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Elektromagnetisches Messinstrument.
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Messinstrument, das die Messung von in Leitern fliessenden Strömen ohne Unterbrechung des Leiters und ohne unmittelbaren Anschluss der Leiterenden an das Instrument gestattet.
Bei bekannten Messinstrumenten dieser Art bereitete es mitunter Schwierigkeiten, an den Leiter, in welchem der zu messende Strom fliesst, bequem heranzukommen. Der Dietze-Anleger z. B. muss zu diesem Zweck erst geöffnet, d. h. seine Schenkel auseinander gespreizt werden, weshalb dessen Bedienung beide Hände erforderte.
Die Erfindung betrifft ein Messinstrument, das die Nachteile der bisherigen Messinstrumente beseitigt und den Anforderungen der Praxis in jeder Hinsicht entspricht, indem es ermöglicht, an die Leiter, in denen Strom von Nieder-oder Hochspannung fliesst, bequem heranzukommen und die Belastung und deren Änderung innerhalb weiter, verschiedener Messbereiche zu ermitteln bzw. abzulesen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass sämtliche Bestandteile des Instrumentes, Skala und Zeiger, Dämpfungsmittel und zweckmässig auch das Schwingorgan, in einem isolierten-Gehäuse angeordnet sind, das einen zweckmässig um 360 schwingbaren Griff aufweist, während die die Eisenkerne bildenden Schenkel der Messgabel, zwischen denen der zu messende Leiter einzuführen ist, aus dem Gehäuse hervorragen. Um Kurzschlüssen vorzubeugen, können die aus dem Gehäuse vorragenden Metallteile mit Isolationsmaterial belegt sein.
Das Schwingorgan kann jedoch auch ausserhalb des Gehäuses angeordnet werden, um es nahe an die Leitung heranzubringen, um ein Instrument für niedere Messbereiche (0-50 Ampere) zu schaffen.
Die Erfindung sieht ferner die Anordnung eines zweckmässig auf den Schenkeln der Messgabel verschiebbaren Anschlages vor, der es einerseits ermöglicht, den Messbereich des Instrumentes zu ändern und anderseits jene Messfehler auszuschalten, die sich aus der Verschiedenheit der Leiterdurchmesser ergeben. Dieser Anschlag, gegen den sich der Leiter beim Messen anlegt, ermöglicht es, dem Durchmesser des jeweilig zu messenden Stromleiters entsprechend, die Einstellung zwischen Mittellinie des Leiters und des Schwingorgans so vorzunehmen, dass diese konstant bleibt und dadurch richtige Messergebnisse zu erzielen.
Es wurde nämlich gefunden, dass das vom Strom hervorgerufene magnetische Feld stets in der geometrisehen Mittellinie des Leiters konzentriert gedacht werden kann, so dass stets richtige Messergebnisse nur bei konstanter Entfernung zwischen Leitermittellinie und Sehwingorgan gewährleistet ist.
Durch die Drehbarkeit des Instrumentenhandgriffes um 360 wird es möglich, das Instrument in bezug auf die zu messende Leitugn in entsprechender Lage zu halten und das Ergebnis bequem abzulesen.
Endlich betrifft die Erfindung eine zweckmässige Ausführungsform, die es ermöglieht, das Instrument für Spannungsmessungen zu verwenden und auch die Messung von in einer Spule fliessenden Strömen geringer Stärke, etwa von der Grössenordnung von Milliamperen, möglich zu machen.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige Aust'lhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt die Vorderansicht, zum Teil im Schnitt. Fig. 2 den Längsschnitt und Fig. 3 den Grundriss eines Strommessers gemäss der Erfindung. Die Fig. 4. 5 und 6 sind Einzelheiten des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1-3. Fig. 7 zeigt zum Teil geschnittene Seitenansicht. Fig. 8 eine zum Teil geschnittene Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform. Die Fig. 9 und 10 sind ähnliche Ansichten einer als Strom-und Spannungsmesser verwendbaren Vorrichtung mit mehreren Messbereichen. Fig. 11 veranschaulicht das Schal-
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In den Fig. 1-3 bezeichnet 1 das Gehäuse, zweckmässig aus Isoliermaterial, in welchem das Messsystem 2 untergebracht ist (Fig. 2).
Dieses besteht aus einem oder zweien aus dem Gehäuse 1 vorragenden Eisen-oder Blechschenkeln 3 einer Gabel, bestehend aus einem Material magnetischer Permeabilität, in deren Zwischenraum die zu messende Leitung 4 bis an einen Anschlag 5 eingeführt werden kann. Vor den Polenden der Blechplatten 3 befindet sich ein schwingbar angeordnetes Weicheisensegment 6 aus einem Material hoher Permeabilität, welches auf der Achse 8 drehbar sitzt und einen im Dämpfungsgehäuse 10 rotierenden Flügel 9 trägt. Das Weicheisensegment 6 ist mit einem Zeiger 7 verbunden, der vor einer durch einen Ausschnitt der Gehäusewand von aussen sichtbaren Skala 12 spielt ; Feder 11 dient zur Rückführung des Zeigers 7 in seine Nullage.
Der Strommesser besitzt einen Handgriff 15, der um Bolzen 14 um 3600 drehbar angeordnet und in seiner Lage senkrecht zur Skalenebene durch eine beliebige, an sich bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte Schnappvorricl1tung feststellbar ist. Diese Anordnung verringert nicht bloss den Raumbedarf des Instrumentes beim Transport, sondern ermöglicht auch, das Instrument in bezug auf die zu messende Leitung in entsprechender Lage zu halten und das Ergebnis in jeder Lage bequem abzulesen.
Die Schenkel 3 können um Gelenke 31 drehbar angeordnet sein, um die Länge der aus dem Gehäuse 1 vorragenden Schenkel 3 vermindern zu können (Fig. 3).
Ein in der Leitung 4 fliessender Strom erzeugt ein zur Ebene des Leiters senkrecht verlaufendes magnetisches Feld, dessen Kraftlinien den Leiter (z. B. in Richtung der Pfeile Fig. 3) kreisförmig um- schliessen. Dieses magnetische Feld ruft in den Schenkeln 3 einen magnetischen Fluss hervor, der eine Anziehungskraft auf das Weicheisensegment 6 ausübt. Dieses verdreht sich samt Zeiger 7 um einen dem Strome nahezu proportionalen Betrag. Um eine geeignete Skala zu erhalten, werden die Innenende 16 der Schenkel 3 in der in Fig. 5 und 6 dargestellten Weise ausgeschnitten und umgebogen. Die Empfindlichkeit des Strommessers hängt von der zwischen Leiter 4 und Weicheisensegment 6 vorhandenen Entfernung ab, d. h. das Messinstrument ist um so empfindlicher, je näher die Leitung 4 an das Weieheisen- segment 6 herankommt.
Um diese Entfernung regeln zu können, werden die Schenkel 3 mit einem Schieber 48 ausgerüstet, der sie rahmenförmig umfasst. Der Schieber kann mittels einer Schraube gelöst bzw. in der vorher bezeichneten und der Skala entsprechend geeichten Lage festgehalten werden. Der Schieber dient nun als Anschlag für die Leitung 4 und begrenzt somit ihre Entfernung von dem Weicheisensegment 6. Die Erfahrung lehrt, dass es möglich ist, diejenigen Stellen des Schiebers, die einer halben bzw. eincr Dr : ttelempfindlichkeit des Apparates entsprechen, von vornherein festzusetzen, so dass der Mess- bereich des Instrumentes durch Einstellung des Schiebers in eine dieser Lagen in einer vorher bestimmten Weise beliebig geändert werden kann.
Diese Lage wird zweckmässig so festgesetzt, dass man die der grössten Empfindlichkeit entsprechenden Skalen zahlen stets mit ganzen Zahlen zu multiplizieren hat, d. h.. die Skala bleibt für alle Messbereiche gleich.
Ausser der Einstellung auf verschiedene Messbereiche kann der Anschlag auch innerhalb jeder auf einen bestimmten Messbereich eingestellten Lage, dem Durchmesser des jeweils zu messenden Stromleiters entsprechend, fein eingestellt werden. Diesem Zwecke dient der in Fig. 2 im Schnitt, Fig. 3 im Grundriss und Fig. 4 in Seitenansicht dargestellte Doppelanschlag.
Er ist aus den beiden die Schenkel 3 umgebenden, im Querschnitt viereckigen Jochen 47, 48 gebildet, von denen Joch 48 das Innenjoch 47-umgibt. Die beiden sind zwecks Einstellung auf verschiedene Messbereiche zusammen verschiebbar. Zwecks Feineinstellung ist das Aussenjoch 48 in bezug auf das Innenjoeh 47 in der Längsrichtung der Schenkel 3 verschiebbar. Zu diesem Zwecke weist das Aussenjoch 48 einen bogenförmigen Schlitz 53 auf, in dem der Zapfen 55 eines Zeigers 54 gleitet. Dieser ist um einen Zapfen 52 drehbar, der im Ansatz 49 des Innenjoches 47 gelagert ist. Der Schlitz 53 verläuft in bezug auf Zapfen 52 exzentrisch, so dass bei der Verdrehung des Zeigers Joch 48 in der Achsenrichtung der Schenkel 3 verschoben wird.
Vor der Spitze des Zeigers 54 befindet sich eine Skala, deren Werte den verschiedenen Leiterdurehmessern entsprechen. Versuche haben erwiesen, dass, wenn die Instrumentenskala 12 mittels eines Eiehinstrumentes, z. B. für Leiterdurchmesser von 6 mm, kalibriert wird, das Instrument, z. B. bei einem Leiter, dessen Durchmesser 12 mm beträgt, bei tatsächlich vorhandenen 100 Ampere nur 94 zeigt. Soll das Instrument richtige Messergebnisse liefern, dann muss die Mittellinie des 12 mm starken Leiters in jene Entfernung von Schwingorgan 6 gebracht m erden, in der die Mittellinie des 6 mm starken Leiters zu liegen kommt. Dementsprechend ist die Kante 56 des Joches 48, gegen die sich Leiter 4 anlegt. dem Schwingorgan 6 um 3 mm näher zu bringen.
Dies erfolgt, indem man den Zeiger 54 auf die Zahl 12 seiner Skala stellt, wobei das Joch 48 sich um 3mm gegen das Sehwingorgan 6 nähert.
Das Instrument gemäss der Erfindung kann mit beliebigem Messbereich hergestellt m erden. Nachdem es erkannt worden ist, dass bei Einstellung auf einen gewissen Messbereich, dem eine gewisse Entfernung des Anschlages vom Sehwingorgan 6 entspricht, die Anzahl der auf dieses einwirkenden Kraftlinien, z.
B. einer Belastung von 200 Ampere, gerade so gross ist wie bei einer Belastung von 100 Ampere, jedoch in entsprechend geringerer Entfernung des Anschlages vom Schwingorgan, ergibt sich die Möglichkeit, bei beliebig grossen Stromstärken jeweils jene Lage des Anschlages zu bestimmen, bei der der an der Skala erscheinende Wert. zweckmässig mit einer ganzen Zahl multipliziert, die richtigen Messwerte ergibt.
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Ausschlages nicht ausreicht, wird der sonst unverändert belassene Strommesser mit einer verschiebbaren Spule 18 ausgerüstet (Fig. 7 und 8), die z. B. in den Kasten 20 eingebaut ist. Die Enden der Spule 18 führen zu den Anschlussklemmen 19, um sie in den zu messenden Stromkreis einschalten zu können.
Das in Fig. 9 und 10 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Messvorrichtung, deren Messbereich so geändert werden kann, dass das Instrument auf Milliampere empfindlich gemacht werden kann. Diese Vorrichtung kann als Strommesser oder als Spannungsmesser geschaltet werden.
In dem geschlossenen Kasten 20 ist ausser der Spule 18 noch eine Spule 21 von hoher Windungszahl für Milliampere sowie die Vorsehaltwiderstandsspule 22 angeordnet. Das Schaltungsschema einer solchen Messeinrichtung zeigt Fig. 11.
23 bezeichnet einen Druckknopf, der in seiner eingedrückten Lage die Messeinrichtung für Spannungsbemessung umschaltet. Durch den Druckknopf 23 werden die Kontakte 24, 25, 27, 26 gesteuert.
Ist der Druckknopf 2-3 in seiner Ruhelage, dann ist die Vorrichtung als Strommesser zu benutzen, d. li. die Spule 18 ist vom ganzen Strom durchflossen, während die Spule 21 sowie der Vorsehaltwiderstand 22 offen sind. In der eingedrückten Lage wird mittels der Traverse 38 die Spule 18 kurzgeschlossen, so dass der ganze Strom durch die Traverse 88 @liesst und die Spule 21 zwischen den Leitungen I und II, deren Spannung gemessen werden soll, durch Leitung a und b'bzw. b"eingeschaltet, u. zw., je nachdem die Anschlussklemme 2.
S oder 29 mit Leitung I verbunden ist, erhält man in dem Nebenschluss über Leitungen I und 11 nur die Spule 21 oder aber ist die Spule 21 mit dem Vorsehaltwiderstand 22 in Reihe geschaltet.
Dadurch erhält man also einen Spannungsmesser mit zwei Messbereichen. Die Verbindung zwischen Spule 21 und Anschlussklemme 28 wird mittels dem vom Druckknopf 23 aus gesteuerten Kontakte 25 und 24 bewerkstelligt.
In ähnlicher Weise verbinden die Kontakte 26,27 das Ende des Vorschaltwiderstandes 22 mit der Anschlussklemme 29. Die für die Reihenschaltung der Spule 18 dienenden Anschlussklemmen sind mit 34 und 35 bezeichnet. Wird die Messvorriehtung für die Messung von grossen Stromstärken ver- \ endet, d. h. für solche, bei denen eine rein magnetische Kopplung zwischen den stromführenden Leiter und dem Messsystem für die Betätigung des Zeigers ausreicht, so wird die Leitung 4 zwischen den Sehenkeln 3 in der bei dem vorigen Ausführungsbeispiel geschilderten Art untergebracht, wobei die Stirnseite 30 der Dose 20 als Anschlag dient.
Es kann zweckmässig sein, das Gehäuse 20, welches die Spulen und deren Anschlüsse trägt, derart anzuordnen, dass es über die Schenkel gestülpt oder von diesen entfernt wird, je nach den Messbedingungen.
In diesem Falle ist es manchmal vorteilhaft, die Spulen durch biegsame Leiter an die Stromquelle zu schalten und sie nur nötigenfalls mit dem Instrument in Verbindung zu bringen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Messinstrument, das die Messung von in Leitern fliessenden Strömen ohne Unterbrechung des Leiters und ohne unmittelbaren Anschluss der Leiterenden an das Instrument gestattet, dadurch gekennzeichnet, dass seine Bestandteile, wie Skala und Zeiger, Pämpfungsmittel usw., in einem isolierten Gehäuse untergebracht sind, aus welchem die die Eisenkerne bildenden Schenkel einer Mess- gabel vorragen.