BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Magnetfeldsonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bekanntlich bewirken zeitliche Änderungen des Magnetflusses eines Magnetfeldes - durch Induktion - eine messbare, elektrische Spannung in der Drahtspule der Sonde. Es ist ferner eine solche Magnetfeldsonde bekannt (interner Stand der Technik), die auch bei hohen Temperaturen im Vakuum eingesetzt wird. Unter anderem wird diese Sonde zur Feststellung von Plasmabildung innerhalb des torusförmigen, magnetischen Plasmaeinschlusses eines Tokamak-Fusionsreaktors angewendet. Sie ist jedoch relativ voluminös und daher kostspielig, wobei ihr Auflösungsvermögen begrenzt ist und mit zunehmender Grösse abnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine neue Magnetfeldsonde zu schaffen, die kompakter und preisgünstiger als die bekannte ist, und unter Vakuum und bei hohen Temperaturen ein grösseres Auflösungsvermögen als jene aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Die dünne Oxydschicht des anodisierten Aluminiumdrahtes weist eine hohe elektrisch isolierende Wirkung auf und ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise. Dadurch werden nicht nur die Herstellkosten erheblich verringert, sondern auch - infolge der grösseren Anzahl Lagen - das Auslösungsvermögen verbessert. Eine weitere Steigerung des Auflösungsvermögens wird dadurch erreicht, dass die Verbindung zwischen Drahtspule und Kabel innerhalb des Spulenkörpers angeordnet ist und daher weitgehend von äusseren Einflüssen geschützt bleibt. Dieses Merkmal führt auch zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der erfindungsgemässen Magnetfeldsonde.
Als eine Nebenwirkung ihrer Kompaktheit und ihres grossen Auflösungsvermögens gestattet die Magnetfeldsonde nach der Erfindung zusätzlich eine optimale Anpassung an räumlich beschränkte und räumlich ungünstig gestaltete Verhältnisse.
Durch die Massnahme nach Anspruch 2 wird das Auflösungsvermögen der erfindungsgemässen Magnetfeldsonde zusätzlich verbessert.
Die Herstellung und Anwendung der Magnetfeldsonde nach der Erfindung werden durch die Ausgestaltung des Spulenkörpers gemäss Anspruch 3 wesentlich vereinfacht.
Die Ansprüche 4 bis 8 kennzeichnen besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Mit Hilfe der folgenden Zeichnungen wird nun die Erfindung besser erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht, mit einer teilweise weggeschnittenen Schutzschale, einer Magnetfeldsonde nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils der Magnetfeldsonde nach Fig. 1, mit ausgeschnittener Schutzschale und
Fig. 3 eine Frontalansicht von links der Magnetfeldsonde nach Fig. 1, in grösserem Massstab, wobei der Kanal ohne Ausgiessmasse gezeigt ist.
Eine Magnetfeldsonde 1 weist einen vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellten Spulenkörper 2 auf, der aus einem zylindrischen mittleren Körperteil 21 und zwei ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Kopfstücken 22, 23 besteht. Die Kopfstücke 22, 23 sind einander gleich und koaxial zum mittleren Körperteil 21 angeordnet. Ein Draht aus anodisiertem Aluminium, also mit einer isolierenden Oxydschicht versehen, ist um den mittleren Körperteil 21 zu einer Drahtspule 3 gewickelt, wobei die Kopfstücke 22, 23 Begrenzungen dafür bilden. Das Kopfstück 22 weist einen quer zur Längsachse der Drahtspule 3 angeordneten Kanal 5 auf (Fig. 2), der mittels einer Bohrung 8 und einer Nut 9 mit dem Bereich verbunden ist, in dem die Drahtspule 3 angeordnet ist, wobei die Bohrung nahe der Oberfläche des mittleren Körperteils 21 mündet.
Ein Kabel 4, mit einer Drahtgeflechthülle als Verstärkung und mit zwei elektrischen Leitern 40, ist im Kanal 5 geführt und endet im Bereich der in den Figuren 1 und 3 unteren Hälfte dieses Kanals 5. Im Bereich des anderen, in den Figuren nicht gezeigten Endes des Kabels 4, ist dieses von einem hochempfindlichen Messgerät für elektrische Spannung erfasst. Unter Umständen ist es von Vorteil, die Leiter 40 an eine Stromquelle anzuschliessen.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist die Drahtspule 3 in mehreren aufeinanderliegenden Schichten gewickelt. Das eine Drahtende 3', das an die unterste Schicht anschliesst, dringt durch die Bohrung 8 in das Innere des einen Kopfstückes 22 bis zum Kanal 5 ein, wo es mit einem der Leiter 40 elektrisch leitend verbunden ist. Das andere Ende 3'' der Drahtspule 3, das an die oberste Schicht anschliesst, dringt entlang der Nut 9 ebenfalls in das Innere des Kopfstückes 22 ein, wo es auch im Kanal 5 mit dem anderen Leiter 40 elektrisch leitend verbunden ist.
Das Ende des Kabels 4 ist in einem Schutzzylinder 10 eingefasst, wobei der Schutzzylinder 10 sich bis ausserhalb des Spulenkörpers 2, von den Wänden eines eigens dafür geformten Abschnittes des Kanals 5 gestützt, erstreckt. Vorzugsweise wird der Schutzzylinder 10 mit der Drahtgeflechthülle des Kabels 4 zusammengeschweisst.
Eine in der Fig. 3 nicht gezeigte, elektrisch isolierende, temperaturbeständige und vakuumtaugliche Ausgiessmasse 6 vorzugsweise keramische - füllt den Kanal 5 aus und schliesst zugleich den Schutzzylinder 10 ein.
Zwei sich und die Drahtspule 3 nicht berührende Schutzschalen 7, vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl, umgeben und halten gehäuseartig den Spulenkörper 2 und die Drahtspule 3, gestützt durch die Kopfstücke 22, 23 des Spulenkörpers 2.
Beide Schutzschalen sind im - gemäss den Figuren - oberen Bereich der Magnetfeldsonde 1 mit zwei sie voneinander trennende Halterungsschrauben 11 durch Punktschweissen 12 verbunden. Dadurch dass die Schutzschalen 7 weder einander noch die Drahtspule 3 berühren, bilden sie auch keinen geschlossenen magnetischen bzw. elektrischen Kreis, der die Genauigkeit der Messungen und somit das Auflösungsvermögen der Magnetfeldsonde 1 beeinträchtigen könnte. Dabei gewähren sie aber einen sehr guten Schutz der messungswesentlichen Teile gegen äussere mechanische Einwirkungen und zugleich einen guten Abfluss von eventuell bei hohen Temperaturen, insbesondere unter Vakuum, aus der Spule entweichenden Gasen.
Ist nun die Magnetfeldsonde 1 von einem Magnetfeld erfasst und findet dann entweder eine Verschiebung der Magnetfeldsonde 1 und des Magnetfeldes gegeneinander statt oder verändert sich auf sonst irgendeine andere Weise der Magnetfluss des Magnetfeldes, so wird in der Drahtspule 3 ein elektrischer Strom induziert, der entweder direkt oder durch Beeinflussung eines bereits dadurch fliessenden elektrischen Stromes mittels des nicht gezeigten Messgerätes messbar ist.
Das hier behandelte Ausführungsbeispiel soll lediglich als eine der möglichen Varianten der Erfindung angesehen und nicht einschränkend ausgelegt werden. Insbesondere ist die zylindrische Form des Spulenkörpers 2 nicht zwingend und dieser kann im Querschnitt auch z.B. als Vieleck oder elliptisch ausgebildet sein. Die Länge der Drahtspule 3 kann kleiner bemessen sein als ihre radiale Ausdehnung. Die Kopfstücke können voneinander verschieden ausgebildet sein.
DESCRIPTION
The invention relates to a magnetic field probe according to the preamble of claim 1. It is known that temporal changes in the magnetic flux of a magnetic field - by induction - cause a measurable electrical voltage in the wire coil of the probe. Such a magnetic field probe is also known (internal state of the art), which is also used at high temperatures in a vacuum. Among other things, this probe is used to detect plasma formation within the toroidal magnetic plasma confinement of a tokamak fusion reactor. However, it is relatively voluminous and therefore expensive, with its resolving power being limited and decreasing with increasing size.
The invention has for its object to provide a new magnetic field probe which is more compact and less expensive than the known one, and which has a higher resolving power than that under vacuum and at high temperatures.
This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. The thin oxide layer of the anodized aluminum wire has a high electrical insulating effect and enables a very compact design. This not only significantly reduces the manufacturing costs, but also - due to the larger number of layers - the release capacity is improved. A further increase in the resolving power is achieved in that the connection between the wire coil and the cable is arranged within the coil body and therefore remains largely protected from external influences. This feature also leads to an increased reliability of the magnetic field probe according to the invention.
As a side effect of its compactness and its high resolving power, the magnetic field probe according to the invention additionally allows an optimal adaptation to spatially limited and spatially unfavorable conditions.
The resolution of the magnetic field probe according to the invention is additionally improved by the measure according to claim 2.
The manufacture and use of the magnetic field probe according to the invention are considerably simplified by the configuration of the coil body according to claim 3.
Claims 4 to 8 characterize particularly advantageous embodiments of the invention.
The invention will now be better explained with the aid of the following drawings. Show it:
1 is a side view, with a partially cut away protective shell, a magnetic field probe according to the invention,
Fig. 2 is a plan view of part of the magnetic field probe of FIG. 1, with the protective shell and cut out
Fig. 3 is a frontal view from the left of the magnetic field probe of FIG. 1, on a larger scale, the channel being shown without pouring compound.
A magnetic field probe 1 has a coil body 2, which is preferably made of a ceramic material and consists of a cylindrical central body part 21 and two head pieces 22, 23 which are likewise cylindrical. The head pieces 22, 23 are identical to one another and arranged coaxially to the central body part 21. A wire made of anodized aluminum, that is to say provided with an insulating oxide layer, is wound around the central body part 21 to form a wire coil 3, the head pieces 22, 23 forming boundaries therefor. The head piece 22 has a channel 5 arranged transversely to the longitudinal axis of the wire coil 3 (FIG. 2), which is connected by means of a bore 8 and a groove 9 to the region in which the wire coil 3 is arranged, the bore being close to the surface of the middle body part 21 opens.
A cable 4, with a wire mesh sheath as reinforcement and with two electrical conductors 40, is guided in the channel 5 and ends in the area of the lower half of this channel 5 in FIGS. 1 and 3. In the area of the other end of the channel, not shown in the figures Cable 4, this is detected by a highly sensitive measuring device for electrical voltage. It may be advantageous to connect the conductors 40 to a power source.
As can be seen from FIG. 2, the wire coil 3 is wound in several layers lying one on top of the other. One wire end 3 ', which adjoins the lowermost layer, penetrates through the bore 8 into the interior of one head piece 22 up to the channel 5, where it is electrically conductively connected to one of the conductors 40. The other end 3 ″ of the wire coil 3, which connects to the uppermost layer, also penetrates along the groove 9 into the interior of the head piece 22, where it is also conductively connected to the other conductor 40 in the channel 5.
The end of the cable 4 is enclosed in a protective cylinder 10, the protective cylinder 10 extending to the outside of the bobbin 2, supported by the walls of a section of the channel 5 specially shaped therefor. The protective cylinder 10 is preferably welded together with the wire mesh sleeve of the cable 4.
An electrically insulating, temperature-resistant and vacuum-compatible pouring compound 6, preferably ceramic, not shown in FIG. 3 - fills the channel 5 and at the same time encloses the protective cylinder 10.
Two protective shells 7, preferably made of stainless steel, which do not touch each other and the wire coil 3, surround and hold the coil body 2 and the wire coil 3 in a housing-like manner, supported by the head pieces 22, 23 of the coil body 2.
In the upper region of the magnetic field probe 1, according to the figures, both protective shells are connected by two welding screws 11 separating them from one another by spot welding 12. Because the protective shells 7 do not touch each other or the wire coil 3, they also do not form a closed magnetic or electrical circuit, which could impair the accuracy of the measurements and thus the resolving power of the magnetic field probe 1. However, they guarantee very good protection of the measurement-essential parts against external mechanical influences and at the same time a good outflow of gases escaping from the coil at high temperatures, in particular under vacuum.
If the magnetic field probe 1 is now detected by a magnetic field and then either the magnetic field probe 1 and the magnetic field are displaced relative to one another or the magnetic flux of the magnetic field changes in some other way, an electric current is induced in the wire coil 3, which is either direct or can be measured by influencing an electrical current already flowing thereby by means of the measuring device, not shown.
The exemplary embodiment dealt with here should only be regarded as one of the possible variants of the invention and should not be interpreted restrictively. In particular, the cylindrical shape of the coil former 2 is not mandatory and its cross section can also be e.g. be designed as a polygon or elliptical. The length of the wire coil 3 can be dimensioned to be smaller than its radial extension. The head pieces can be designed differently from one another.