<Desc/Clms Page number 1>
Anordnung zur Messung der magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der magnetischen Eigenschaften ferro- magnetischer Werkstoffe, mit einer in einer Probe des Werkstoffes eine sinusförmige Induktion bewirken- den Erregerwicklung und mit wenigstens einer Messwicklung, welche Wicklungen in der Nähe der Probe angeordnet sind.
Es sind bereits verschiedene Messeinrichtungen zur Messung der magnetischen Eigenschaften ferro- magnetischer Werkstoffe bekannt. Bei den meisten bekannten Messeinrichtungen werden die Scheitel- oder Effektivwerte der magnetischen Feldstärke und der Flussdichte oder die Scheitelwerte der Grundwellen bei sinusförmiger Flussdichte unmittelbar gemessen.
Es sind weiters Messeinrichtungen zur unmittelbaren Messung der magnetischen Verluste bekannt, bei welchem ein aus dem zu untersuchenden Material bestehendes ringförmiges Blechpaket verwendet wird. Ein solches ringförmiges Blechpaket ist jedoch schwer herzustellen und steht häufig nicht für die Messung zur Verfügung.
Es ist weiters bekannt, den zu untersuchenden Werkstoff in das Zweiwicklungsgerät von Epstein einzusetzen, jedoch sind für dieses Gerät Proben mit grosser Masse erforderlich, welche ebenfalls nicht immer zur Verfügung stehen.
Mit andern bekannten Geräten kann lediglich die magnetische Flussdichte und die magnetische Feldstärke gemessen werden, es ist jedoch nicht möglich, mit diesen Geräten eine Messung der spezifischen magnetischen Verluste durchzuführen, sondern es müssen die ferromagnetischen Verluste mit Hilfe eines Epstein-Apparates oder eines Kathodenstrahl-Oszilloskopes bestimmt werden. Die erzielten Messergebnisse müssen bei dieser bekannten Vorrichtung gesondert ausgewertet werden und es wird eine ungenügende Messgenauigkeit erreicht. Ferner müssen bei dieser bekannten Vorrichtung die Proben in grosser Masse vorhanden sein, was nicht immer möglich ist.
Schliesslich ist ein Ferrometer bekannt, bei welchem die ferromagnetischen Wirkverluste mit Hilfe des Induktionsverfahrens bestimmt werden, bei welchem also die induzierten Spannungen, die der magnetischen Feldstärke und dem Magnetisierungsstrom bzw. der magnetischen Felddichte proportional sind, gesteuerten phasenempfindlichen Gleichrichtern zugeführt werden. Auch bei diesem bekannten Ferrometer können die ferromagnetischen Verluste nur durch Auswertung der Messergebnisse berechnet werden, was einen zusätzlichen Arbeitsaufwand darstellt.
Die Erfindung sucht die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Anordnung zu einer Messung der magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe zu schaffen, welche die unmittelbare Bestimmung der spezifischen ferromagnetischen Verluste (Wirk- und Blindverluste) und der Scheitelwerte sowohl der magnetischen Feldstärke als auch der Flussdichte unter Vermittlung von Zei-
<Desc/Clms Page number 2>
germessgeräten ermöglicht, wobei es nicht nötig ist, dass die verwendete Probe eine bestimmte Form be- sitzt.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass eine Messwicklung zur Messung der magnetischen
Feldstärke und eine weitere Messwicklung zur Messung der magnetischen Induktion vorgesehen sind, wobei die Messwicklung zur Messung der magnetischen Feldstärke aus zwei gegensinnig in Reihe geschalte- ten Teilspulen besteht, die in verschiedenen Abständen von der Probe angeordnet und mit Verstärkern elektrisch verbunden sind, von welchen an einem Verstärker ein Messgerät für die magnetische Feldstärke und an einem andern Verstärker die Steuerelektroden eines an sich bekannten Hallgenerators an- geschlossen sind und wobei die Messwicklung zur Messung der magnetischen Induktion mit weiteren Verstärkern elektrisch verbunden ist,
von welchen an einem Verstärker ein Messgerät für die magnetische Induktion und an einem andern Verstärker die Erregerwicklung des Elektromagnets des Hallgenerators angeschlossen sind und dass am Ausgang des Hallgenerators über einen linearen Verstärker ein Gerät für die Messungder spezifischen ferromagnetischen Verluste angeschlossen ist.
Zum Unterschied gegenüber den bekannten Anordnungen wird somit bei der erfindungsgemässen Anordnung die sinusförmige Induktion im Prüfling durch eine Gegenkopplung erhalten, wobei die in den Wicklungen induzierten Impulse in die beiden Verstärker gelangen, von denen der eine den Elektromagneten eines Hallgenerators speist und gegengekoppelt ist, so dass der Induktionsfluss, der die Hallplatte durchsetzt, proportional (oder quadratisch) und in Phase mit der Flussdichte im Probekörper ist, während der andere Verstärker ebenfalls so gegengekoppelt ist, dass der Steuerstrom durch die Hallplatte genau proportional der ersten Ableitung der magnetischen Feldstärke ist.
Der Gleichstromanteil der ausgehenden Hallspannung ist genau proportional den spezifischen ferromagnetischen Verlusten im Material, wenn gewisse Proportionalitätsbedingungen zwischen dem Querschnitt der Probe und dem Widerstand für die Gegenkopplung im Vorverstärker des Messkanals für die Flussdichte und der spezifischen Masse des untersuchten Materials sowie dem Widerstand für die Gegenkopplung im Stromkreis des Endverstärkers im Messkanal der magnetischen Feldstärke eingehalten sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemässen Anordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Messanordnung.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Messanordnung mit der zu untersuchenden Probe und Fig. 2 stellt einen Schnitt nach der Linie IN-IL der Fig. 1 dar. Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke von der Spulenanordnung. Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemässen Messanordnung.
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, besteht die erfindungsgemässe Messanordnung aus einem ma-
EMI2.1
Bei der Messung der magnetischen Feldstärke in der zu untersuchenden Probe wird von der theore- tischenAnnahme ausgegangen, dass die tangentielle Komponente der Feldstärke innerhalb des Werkstoffes, gleich der tangentiellen Komponente der Feldstärke ausserhalb desselben ist, die unmittelbar an der Grenze der Trennfläche : Werkstoff-Luft liegt. Wegen der endlichen Abmessungen des Querschnittes des Messwandlers, der z. B. von einer Spule gebildet ist, ist jedoch die Messung der magnetischen Feldstärke an der Oberfläche der zu untersuchenden Probe undurchführbar. Deswegen wird der Wert der Feldstärke in einem bestimmten Abstand von der Oberfläche der Probe gemessen. Da aber das magnetische Feld ausserhalb des Werkstoffes unhomogen ist, entsteht auf diese Weise im Messergebnis ein Fehler, der in manchen Fällen bedeutend ist.
Um diesen Fehler zu verringern, ist erfindungsgemäss die Messanordnung so bemessen, dass der Quotient aus dem Produkt aus der Windungszahl und dem äquivalenten Querschnitt der einen Teilspule der Messvorrichtung zur Messung der magnetischen Feldstärke und dem Produkt aus der Windüngszahl und dem äquivalenten Querschnitt der andern Teilspule umgekehrt proportional ist dem Quotient aus dem Abstand der erstgenannten Teilspule von der Oberfläche des Probekörpers und dem Abstand der andern Teilspule von der Oberfläche des Probekörpers.
Hiebei wird angenommen, dass die Änderung der magnetischen Feldstärke ausserhalb der zu untersuchenden Probe in der Richtung senkrecht zur Oberfläche derselben, nach einem linearen Gesetz von der Art
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Wenn die Messwandlerspulen-Konstanten entsprechend --W1S1 und W2S2-- sind, so sind die von den Messwandlerspulen erhaltenen Signale, z. B. die induzierten Spannungen El = K.. W1. Sl.
Hl und
EMI3.2
Bei Gegenschaltung der Messwandlerspulen hat das resultierende Signal den Wert
E = E1 - Ez = K (W1S1H1 - W2S2H2)
EMI3.3
Konstanten der Spulen umgekehrt proportional den Abständen der Spulenachsen vonder Oberfläche der Probe gewählt werden, d.h. wenn
EMI3.4
dann erhält das resultierende Signal den Wert
EMI3.5
Nach dem Einsetzen der oben erhaltenen Werte für --Hl und H.-, erhält man endgültig
EMI3.6
Daraus ist ersichtlich, dass, wenn für die äquivalenten Konstanten der beiden gegensinnig in Reihe geschalteten Messwandlerspulen, die Differenz der beiden Konstanten angewendet wird, durch diese Messung die unbekannte Feldstärke-H-errechnet werden kann.
Das Messverfahren ist extrapolierend, da durch Messungen in zwei Punkten das Ergebnis für einen dritten Punkt, welcher ausserhalb der genannten zwei Punkte liegt, bestimmt wird. Dabei wird die Extrapolation unwillkürlich durchgeführt.
Durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass die Kurve der Funktion (1)--annähernd linear verläuft, so dass die oben gemachte Annahme berechtigt ist.
Der bei der Anwendung dieses Messverfahrens auftretende Effekt ist bei der Prüfung von Werkstoffen mit grosser magnetischer Durchlassfähigkeit (p = 20 000 bis 40 000) am bedeutendsten. Bei Messungen der Feldstärke solcher Werkstoffe unter Verwendung der bekannten Verfahren kann der Messfehler bis zu 20 bis 30% betragen, wogegen bei Anwendung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung dieser Feh-
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
dichte, 2,5go für die Feldstärke und S) für die ferromagnetischen Verluste reduziert werden. Da der Probekörper aus geraden Blechlamellen besteht, ist es einleuchtend, dass die Messeinrichtung sowohl in der Industrie als auch zur labormässigen Untersuchung von ferromagnetischen Werkstoffen eingesetzt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Messung der magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe, mit einer in einer Probe des Werkstoffes eine sinusförmige Induktion bewirkenden Erregerwicklung und mit wenigstens einer Messwicklung, welche Wicklungen in der Nähe der Probe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messwicklung zur Messung der magnetischen Feldstärke und eine weitere Messwicklung zur Messung der magnetischen Induktion vorgesehen sind, wobei die Messwicklung zur
EMI5.1
rators (12) angeschlossen sind und wobei die Messwicklung zur Messung der magnetischen Induktion mit weiteren Verstärkern (6, 7, 8) elektrisch verbunden ist, von welchen an einem Verstärker (7) ein Messge- rät (Bm) fürdiemagnetische Induktion und an einem andern Verstärker (8)
die Erregerwicklung des Elek- tromagnets (E) des Hallgenerators angeschlossen sind und dass am Ausgang des Hallgenerators (12) über einen linearen Verstärker (14) ein Gerät (pif) für die Messung der spezifischen ferromagnetischen Ver- luste angeschlossen ist.