Dreheiseumessgerat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzeigegenauigkeit von Dreheisenmessgeräten, die bisher für Gleich- und Wechselstrom 0, 4 bis 1% vom Skalenendwert beträgt, wesentlich zu erhöhen. Die einzige -essgerättype, die bisher mit grosser Genauigkeit für Gleich- und Wechselstrom gebaut werden konnte, ist bekanntlich das Dynamometer. Seine Anwendbarkeit wird aber, wie man weiss, unter anderem durch den vergleichsweise grossen Leistungsbedarf, durch Schwierigkeiten bei der Beseitigung des Temperaturfehlers und der Stromzuführung zur beweglichen Spule, erheblich beeinträchtigt. Von diesem Nachteil ist das Dreheisengerät als Strommesser mit einem Messbereich frei.
Es ist daher ein technischer Fortschritt, wenn durch die Massnahmen der Erfindung ein Dreheisengerät gebaut werden kann, das sowohl für Gleichstrom als auch für Wechselstrom der normalen Netzfrequenz die Klasse 0,2 mit Sicherheit einhält und demnach als Feinmessgerät zu berwerten ist.
Es ist klar, dass dieser Fortschritt nur durch Herabsetzung aller Fehler erreicht wird, die der Dreheisentype eigentümlich sind. Es bietet dem Fachmann heute keine grundsätzlichen Schwierigkeiten mehr, von diesen bekannten Fehlern den Frequenzfehler durch metallarmen Aufbau, den Fremdfeldfehler durch geeignete Abschirmung oder Astasierung, den Reibungsfehler durch Erhöhung des mechanischen Güte faktors auf das für die genannte : Klasse er- forderliche Mass zu verringern. Übrig bleibt als Hauptquelle für die Ungenauigkeit der bisherigen Dreheisengeräte der bei Eichung und Messung mit Gleichstrom auftretende, durch die Hysterese in den Bisenkernen bedingte Fehler.
Man kennzeichnet ihn eindeutig durch die Differenz di der Ablesungen bei steigendem und bei fallendem Gleich strom; in Prozenten des Skalenendwertes nax ist also dieser Gleichstrom- oder Hysteresefehler (1) f = 100
2 mns
Abgesehen von der einleuchtenden Vorschrift, man solle als Kernmaterial Blech von kleinster Koerzitivkraft und Remanenz benutzen, fehlen bis heute quantitative technische Regeln, aus denen die Massnahmen eindeutig erkannt werden können, durch die der Fehler f auf einen möglichst kleinen oder einen gewünschten Betrag gebracht wird.
Mit diesem Ziel durchgeführte Untersuchungen haben nun für den Zusammenhang zwischen dem Fehler f, der geometrischen Gestaltung der Kerne oder des Kernes und den magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials das Ergebnis verbracht
1 b (2) t = 1257. Xv
N Bmax Hierin ist f der in (1) definierte Fehler in Prozent, N der Entmagnetisierungsfaktor.
Ferner ist Bmax (in Gauss) die grösste Induktion, die durch den Höchststrom imaX erregt wird; diesem Induktionswert ist eine Magnetisierungsschleife eindeutig zugeordnet, deren Breite (in Oersted) mit b bezeichnet ist.
Man hat also, um den Hysteresefehler klein zu halten, das Kernmaterial darnach b auszuwählen, dass B möglichst klein wird.
B max Diese Vorschrift deckt sich nicht mit der bisher bekannten Massnahme, ein Kernmaterial mit möglichst kleiner Koerzitivkraft auszuwählen, zum Beispiel ist die Koerzitivkraft bei Permalloy C 0,035 Oe, Mumetall 0,034 Oe, 5O%-Nickedeisen 0,046 Oe, darnach wäre also 50 S ;-Niekeleisen das von diesen am wenigsten geeignete Kernmaterial. Die einzelnen Materialien unterscheiden sich jedoch in den Grössen der Induktion, bei der die magnetische Sättigung erreicht wird. Zum Beispiel ist in der Reihenfolge der drei genannten Materialien die Sättigungsinduktion 8000 Gs, 7500 Gs, 14000 Gs, und man findet blBmax = 0,87... 0,91... 0,66 1F5 Oels.
Nach (2) ist somit 50 S-Nickeleisen unter den angegebenen das am besten geeignete Kernmaterial. Von der Sättigungs-Maximalinduktion wird man allerdings aus verschiedenen technischen Gründen, zum Beispiel mit Rücksicht auf den Oberwellengehalt des Stromes, bei imaX nur einen bestimmten Prozentsatz eintreten lassen. Nach (2) kommt es daher auf die Breite b der Magnetisierungsschleife bei diesem Induktionswert Bmax an. Zum Beispiel findet man bei rund 40 % der jeweiligen Sättigungsinduktion in runden Zahlen in der Reihenfolge der drei genannten Legierungen b/Rmax = 2,1... 1,8... 1,3 3. 1F5 Oe/Gs.
Trotz ihrer grösseren Koerzitivkraft ist also die Legierung 50 % -Nickeleisen die günstigste, weil sie das kleinste Verhältnis blBmax hat.
Die Abmessungen des Kernes oder der Kerne wurden bis heute in erster Linie mit Rücksicht auf den Skalenverlauf und auf das erzeugte Drehmoment festgelegt. Die Kernabmessungen sind in der Formel (2) durch den Entmagnetisierungsfaktor vertreten. Der Entmagnetisierungsfaktor N wird in ausreichender Näherung lediglich durch die Kernabmessungen bestimmt. Die Abmessungen des Kernes oder der Kerne sind daher, um den Hysteresefehler klein zu halten, so zu gestalten, dass der Entmagnetisierungsfaktor gross wird. Die Vorschrift, N möglichst gross zu machen, ist unabhängig von der besonderen Bauart des Dreheisengerätes, jedoch erkennt man aus ihr, dass es besonders günstig ist, zwei einander abstossende Kerne zu benutzen, da bei Vorhandensein zweier Kerne offenbar die Entmagnetisierung grösser ist als bei nur einem Kern.
Die Ausbildung der beiden einander abstossenden Kerne als Streifenkerne, das heisst lamellenförmige Kerne, in einem Dreheisengerät nach der Rundspultype bringt bekanntlich noch den Vorteil einer günstigeren Skalenteilung mit sich.
Beispiele: Soll bei einem Dreheisengerät, damit es als Präzisionsinstrument gilt, der Hysteresefehler auf höchstens 1 Promille: f = 0,1 gebracht werden, so muss bei den drei Legierungen Permalloy C, Mumetall, 50l%-Nickeleisen nach (2) mit den obigen Zahlenangaben der Entmagnetisierungsfaktor N mindestens die Grösse haben 0,27... 0,23...
0,165, und hiernach sind die Kernabmessungen festzulegen. Je grösser der verlangte Entmagnetisierungsfaktor ist, um so gedrungener wird bekanntlich die Form. Die günstigen Entmagnetisierungsfaktoren lassen sich dann herstellen, wenn das Verhältnis von Eli : ern- länge zu Kerndurchmesser einen Wert zwischen 4 und 10 aufweist, wobei bei nicht runden Kernen als Durchmesser derjenige eines mit dem Kernquerschnitt flächenglei chen : Kreises zu nehmen ist. Der erforderliche Entmagnetisierungsfaktor wird zum Beispiel bei gegebener Dicke der Kerne oder des Kernes durch Änderung der übrigen Abmessungen, zum Beispiel der Länge, oder durch Änderungen der übrigen Abmessungen erreicht, oder durch änderung der Dicke, falls die übrigen Abmessungen festliegen.
Ist zum Beispiel f = 0,1 zulässig, jedoch ein möglichst kleines Gewicht des Drehsystems gefordert, so kann man, um die Rernbreite nicht zu gross machen zu müssen, mit N nicht über eine gewisse Grösse hinausgehen; dann geht aus den genannten Zahlen hervor, dass man jenes Material wählt, dessen Wert b/Bmax am kleinsten ist, also 50% -Nickeleisen, das heisst eine Eisen-Nickellegierung, die praktisch zu gleichen Teilen aus Eisen und Nikkel besteht.
Mit Rücksicht auf die nötige Sicherheit, hauptsächlich infolge Schwankens der magnetischen Eigenschaften desselben Materials, ist daher für Dreheisengeräte, die einen Fehler f von höchstens 1 Promille aufweisen sollen, ein Entmagnetisierungsfaktor von mindestens N = 0,2 erforderlich. Nach dem Gesagten wird man derartige Dreheisenfeinmessgeräte vorzugsweise mit zwei einander abstossenden Streifenkernen gleicher Form und nach der Rundspultype ausbilden.
PATENT A NSPRUCP : :
Dreheisenfeinmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen und die Anordnung mindestens eines Kernes so gewählt sind, dass der Entmagnetisierungsfaktor einen Wert grösser als 0,2 aufweist.
UNTERANSPRÜCHE:
1. Dreheisenfeinmessgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei einander abstossende Kerne von gleicher Form besitzt.
2. Dreheisenfeinmessgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei einander abstossenden Kerne aus einer Legierung hergestellt sind, die praktisch zu gleichen Teilen aus Eisen und Nickel besteht.