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Elektrisches Quotientenmeßwerk Es sind Quotientenmeßgeräte bekannt,
deren Meßwerk zwei um einen kleinen Winkel 6 gekreuzte Drehspulen enthält, die so
an eine Stromquelle angeschlossen sind, daß sie von je einem der beiden Ströme durchflossen
werden, dessen Quotient angezeigt werden soll. Dabei bewegen sich die beiden gekreuzten
Spulen in einem Magnetfeld, dessen Stärke sich etwa nach einer Sinusfunktion mit
dem Drehwinkel ändert.
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Die Fig. I und 2 zeigen eine bekannte Anordnung dieser Art in einem
Schaltbild und einer entsprechenden schematischen Darstellung. An die mit + und
- bezeichneten Klemmen einer Stromquelle ist einerseits die Reihenschaltung eines
z. B. als Widerstandsthermometer dienenden temperaturempfindlichen Widerstandes
R1 und der einen Drehspule al und andererseits die Reihenschaltung eines unverändeilichen
Vergleichswiderstandes R2 und der anderen Drehspule a2 eines Kreuzspulmeßwerks angeschlossen,
wobei die Wicklungsrichtungen der beiden Drehspulen a1 und a2 um einen kleinen Winkel
6 gegeneinander gekreuzt sind.
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Wenn nun die beiden gekreuzten Drehspulen sich z. B. in einem nach
Fig. 2 aufgebauten Magnetfeld bewegen, dessen Stärke in der Mittellage am größten
ist und nach beiden Seiten etwa entsprechend dem Sinus des von der neutralen Zone
als Nullage aus gerechneten Drehwinkels a abnimmt, so ist jedem Wert des Quotienteni2/il
der beiden die Drehspule durchfließenden Ströme eine bestimmte Lage der Spulenanordnung
zugeordnet, so daß die Stellung eines mit dieser verbundenen Zeigers dem Quotienten
iji1 entspricht. Da dieser von der Größe des tempe-
raturempfindlichen
Widerstandes R1 abhängig ist, kann die betreffende Skala auch in Temperaturgraden
geeicht werden.
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Dabei ist die Meßempfindlichkeit um so größer, je kleiner der Kreuzungswinkel
6 gewählt ist. Um z. B. bei einer Temperaturmessung einen Meßbereichumfang von 30"
zu erreichen, muß man bei Verwendung von Platinthermometern den Kreuzungswinkel
6 bis auf drei Winkelgrade herabsetzen. So kleine Kreuzungswinkel lassen sich aber
nur schwer mit genügender Genauigkeit herstellen. Dabei ergeben sich vielmehr erfahrungsgemäß
Abweichungen, die das zulässige Maß überschreiten. - Dieser Nachteil ist besonders
deshalb praktisch von schwerwiegender Bedeutung, weil es bei der Fertigung erwünscht
ist, möglichst sämtliche herzustellenden Kreuzspulmeßwerke mit dem gleichen Kreuzungswinkel
auszuführen und dieser sich dann nach dem empfindlichen Meßgerät richten muß. Bei
gegebener Feldstärke bestimmt dieser Kreuzungswinkel zugleich die Größe des Einstellmoments
des Meßwerks. Hierfür ist also das Meßwerk maßgebend, das die größte geforderte
Empfindlichkeit aufweist, so daß auch weniger empfindliche Meßgeräte mit einem verhältnismäßig
schwachen Einstellmoment ausgeführt werden müssen.
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Alle diese Schwierigkeiten können bei einem Quotientenmeßwerk mit
zwei von einer Stromquelle gespeisten, von je einem der beiden Ströme, deren Quotient
angezeigt werden soll, durchflossenen Drehspulen, die sich in einem Magnetfeld bewegen,
dessen Stärke sich etwa nach einer Sinusfunktion ändert, und deren Wicklungsrichfungen
um einen Winkel 6 gekreuzt sind, gemäß der Erfindung dadurch vermieden werden, daß
zu den beiden um den Winkel 6' gekreuzten Drehspulen außerdem noch je eine zusätzliche
Drehspule geschaltet ist, deren Wicklungsrichtung innerhalb des Kreuzungswinkels
6' liegt und die in Reihen- oder Parallelschaltung mit den gekreuzten Drehspulen
an die Stromquelle angeschlossen sind.
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Durch diese Ausbildung des Quotientenmeßwerks ist es möglich, bei
einer geeigneten Aufteilung der Wicklung auf die Haupt- und Zusatzspulen ein beliebig
kleines Quotientenverhältnis für Vollausschlag zu erreichen.
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Es ist ein Quotientenmeßgerät bekannt, bei dem in einem inhomogenen
Magnetfeld zwischen zwei gekreuzten Drehspulen eine einzige Zusatzspule angeordnet
ist. Dabei liegen die beiden gekreuzten Spulen in zwei benachbarten Brückenzweigen
einer an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Brückenschaltung, während die Zusatzspule
in den Diagonalzweig eingeschaltet ist. Dadurch soll bei geeigneter Wicklungsrichtung
der Spule eine Erhöhung der Meßempfindlichkeit erreicht werden.
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Es ist nun aber bekannt, daß bei einem nach Fig. I geschalteten Quotientenmeßwerk,
wenn man die beiden mit je einem der Widerstände R1 und R2 verbundenen Enden der
gekreuzten Spulen al und a2 leitend miteinander verbindet, der Betrag des Quotientenverhältnisses
vergrößert wird, wobei eine Brückenschaltung mit einem in der Diagonale liegenden
Leiter entsteht. Daraus folgt, daß auch bei dem bekannten Quotientenmeßgerät mit
einer in der Diagonale liegenden Zusatzspule das Quotientenverhältnis in um so höherem
Maße vergrößert wird, je geringer der Widerstand der Zusatzspule ist. Dadurch wird
aber die an sich vorhandene Verringerung des Quotientenverhältnisses mehr oder weniger
wieder ausgeglichen, und eine tatsächliche Erhöhung der Quotientenempfindlichkeit
würde nur bei einer Zusatzspule mit sehr hohem Widerstand möglich sein.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen als Ausführungsbeispiel ein Quotientenmeßwerk
gemäß der Erfindung in einem Schaltbild und der zugehörigen schematischen Darstellung.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von der bekannten nach Fig.
1 dadurch, daß mit dem veränderlichen Widerstand R1 und der Drehspule al' eine zusätzliche
Drehspule z1 und mit dem Vergleichswiderstand R2 und der Drehspule a2, eine zusätzliche
Drehspule Z2 in Reihe geschaltet ist.
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Dabei ist bei den beiden zusätzlichen Drehspulen z1 und Z2 die Wicklungsrichtung
parallel und liegt innerhalb des Kreuzungswinkels 6' der Drehspulen a1, und a2',
wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
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Dadurch, daß die Wicklung in je eine Haupt- und Zusatzspule al' und
z1 bzw. a2, und s2 aufgeteilt ist, wobei nur die Wicklungsrichtungen der Spulen
al und a2 gegeneinander gekreuzt sind, wird die gleiche Wirkung erreicht, als ob
zwei ungeteilte Drehspulen nach Fig. I vorhanden wären, die gegeneinander um einen
Winkel 6 gekreuzt sind, der kleiner ist als der Kreuzungswinkel 6' der Spulen a1,
und a2,. Dabei wird der wirksame Kreuzungswinkel 6 und damit das Quotientenverhältnis
bei gegebenem tatsächlichem Kreuzungswinkel 6' um so kleiner, je größer das Verhältnis
der Windungszahlen der zusätzlichen Spulen z,, Z2 zu denen der gekreuzten Spulen
al', a2 gewählt wird.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausbildung der Wicklung sind die
beiden parallel gewickelten Spulen z1 und z2 nebeneinander angeordnet und in der
bei Drehspulmeßgeräten üblichen Weise zu einer Gesamtspule von der Breite b vereinigt.
Darüber gewickelt ist nun zunächst die Spule a1, und sodann die Spule a2,, wobei
unter Benutzung geeigneter Wickellehren die Wicklungsrichtungen der Spulen' und
a2, um i 6'12 gegenüber der zum Durchmesser parallelen Wicklungsrichtung der Spulen
zl und Z2 geneigt sind.
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Um die Genauigkeit der Einhaltung des geforderten Quotientenverhältnisses
möglichst zu erhöhen, ist es zweckmäßig, die Breite b' der beiden gekreuzten Spulen
möglichst klein zu wählen und diese so zu wickeln, daß ihre zur Drehachse parallelen
Seiten ganz am Rande der aus den Spulen z1 und z2 bestehenden Drehspule liegen,
weil man auf diese Weise einen möglichst großen Kreuzungswinkel 6' erhält.
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Wenn jedoch Wert darauf gelegt wird, daß der durch die Gesamtbreite
b der Drehspule z1 + z2 gegebene Wicklungsraum voll ausgenutzt wird, ist es zu empfehlen,
die zur Drehachse parallelen Spulenseiten der gekreuzten Spulen a1,, a2, so anzuordnen,
daß sie nebeneinander die Gesamtbreite b der Drehspule z1 + Z2 ausfüllen.
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Eine solche Ausführung ist in Fig. 5 dargestellt.
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Dabei ist die zusätzliche Spule z1 + z2 in der bei Doppeldrehspulmeßgeräten
üblichen Weise mit einer Breite b parallel zum Durchmesser d gewickelt. Auf
diese
Drehspule sind nun, um den Wickelraum voll auszunutzen, die Spulen a1, und a2' so
aufgewickelt, daß ihre Breite gleich b2 ist. Dann ergibt sich ein Kreuzungswinkel
6", dessen Größe durch folgende Formel gegeben ist: #" Ib sin 6" = ib .2 2d Fig.
6 zeigt eine Schaltung, die sich von der in Fig. 3 dargestellten dadurch unterscheidet,
daß die parallelen Spulen zl und z2 in Parallelschaltung zu den gekreuzten Spulen
a1, bzw. a2' angeordnet sind. Im übrigen ist die Wirkung die gleiche wie bei der
Schaltung nach Fig. 3.