DE1516123A1

DE1516123A1 - Measuring transducer or magnetic field probe with pre-magnetized field plate system

Info

Publication number: DE1516123A1
Application number: DE19661516123
Authority: DE
Inventors: List Dipl-Ing Heinrich
Original assignee: LIST DIPL ING HEINRICH
Current assignee: LIST DIPL ING HEINRICH
Priority date: 1966-03-30
Filing date: 1966-03-30
Publication date: 1969-07-24

Description

Messsertaufnehmer bzw. Magnetfeldsonde mit vormagnetisiertem Feldplatten-System Es sind schon zahlreiche Anordnungen bekannt geworden, bei denen mit Hilfe von Hall-Sonden oder magnetisch steuerbaren Widerständen (Feldplatten genannt) Ausmessungen von magnetischen Feldern oder auch Abtastungen von Bewegungen u.ä. vorgenommen werden. Neuerdings sind die magnetisch steuerbaren Widerstände für derartige Zwecke in den Vordergrund gerückt, da die zusätzliche Apparatur, die man zum Anzeigen der Messwerte benötigt, einfacher ist. Man arbeitet in der Regel dabei mit Anordnungen, bei denen die Feldplatte oder auch zwei Feldplatten in einem perianentiagnetischen Kreis angeordnet sind, so dass sie vormagnetisiert werden, während das auszumessende Feld oder der sog. Steuerfluss diesem Kreis überlagert wird, so dass beispielsweise zwei Feldplatten in einer Differential-Anordnung gegeneinander im Widerstand versteuert werden Die Widerstandsänderung wird über eine elektrische Brückenschaltung zur empfindlichen Anzeige gebracht. Durch die Differential-Anordnung gelingt es insbesondere auch, die nicht ganz bequemen Temperatur-Koeffizienten der Feldplatten so gut wie auszuschalten. Blade holder or magnetic field probe with pre-magnetized field plate system Numerous arrangements have already become known in which with the help of Hall probes or magnetically controllable resistances (called field plates) dimensions of magnetic fields or scans of movements and the like. be made. Recently, the magnetically controllable resistors for such purposes are in the Moved to the fore because the additional apparatus that was used to display the measured values needed, is easier. As a rule, one works with arrangements in which the field plate or two field plates arranged in a perianentiagnetic circle are so that they are premagnetized while the field to be measured or the so-called control flow is superimposed on this circle, so that, for example, two field plates are taxed against each other in the resistance in a differential arrangement The change in resistance becomes sensitive via an electrical bridge circuit Display brought. The differential arrangement also makes it possible, in particular, the not entirely comfortable temperature coefficients of the field plates to as good as eliminate.

Bei den bisher verwirklichten Anordnungen hat rmn auch im Gleichstromverfahren schon recht hohe Empfindlichkeiten erzielt, ist aber doch auf eine gewisse Grenzietzung gestossen, die an erster Stelle darauf zurückzuführen ist, dass die Durchgangakreise für das Steuerfeld nennenswerte Widerstände haben. Verringerte man diese Widerstände aufs Ausserste, so ru es unvermeidlich, dass ein Teil des Steuerflusses - im allgemeinen sogar der größere Teil des Steuerflusses -über den permanentmagnetischen Kreis floss, und damit wiederum die Feldplatte nicht passierte und beeinflusste.In the arrangements implemented so far, rmn also uses the direct current method already achieved quite high sensitivities, but is on a certain limit encountered, which is due in the first place to the fact that the passage circles have significant resistances for the control field. If you reduced these resistances to the extreme, so ru it inevitably that part of the tax flow - in general even the greater part of the control flux - flowed via the permanent magnetic circuit, and thus in turn the field plate did not pass and influence.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es gelungen, eine Anordnung zu finden, bei der insbesondere die eben genannte Schwierigkeit überwunden wird. Es gelingt dabei, den magnetischen Widerstand für den Steuerfluss auf ein Minimum zu bringen und den Widerstand des parallel geschalteten Kreises, der die Permanentvormagnetisierung bewirkt, in Bezug auf den 8teuerilus zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird bei der erfindungsgemässen Anordnung insbesondere nur mit einer Feldplatte gearbeitet und mit fast gradlinige Durchgangselementen für den Steuerfluss1 die aus magnetisch höchstwertigen Materialien bestehen.In the present invention it has been possible to provide an arrangement find, with which the difficulty just mentioned is overcome in particular. It succeeds in reducing the magnetic resistance for the control flux to a minimum bring and the resistance of the parallel connected circuit, which the permanent bias causes to increase in relation to the 8teuerilus. For this purpose, the inventive Arrangement in particular worked with only one field plate and with almost straight lines Passage elements for the control flux1 made of magnetically high quality materials exist.

Dabei bevorzugt man Feldplatten, die auf ferritischen oder ferronagnetischen Trägerplatten aufgebracht sind, so das der gesamte Luftspalt auf die sehr kleine Dicke der aktiven Feldplatte beschränkt ist. Die Dicke solcher Feldplatten bewegt sich in der Grössenordnung von etwa 20} . Da die übrigen Leiterelemente, insbesondere für den iagnetischen Steuerfluss, aus beispielsweise Mumetall hergestellt sind, d.h. aus einem Material allerhöchster Anfangspermeabilität, so ist durch diese Anordnung zunächst einmal der magnetische Widerstand im Durchgang des Steuerflusses auf ein äusserstes Minimum reduziert.Field plates based on ferritic or ferronagnetic are preferred Carrier plates are applied, so that the entire air gap on the very small Thickness of the active field plate is limited. The thickness of such field plates is moving on the order of about 20}. As the remaining conductor elements, in particular for the magnetic control flux, made of e.g. mu-metal, i.e. made of a material with the highest initial permeability, so is due to this arrangement first of all the magnetic resistance in the passage of the control flux on one reduced to the extreme minimum.

Durch zwei, neben dem Durchgangssteg für den Steuerfluss angeordnete gegeneinander polarisierte Permanentmagnete wird nunmehr ein Vormagnetisierungsfluss gebildet, der über swei Bügel, die die Aussenpole der Permanentiagnete fassen, auf die sog. Tastbrücke zurück geführt wird. Zwischen diesen Polelementen und ddr Tastbrücke ist aber nunmehr ein grösserer Luftspalt angeordnet. Dieser Luftspalt ist gerade so gross, dass ein ausreichender Vormagnetisierungsfluss von dem Permanentmagneten auf die Feldplatte gebracht wird. Andererseits hat er aber auch wiederum einen so grossen Widerstand, dass er für den Steuerfluss einen Widerstand darstellt, der sozusagen keinen wesentlichen Flussanteil des Steuerflusses mehr ableiten kann.By two, arranged next to the passage bridge for the control flow Permanent magnets polarized with respect to one another now become a bias flux formed by two brackets that hold the outer poles of the permanent ligament the so-called touch bridge is led back. Between these pole elements and ddr feeler bridge but now a larger air gap is arranged. This air gap is straight so large that there is sufficient bias flux from the permanent magnet is brought to the field plate. On the other hand, he also has one like that great resistance that it represents a resistance for the control flow that so to speak, can no longer derive a substantial flow component of the control flow.

Die erfindungsgemässe Anordnung lässt eine mindestens um eine Grössenordnung höhere Empfindlichkeit zu, als sie bisher bekannt gewordene Anordnungen, auch solche mit Differentialschaltung zweier magnetischer Kreise, möglich machen.The arrangement according to the invention allows at least one order of magnitude higher sensitivity than previously known arrangements, including such with differential connection of two magnetic circuits, make possible.

Die Erfindung ist nicht eingeschränkt auf eine Anordnung mit zwei Permanentmagneten und zwei Rückführpolen, sondern sie lässt sich selbstverständlich auch unsymmetrisch aufbauen, wobei nur ein Permanentmagnet und ein Rückführpol benötigt werden. Charakteristisch bleibt dabei nur die Tatsache, dass der Steuerfluss einen verhältnismässig widerstandslosen Durchgang bekommt, während der Permanentfluss mit Hilfe eines grösseren Luftspalte6 einen stärkeren magnetischen Widerstand findet.The invention is not limited to an arrangement with two Permanent magnets and two return poles but they can be taken for granted also set up asymmetrically, whereby only one permanent magnet and one return pole are required will. The only characteristic that remains is the fact that the flow of control unites relatively resistance-free passage gets, while the permanent flow finds a stronger magnetic resistance with the help of a larger air gap6.

Um bei der erfindungsgemässen Anordnung Temperatureinflüsse zu eliminieren, kann man zum Zwecke der Kompensation des Temperatur-Koeffizienten der Feldplatte in der Brückenschaltung insbesondere eine zweite Feldplatte anordnen, und diese zweite Feldplatte kann man gleichzeitig ähnlich wie ein Potentiometer einstellbar machen, indem man sie ebenfalls in einen miniaturisierten Kreis mit Permanentmagnet, aber mit einem einstellbaren Polelement einfügt. Dabei kann man dann noch zum Zwecke der Anpassung mit in Serie oder parallel geschalteten Ohmschen Widerständen zu dieser Feldplatte arbeiten. Einfacher ist aber die Temperaturkompensation mittels eines Halbleiter-Widerstandes, von denen man leicht Widerstände mit den entsprechenden Temperatur-Koeffizienten und in den verschiedenen notwendigen Grössen erhält.In order to eliminate temperature influences in the arrangement according to the invention, can be used for the purpose of compensating the temperature coefficient of the field plate in particular arrange a second field plate in the bridge circuit, and this second field plate can be adjusted at the same time, similar to a potentiometer by placing them in a miniaturized circle with a permanent magnet, but inserts with an adjustable pole element. You can then still use it for the purpose the adaptation with ohmic resistances connected in series or in parallel to this Work field plate. The temperature compensation by means of a is simpler Semiconductor resistor, of which one can easily use resistors with the appropriate Temperature coefficients and in the various necessary sizes.

Es ist schliesslich noch zu erwähnen, dass bei dem erfindungsgemässen Messwertaufnehmer-System insbesondere der Tastpol so klein und massearm wie möglich gehalten werden muss, wenn man auch ausserordentlich empfindliche Felder wie z. B. Felder, die von allerkleinsten miniaturisierten Permanentmagnetplättchen oder sogar von Magnetbandfolie abgegeben werden, aufnehmen will.Finally, it should also be mentioned that in the case of the The sensor system, especially the probe pole, is as small and low-mass as possible must be kept if you also have extremely sensitive fields such. B. Fields from the very smallest miniaturized permanent magnet plates or even released from magnetic tape film wants to record.

Schliesslich schliesst die Erfindung ein bipolares System ein, mit Hilfe dessen Feldstärke-Differenzen zwischen zwei Punkten eines Objektes mit höchster Empfindlichkeit getastet werden können.Finally, the invention includes a bipolar system Help its field strength differences between two points of an object with the highest Sensitivity can be felt.

In Fig. 1 ist ein Messwertaufnehmer nach dem erfindungsgemässen Funktionsaufbau dargestellt, wo die Feldplatte 5 mit ferritischen oder ferromagnetischen Trägerelementen zwischen die weichmagnetische Tastbrücke 6 und den zur Antennen verlängerten Mittelpol 7 zwischengeschaltet ist. Die Vormagnetisierung erfolgt mit Hilfe der beiden Permanentmagnete 1 und 2 über die seitlichen Pole 3 und 4. Der magnetische Widerstand in dem sog. Steuer-Pfad ist infolge der Niedrighaltung aller Luftspalte und infolge der Wahl eines hochwertigen weichmagnetischen Materials für die flussleitenden Elemente ausserordentlich niedrig, während im Kreise für die permanentmagnetisohe Vormagnetisierung der Widerstand mit Hilfe der Luftspalte zwischen den Polelementen 3 und 4 und der Tastbrücke 6 gross gehalten wird.In Fig. 1 is a measured value pickup according to the functional structure according to the invention shown where the field plate 5 with ferritic or ferromagnetic carrier elements between the soft magnetic feeler bridge 6 and the center pole extended to the antenna 7 is interposed. The premagnetization takes place with the help of the two permanent magnets 1 and 2 over the side poles 3 and 4. The magnetic resistance in the so-called. The control path is a result of keeping all air gaps low and a result of choice a high-quality, soft magnetic material for the flux-conducting elements low, while in the circle for the permanent magnetism premagnetization the resistance with the aid of the air gap between the pole elements 3 and 4 and the sensing bridge 6 is kept large.

In Fig. 2 ist ein unsymmetrisches System dargestellt, bei dem der Steuerfluss von dem Tastpol 2 über die Feldplatte 5 auf den Flankenpol mit Antennenverlängerung 6 geführt wird, während die Vormagneti sierung mit Hilfe des Permanentmagneten 1 über den seitlichen Pol 3 und wiederum über einen grösseren Luftspalt erfolgt. Wegen der Unsymmetrie des Systems ist es zweckmässig, hierbei eine Abschirmung 4 vorzusehen, die verhindert, dass die Feldkräfte des Permanentmagneten in den Steuerkreis ungewollt eingestreut werden.In Fig. 2, an asymmetrical system is shown in which the Control flow from touch pole 2 via field plate 5 to the flank pole with antenna extension 6 is performed, while the pre-magnetization with the help of the permanent magnet 1 takes place via the side pole 3 and again via a larger air gap. Because Due to the asymmetry of the system, it is advisable to provide a shield 4 here, which prevents the field forces of the permanent magnet in the control circuit inadvertently be interspersed.

In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, das sich von dem der Fig. 1 inskesondere dadurch unterscheidet, dass die Tastbrücke 6 hier nur in einen möglichst masse- und polkapazitätarmen Stift verwandelt ist. Dieser Stift ist in einem unmagnetischen Trägerteil 7 befestigt, und die Uberleitung des Vormagnetisierungsflusses erfolgt von dem Bügel 9, 4 wiederum über einen grösseren Luftspalt, der beispielsweise als Bohrung in diesem Bügelelement gebildet sein kanne 5 ist wiederum die Feldplatte und 8 der Mittelpol mit der Verlängerung als magnetische Antenne.In Fig. 3, a further example is shown, which differs from the 1 differs in particular in that the sensing bridge 6 is here only in a pin with as low a mass and polar capacitance as possible is transformed. This pen is fixed in a non-magnetic carrier part 7, and the transfer of the bias flux he follows from the bracket 9, 4 in turn over a larger air gap, which can be formed, for example, as a bore in this bracket element 5 is again the field plate and 8 the center pole with the extension as magnetic Antenna.

Schliesslich zeigt noch Fig. 4 ein zweipoliges System, bei dem daran gedacht ist, zwischen zwei Punkten die magnetische Potentialdifferenz genauestens zu bestimmen, deshalb werden die entsprechenden Teil-Steuerflüsse über die Tastpole 7 und 8, und die Feldplatten 5 und 6 auf die Seitenpole mit Verlängerungsantennen 9 und 1o geleitet, während die Vormagnetisierung über die gegenpolig eingesetzten Permanentmagnete 1 und 2 und über den Mittelpol bzw. die Mittelpolelemente 3 und 4 in der schon dargestellten Weise über grössere Luftspalte erfolgt.Finally, FIG. 4 shows a two-pole system in which thereon The idea is to determine the magnetic potential difference between two points as precisely as possible to be determined, therefore the corresponding partial control flows are via the touch poles 7 and 8, and the field plates 5 and 6 on the side poles with extension antennas 9 and 1o passed, while the pre-magnetization on the opposite polarity used Permanent magnets 1 and 2 and over the center pole or the center pole elements 3 and 4 takes place in the manner already shown over larger air gaps.

Claims

Claims 1) transducer or magnetic field probe with pre-magnetized Field plate system, characterized in that between a soft magnetic Center pole with rearward extension as a magnetic antenna and between two symmetrical side poles two oppositely polarized perianentiagnets are arranged, that in front of this system there is a soft magnetic feeler bridge, with between the Center pole and this sensing bridge a field plate with possibly ferritic or ferromagnetic carrier plate with the smallest air gap, while between the side poles and the sensing bridge are air gaps of higher magnetic resistance are provided.

2) transducer according to 1) characterized in that an equivalent System built up asymmetrically with only one permanent magnet and one pole on the side is.

3) transducer according to 1) and 2) characterized in that for the purpose of compensating the temperature influences and for the purpose of setting the bridge a second field plate within a separate miniaturized magnetic Circle with an adjustable air gap is provided, with sum purposes of adjustment both series and parallel resistors to this field plate in the circuit may be involved.

4) transducer according to, 1) to 3) characterized in that a semiconductor resistor to compensate for the temperature coefficient of the field plate or a combination of fixed resistors with a semiconductor resistor in the Bridge circuit is used.

5) transducer according to 1) to 3) characterized in that all pole or antenna elements made of high quality soft magnetic special materials with a particularly high initial permeability such as mumetal and the like are.

6) transducer according to 1) to 6) characterized in that in particular the feeler pole is kept as low-mass as possible, or that its Pole capacitance is as low as possible.

7) transducers according to 1) to 6) characterized by a bipolar Arrangement with two field plates in the magnetic path of the outer poles at the rear Extension of these two outer poles as a magnetic antenna whereby the premagnetization by uei mutually polarized permanent agnets via a common center pole he follows. E e r s p e te