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.
Rotary measuring device.
The invention is based on the object of significantly increasing the display accuracy of moving iron measuring devices, which up to now has been 0.4 to 1% of the full scale value for direct and alternating current. As is well known, the only type of measuring device that could be built with great accuracy for direct and alternating current is the dynamometer. As is known, however, its applicability is considerably impaired, inter alia, by the comparatively large power requirement, by difficulties in eliminating the temperature error and in supplying power to the movable coil. The moving iron device as an ammeter with a measuring range does not have this disadvantage.
It is therefore a technical advance if the measures of the invention can be used to build a moving iron device that reliably complies with class 0.2 for both direct current and alternating current of the normal mains frequency and is therefore rated as a precision measuring device.
It is clear that this advance will only be achieved by reducing all the errors peculiar to the moving iron type. Of these known errors, there are no longer any fundamental difficulties in reducing the frequency error due to low-metal construction, the external field error by suitable shielding or astasing, and the friction error by increasing the mechanical quality factor to the level required for the class mentioned. The main source of the inaccuracy of the previous moving iron devices is the error that occurs during calibration and measurement with direct current, caused by the hysteresis in the biscuit cores.
It is clearly identified by the difference di of the readings with increasing and decreasing direct current; as a percentage of the full scale value nax, this direct current or hysteresis error (1) is f = 100
2 mns
Apart from the plausible rule that sheet metal with the smallest coercive force and remanence should be used as the core material, there are still no quantitative technical rules from which the measures can be clearly identified by which the error f is reduced to the smallest possible amount or the desired amount.
Investigations carried out with this aim have now brought the result for the relationship between the error f, the geometric design of the cores or the core and the magnetic properties of the core material
1 b (2) t = 1257. Xv
N Bmax Here, f is the percentage error defined in (1), N the demagnetization factor.
Furthermore, Bmax (in Gauss) is the greatest induction that is excited by the maximum current imaX; This induction value is clearly assigned a magnetization loop, the width of which (in Oersted) is denoted by b.
In order to keep the hysteresis error small, one has to select the core material so that B is as small as possible.
B max This regulation does not coincide with the previously known measure of choosing a core material with the smallest possible coercive force, for example the coercive force for Permalloy C is 0.035 Oe, Mumetall 0.034 Oe, 50% nickel iron 0.046 Oe, which means 50 S; - Nickel iron is the most unsuitable core material of these. The individual materials differ, however, in the magnitude of the induction at which magnetic saturation is achieved. For example, in the order of the three materials mentioned, the saturation induction is 8000 Gs, 7500 Gs, 14000 Gs, and one finds blBmax = 0.87 ... 0.91 ... 0.66 1F5 oils.
According to (2), 50 S-nickel iron is the most suitable core material among those specified. However, for various technical reasons, for example with regard to the harmonic content of the current, only a certain percentage of the saturation maximum induction will occur with imaX. According to (2), the width b of the magnetization loop at this induction value Bmax is important. For example, around 40% of the respective saturation induction is found in round numbers in the order of the three alloys mentioned b / Rmax = 2.1 ... 1.8 ... 1.3 3. 1F5 Oe / Gs.
Despite its greater coercive force, the 50% nickel iron alloy is the cheapest because it has the smallest blBmax ratio.
The dimensions of the core or cores have so far been determined primarily with regard to the scale profile and the torque generated. The core dimensions are represented in the formula (2) by the demagnetization factor. The demagnetization factor N is determined to a sufficient approximation only by the core dimensions. In order to keep the hysteresis error small, the dimensions of the core or cores must therefore be designed in such a way that the demagnetization factor becomes large. The requirement to make N as large as possible is independent of the particular design of the moving iron device, but it can be seen from it that it is particularly advantageous to use two cores that repel one another, since the demagnetization is obviously greater when two cores are present than with only a core.
The formation of the two mutually repelling cores as strip cores, that is to say lamellar cores, in a moving iron device of the round coil type, is known to have the advantage of a more favorable scale division.
Examples: If the hysteresis error of a moving iron device is to be reduced to a maximum of 1 per thousand: f = 0.1 so that it is considered a precision instrument, then with the three alloys Permalloy C, Mumetall, 50l% nickel iron according to (2) with the above Numbers of the demagnetization factor N are at least 0.27 ... 0.23 ...
0.165, and then the core dimensions are to be specified. As is well known, the greater the required demagnetization factor, the more compact the shape. The favorable demagnetization factors can be established when the ratio of Eli: n length to core diameter has a value between 4 and 10, with non-round cores being the diameter of a circle with the same area as the core cross-section. The required demagnetization factor is achieved, for example, with a given thickness of the cores or the core by changing the other dimensions, for example the length, or by changing the other dimensions, or by changing the thickness if the other dimensions are fixed.
If, for example, f = 0.1 is permissible, but the lowest possible weight of the turning system is required, then in order not to have to make the core width too large, N cannot go beyond a certain size; then it follows from the figures mentioned that the material is selected with the lowest value b / Bmax, i.e. 50% nickel iron, i.e. an iron-nickel alloy that consists of practically equal parts of iron and nickel.
With regard to the necessary safety, mainly due to fluctuations in the magnetic properties of the same material, a demagnetization factor of at least N = 0.2 is therefore required for moving iron devices that should have an error f of no more than 1 per thousand. According to what has been said, such moving iron precision measuring devices will preferably be designed with two mutually pushing strip cores of the same shape and of the round coil type.
PATENT A NSPRUCP::
Moving iron precision measuring device, characterized in that the dimensions and the arrangement of at least one core are chosen so that the demagnetization factor has a value greater than 0.2.
SUBCLAIMS:
1. Moving iron precision measuring device according to claim, characterized in that it has two mutually repelling cores of the same shape.
2. Moving iron precision measuring device according to claim and dependent claim 1, characterized in that the two cores repelling one another are made of an alloy which consists practically in equal parts of iron and nickel.