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Vorrichtung zur Erzeugung konstanter magnetischer Felder im Einflußbereich
eines Magnetsystems; vorzugsweise für magnetische Waagen Bei magnetischen Meßinstrumenten
.ist es üblich, die Einstellage des Meßsystems durch Ablenkungsmagnete zu beeinflussen,
um dem Meßsystem eine Einstellung in einer bestimmten Lage aufzuzwingen. Es stellt
sich beispielsweise das schwingende System einer magnetischen- Vertikalfeldwaage
an demjenigen Ort in horizontaler Richtung ein, auf den es abgestimmt ist, und weicht
an anderen Orten finit anderer Vertikalintensität urri einen gewissen Betrag ab.
Die Feldstärkendifferenz zwischen diesen beiden Punkten wird nun in bekannter Weise
ausgeglichen durch Beeinflussung des magnetischen Systems mittels zumeist unterhalb
des Instrumentes angeordneter Ablenkungssysteme, die aus einem oder mehreren vertikal
oder horizontal gerichteten. Magneten bestehen oder aber auch aüs Magneten oder
Magnetsystemen, welche um eine ihrer Läge nach räumlich bestimmte Achse drehbar
sind. ' Das die Einstellung des schwingenden Systems beeinflussende magnetische
Feld schwankt bei konstantem Abstand zwischen schwingendem System und Äblenkungssystem
mit der.Temperatur des Ablenkungssystems, und. zwar bei guten Magneten ungefähr
um den Wert von = 2,4 X io-¢"+ i ° C vom Gesamtwert.
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Ist beispielsweise.bei magnetischen Feldwaagen- das schwingende System
durch besondere Vorrichtungen unempfindlich gegen Temperaturschwankungen und ist
diese Kompensation für einen bestimmten Basiswert gegeben, so ist eine Temperaturkompensation
für einen anderen Basiswert, bei dem das schwingende System in die Nullage durch
Kompensationsmagnete zurückgeführt wird, nicht mehr gegeben, weil sich das Kompensationsfeld
mit der Temperatur des Ablenkungsmagneten ändert. Erfindungsgemäß ist ,es daher
zweckmäßig und vorteilhaft, den Ablenkungsmagneten derartig anzuordnen, daß auch
das kompensierende Feld des Ablenkungsmagneten bei jeder Temperatur des Ablenkungssystems
gleichbleibt. Dies kann in der Weise geschehen, daß man die räumliche Lage des Ablenkungsmagneten
bzw. des Ablenkungssystems zur Drehungsachse des Meßsystems proportional zu den
Temperaturschwankungen des Ablenkungssystems derartig verändert; daß bei veränderter
Lage stets ein konstantes Kompensationsfeld erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß man bei Kompensationsmagneten bei räumlich unveränderter Richtung
der magnetischen Achse den Abstand des Kompensationssystems vom Drehpunkt des Meßsystems
mit der Temperatur veränderlich macht oder aber den Abstand des Kompensationssystems
vom Meßsystem ohne Einschaltung von bei Temperaturänderungen abstandsverändernden
Vorrichtungen konstant hält und durch bei Temperaturschwankungen
formveränderliche
Körper die räumliche Richtung der magnetischen Achse des Ablenkungssystems zur Drehungsachse
des Meßsystems ändert. Dies kann naturgemäß auf verschiedene Art geschehen, und
@es sollen nachstehend Beispiele für derartige Anordnungen gegeben werden.
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Bei vertikal oder horizontal gerichteten Ablenkungsmagneten kann der
Abstand vom Meßsystem durch geeignete wechselweise Aneinanderfügung von Stäben oder
Rohren mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Temperaturschwankungen
derart veränderlich gestaltet werden, daß die durch die Längenänderung der Stäbe
bewirkte Abstandsänderung eine ebensolche Veränderung des Kompensationsfeldes des
Ablenkungsinagneten verursacht, als im entgegengesetzten Sinne eine Veränderung
des Feldes bei konstantem oder fast unveränderlichem Abstand eintreten würde.
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Man kann als abstandsveränderliches Mittel auch Bimetallstreifen benützen,
welche mit dem Kompensationssystem einerseits und dem Träger des Kompensationssystems
andererseits in derartige Verbindung gebracht werden, daß beispielsweise bei Temperatursenkungen
eine Abstandsvergrößerung des Kompensationssystems vom Meßsystem auftritt, während
bei Temperaturerhöhungen eine Abstandsverminderung bewirkt wird; diese Abstandsänderung
kann wiederum derart bemessen sein, daß bei jeder Temperatur des mit den Bimetallkörpern
verbundenen Kompensationssystems das auf das Meßsystem wirkende Kompensationsfeld
einen konstanten Wert beibehält.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erreichung des erwähnten Zieles besteht
darin, daß man die Richtung der magnetischen Achse des Kompensationssystems gegenüber
der Richtung der Nullage des Meßsysteins mit der Temperatur verändert und als Mittel
zur Veränderung dieser Richtung entweder bei Temperaturschwankungen formveränderliche
Körper, wie .z. B. Bimetallstreifen, oder aber verschieden sich ausdehnende, mit
dem Magnetsystem in geeigneter Verbindung stehende Kompensationsstäbe verwendet.
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In allen diesen Fällen kann naturgemäß das Kompensationssystem in
einer beliebigen, jedoch zweckmäßigen räumlichen Lage gegenüber dem Meßsystem sich
befinden; es kann deshalb in an sich bei magnetischen Feldwaagen bekannter Weise
unterhalb des Meßinstrumentes angeordnet sein, es kann sich jedoch auch über dem
Meßsystem oder seitlich von demselben in - irgendeinem Abstand befinden; es können
auch mehrere derartige Kompensationssysteme ein gemeinsames, die Einstellage des
Meßsy stems beeinflussendes Feld erzeugen; es kann ferner das Kompensationssystem
mit seiner magnetischen Achse horizontal oder vertikal gerichtet sein; es kann ferner
das Magnetsystem um eine ihrer Lage nach räumlich bestimmte Drehungsachse beweglich
und diese Bewegung fixierbar sein. Es kann naturgemäß als formveränderliches ,Mittel
außer metallischen Werkstoffen auch ein organischer Werkstoff Verwendung finden;
es kannferner auch unter gewissen Voraussetzungen eine Flüssigkeit als Mittel zur
Beeinflussung der räumlichen Lage des Kompensationssystems benützt werden, und zwar
in Verbindung mit einer anderen Flüssigkeit oder in Verbindung mit einem anderen
festen Körper mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten. In allen Fällen besteht
das Wesen der vorliegenden Erfindung darin, daß die räumliche Lage des die Einstellage
des Meßsystems beeinflussenden Kompensationssystems durch bei Temperaturschwankungen
formveränderliche Körper verändert wird. Als Formveränderung kann sowohl eine Durchbiegung,
eine Längenänderung, eine Ouerschnittsänderung oder eine sonstige Änderung der Dimension
oder der stereometrischen Form eines Körpers aufgefaßt werden.
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Zumeist sind die Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die praktisch zur Konstruktion von Trägern verwendeten Metalle so gering, daß
für einen vollkommenen Temperaturausgleich eine große Serie von wechselweise aneinander
befestigten Trägern mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden
müßte, so daß die Anordnung nach Abb. z in praktischen Fällen nur dann ausreicht,
wenn man Materialien mit sehr hoher Differenz der Wärmeausdebnungskoeffizienten
verwendet. Um mit Unterschieden der Wärmeausdelinungskoeffizienten von etwa 2 X
io-5 auszukommen, ist es daher erfindungsgemäß zweckmäßig, die Endverschiebung des
formveränderlichen Körpers durch Hebelübertragung in vergrößertem Maßstabe zur räumlichen
Bewegung der magnetischen Achse des Magnetsystems oder des Magnetsystems selbst
zu benützen, wie dies beispielsweise aus Abb. 2 ersichtlich ist.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung dargestellt, und zwar stellt Abb. i eine einfache Vorrichtung zur Ermöglichung
einer Temperaturkompensation dar; es ist mit i der rohrförmige Träger des Ablenkungsmagnetsystems,
das sich unter dem Meßnstrument befindet, bezeichnet, mit 2 sein innerhalb desselben
bewegliches Rohr mit einem anderen Wärm- eausdehnungskoeffizienten als dem des Rohres
z und mit q. ein Stab aus demselben Stoff wie der Träger i; der
Stab
¢=trägt,'.den Ablenkungsmagneten 3. Wäre nun der Ablenkungsmagnet 3 direkt mit dem
Rohr i verbunden, so würde, da der Ausdehnungskoeffizient der normalerweise für
den Träger verwendeten Materialien viel kleiner ist als 3 X io-5, die Beeinflussung
der Einstellage des Meßsystems -bei Temperaturerhöhungen infolge der Abnahme des
magnetischen Momentes das Kompensätionssystem,.geringer werden. Durch die Einschaltung
eines Trägers 2 mit viel höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem der Teile
i und q. wird der Ablenkungsmagnet 3 bei Temperaturerhöhungen dem Meßsystem genähert
und bei Temperaturerniedrigungen vom Meßsystem entfernt; die Weglänge der Lagerveränderung
des Kompensationssystems für i ° C kann durch geeignete Wahl von Materialien mit
geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten für die Träger i, 2 und q. so bemessen
werden, daß der Einfluß des magnetischen Feldes des Kompensationsmagneten auf die
Einstellänge des Meßsystems bei jeder Temperatur gleichbleibt.
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Die Abb. 2 stellt eine Kompensationsvorrichtung für Ablenkungssysteme
mit vertikaler magnetischer Achse dar, wie sie in an sich .bekannter Weise beispielsweise
bei magnetischen Vertikalfeldwaägen Verwendung finden, und zwar ist mit i der Träger
der Kompensationsvorrichtung bezeichnet, der die Kompensationsvorrichtung mit dem
Instrumentgehäuse verbindet. Inz Gehäuse :2 ist der Kompensationsmagnet und die
Temperaturkompensationsvorrichtung, die sich teilweise auch im Rohr i befindet,
untergebracht. Sie besteht aus einem Stab 1q.' mit anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
als-. dem. des Trägers z und des Gehäuses 2; der Stab ist einerseits mittels der
Schraube 15 an einem Einsatz 16 des Rohres i befestigt; _ an dem freien Ende trägt
dieser Stab eine Lasche 12 mit Lagerzapfen 13, der ' durch den am Punkte i i gelagerteil
Hebel ro hindurchgeht. Mit dem Hebel io ist-die Schubstange 7 vermittels des Lagerzapfens
9 drehbar "verbunden, so daß bei Drehungen des Hebels io die Schubstange 7 die beiden
Trägerhebel 5 um die im Gehäuse gelagerten Achsen 6 bewegt und dadurch eine Vertikalbewegung
des Ablenkungsmagneten 3 bewirkt. Es kann beispielsweise die Schubstange 1q. aus
einem Material mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem des Gehäuses
2 und des Rohres i bestehen, so daß bei Temperaturerhöhung der Hebel io und damit
der Ablenkungsmagnet 3 nach oben bewegt wird. Da nun bei Temperaturerhöhungen das
magnetische Moment des Ablenkungsmagneten abnimmt, kann durch eine derartige Vertikalverschiebung
des Magnetsystems der durch, die Temperatur schwache Einfluß des Ablenkungsmagneten
auf die Einstellage des Meßsystems durch Annäherung des Magneten an-dasselbe wieder
auf den Normalwert zurückgeführt werden in derselben Weise, wie dies bei der Vorrichtung
nach Abb. i der Fall ist.
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Bei der Vorrichtung nach Abb. 3 wird die räumliche Lage des Ablenkungsmagneten
durch Bimetallstreifen 5 und 6 bewirkt, die sich bei Temperaturveränderungen durchbiegen;
wobei mit 5 und 6 die aneinandergeschweißten Metalle mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten
bezeichnet sind. Der Ablenkungsmagnet sei beispielsweise mittels der Schraube q.
mit dem Bimetall in der Mitte der beiden Streifen verbunden, und die beiden Bimetallstreifen
seleri an Federn 7 befestigt, die mittels der Schraube 9 an Ansätzen 8 des Gehäuses
2 gehalten werden.
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Es kann ferner, wie aus Abb. q. ersichtlich ist, der Ablenkungsmagnet
3 drehbar in einem Träger io angeordnet sein und im übrigen die Anordnung nach Abb.
3 beibehalten werden; dann kann der Träger i, der das Kompensationssystem mit dem
Instrument verbindet, konstante Länge besitzen und das die Einstellänge des Meßsystems
beeinflussende magnetische Feld seiner Stärke nach durch Drehung des Ablenkungsmagrneten
3 um eine horizontale Achse variiert werden.
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. Die Abb. 5 zeigt ein mit seiner magnetischen Achse gegen die Horizontalebene
geneigtes Magnetsystem, dessen Neigung durch Stäbe q. und 8 aus Material mit verschiedenen
Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Temperaturschwankungen in einer solchen Weise
verändert werden kann, daß bei jeder Temperatur die Beeinflussung des Meßsystems
durch das Felddes Ablenkungsmagneten konstant bleibt. Der Magnet 3 wird in diesem
Falle vermittels der Lagerzapfen 7 und i i an den Laschen 6 und io der Stäbe q.
und 8 gehalten, welche mittels der Schrauben 5 und- 9 in einem Einsatz 16 des Trägers
i in der Weise befestigt sind, wie dies nach der Anordnung gemäß Abb. 2 der Fall
ist.
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Es kann naturgemäß auch durch die bei Temperaturveränderungen formveränderlichen
Mittel eine Veränderung des Azimutes eines horizontal gerichteten Ablenkungssystems
herbeigeführt werden, es kann auf sonst irgendwelche Art die Lage des Ablenkungssystems
selbst oder die Richtung seiner magnetischen Achse verändert werden; auf jeden Fall
sind durch die vorbeschriebene Anordnung Möglichkeiten gegeben, das die Einstellage
des Meßsystems beeinflussende :magnetische . Feld eines Kompensationsmagnetsystems
oder
eines Kompensationsmagneten konstant zu halten. Dadurch ist es möglich, temperaturkompensierte
Meßsysteme innerhalb eines bestimmten Meßbereiches zu verwenden, während man bisher
eine vollständige Temperaturkompensation bei magnetischen Feldwaagen nur für denjenigen
Wert erreichen konnte, für den das Meßsystem temperaturkompensiert war.