I3 liegt. Soll nun! z.B-. der durch die Sinuslin,ie
I5 dargestellte Wechselstrom gemessen werden, so ist aus dem Diagramm ersichtlich,
daß der nach dem flach ansteigenden Ast der Magnetisierungskurve hinweisende Halbwert
der Wechselspannung infolge des flachen Verlaufs. von Punkt 14 der Kurve bis zum
Punkt 16 nur eine geringe In,duktionsäderung zur Folge hat, wie sie durch die Größe
I7 dargestellt ist. Dagegen bewirkt die andere Halbwelle, die nur im steilen Bereich
der Magnetisierungskurve bis etwa Punkt I8 zur Wirkung kommt, eine wesentlich größere
Induktionsänderung, die etwa durch die Strecke 19 dargestellt ist. Da die Strecke
19 wesentlich. größer ist als die Strecke I7, erhält also der Drehmagnet ein stark
nach einer Drehrichtung überwiegendes Moment. Soll bei dem Drehmagnetsystem der
Nullpunkt unterdrückt werden, dann wird überwiegend auf dem flachen Teil der Magnetisierungskurve
gearbeitet. Wenn z. B. eine Wechsel'spannung entsprechend der Sinuslinie 20 der
Meßspule zugeführt wird, dann. wird durch Verschiebung des Dauermagneten ein Arbeitspunkt
auf der Magnetisierungslinie eingestellt, der etwa dem Punkt 21 entspricht. Die
nach dem flachen Teil der Kurve gerichtete Halbwelle erzeugt nur eine ganz geringe
Induktionsänderung, die dem Wert 22 entspricht. Die andere Halbwelle erzeugt insgesamt
eine Induktionsänderung, die durch die Strecke 2.3 dargestellt ist. Da aber ein
Teil dieser Halbwelle, und zwar bei dem dargestellten Fall der kleinere Teil, in:
den' stark gekrümmten Teil der Magnetisierungskurve fällt, zerlegt sich! der Wert
23 in zwei Werte, nämlich den Wert der Induktionsänderung zwischen Punkt 21 und
Punkt I4, der dem Wert 24 entspricht, und in den Wert zwischen Punkt 14 und Punkt
18, der dem .Wert 19 entspricht. Die wirksame Induktionlsän,derung ist also gleich
dem Wert 23, vermindert um den in entgegengesetzter Richtung wirksamen: Wert 22.
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.Dieser Wert entspricht etwa dem Teil 25 der Sinuskurve 20, der im
steilen Bereich der Magnetisierungskurve liegt. Die Wirkungsweise der Gleichstrommessun
g bei dem erfindungsgemäßen Anzeigegerät entspricht dem Vorgang, wie er bei der
Messung von Wechselströmen für die wirksame Halbwelle beschrieben ist.
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PATENTANSPROCHE: I. Nach dem Drehmagnetprinzip arbeitendes Anzeigegerät
für Gleich- und Wechselstrom, bei welchem zwischen den freien: Schenkelend,en eines
die Meßspule tragenden Eiseujoches die Stromstärke anzeigende Dauermagnetkörper
drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Meßspule umfaßte
Abschnitt des Joches Bestandteil eines magnetischen Kreises ist, in welchem ein
Kraftfluß von solcher Stärke aufrechterhalten wird, daß dieser Jochbestandteil zur
Festlegung des Arbeitspunktes vollständig oder nahezu vollständig mit Kraftlinien,
gesättigt ist.