DE1018987B

DE1018987B - According to the principle of electrical induction working arrangement for measuring the three spatial components of a magnetic flux, in particular of spatially difficult to access magnetic fields, for example in narrow, long, tubular spaces, such as. B. in the field spaces of long-beam electron tubes

Info

Publication number: DE1018987B
Application number: DEL22540A
Authority: DE
Inventors: Dr Martin Mueller
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1955-07-27
Filing date: 1955-07-27
Publication date: 1957-11-07

Description

Nach dem Prinzip der elektrischen Induktion arbeitende Anordnung zur Messung der drei Raumkomponenten eines magnetischen Flusses, insbesondere von räumlich schwer zugänglichen Magnetfeldern, beispielsweise in schmalen, langen, rohrförmigen Räumen, wie z. B. in den Feldräumen von Langstrahl-Elektronenröhren Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der drei Raumkomponenten eines magnetischen Flusses, insbesondere von Spulen und Permanentmagnetkombinationen von Langstrahl - Elektronenröhren, vorzugsweise Vielkammerklystronen oder Wanderfeldröhren. Arrangement based on the principle of electrical induction for measuring the three spatial components of a magnetic flux, in particular of Spatially difficult to access magnetic fields, for example in narrow, long, tubular spaces such. B. in the field spaces of long-beam electron tubes The invention relates to an arrangement for measuring the three spatial components of a magnetic flux, especially from coils and permanent magnet combinations of Long-beam electron tubes, preferably multi-chamber klystrons or traveling wave tubes.

Bei Höchstfrequenzverstärkern, wie Vielkammerklystronen oder insbesondere Wanderfeldröhren, deren aktives Element ein langer Elektronenstrahl in der Regel großer Stromdichte und Raumladung ist, müssen Vorkehrungen zum Geschlossenhalten des Strahles getroffen werden. Dies erfolgt z. B. mit Hilfe eines durch ein Solenoid oder durch Permanentmagnete erzeugten Magnetfeldes, derart, daß der Strahlquerschnitt keinerlei seitliche Komponenten aufweist. Besonders das Feld von Permanentmagnetkombinationen ist in hohem Maße von Zufälligkeiten in der Materialbeschaffenheit abhängig. Es tritt daher das Problem der Messung des Magnetfeldes, seiner gewünschten Komponente und seiner quer dazu verlaufenden Störkomponenten in der Größenordnung von 1 0/ovo der gewünschten auf, um aus dem Meßergebnis Korrekturmaßnahmen einleiten zu können. With ultra-high frequency amplifiers, such as multi-chamber klystrons or in particular Traveling wave tubes, the active element of which is usually a long electron beam high current density and space charge, precautions must be taken to keep it closed of the beam. This is done e.g. B. by means of a solenoid or magnetic field generated by permanent magnets, such that the beam cross-section has no side components. Especially the field of permanent magnet combinations depends to a large extent on randomness in the material properties. It therefore there arises the problem of measuring the magnetic field, its desired component and its transverse interfering components in the order of magnitude of 1 0 / ovo of the desired in order to be able to initiate corrective measures from the measurement result.

Es ist nicht möglich, derartige Magnetfelder einschließlich ihrer Störfelder meßtechnisch exakt zu erfassen. Die hierfür in Frage kommende Meßmethode beruht auf der Induktionswirkung eines Magnetfeldes auf einen in ihm sich bewegenden Leiter. So ist unter den auf diesem Prinzip beruhenden Meßverfahren das Meßgeneratorverfahren bekannt, bei dem eine eisenlose Meßspule in dem zu messenden Feld rotiert Die in ihr induzierte Wechselspannung ist der bestehenden magnetischen Feldstärke proportional und wird mit einem Kollektor gleichgerichtet und dann einem hochempfindlichen, in Örsted geeichten Galvanometer zugeführt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nur die quer zur Antriebsachse verlaufende Feldkomponente angezeigt wird. Es ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem für jede Raumkomponente eine rotierende Spule vorgesehen ist. Bei dieser räumlich sehr umfangreichen Anordnung, die der Messung des Erdmagnetfeldes dient, ist jedoch auch keine Auswertung der Raumkomponenten einzeln möglich. Weiterhin ist eine demselben Verwendungszweck dienende Anordnung bekannt, bei der die beiden Flußkomponenten einer Ebene mit einer rotierenden Spule gemessen werden können. Es wird dabei von der Doppelkommutierung Gebrauch gemacht, bei der durch zwei aufeinander senkrecht stehende Abnehmerbürstenpaare mit einer rotierenden Spule die Messung zweier Flußkomponenten ermöglicht wird. It is not possible to have such magnetic fields including theirs Detect interference fields with exact measurements. The measurement method in question for this is based on the induction effect of a magnetic field on one moving in it Ladder. So among the measuring methods based on this principle is the measuring generator method known, in which an ironless measuring coil rotates in the field to be measured their induced alternating voltage is proportional to the existing magnetic field strength and is rectified with a collector and then a highly sensitive, in Örsted supplied calibrated galvanometer. This method has the disadvantage that only the field component running transversely to the drive axis is displayed. It is Another method is known in which a rotating coil for each spatial component is provided. With this spatially very extensive arrangement, that of the measurement of the earth's magnetic field, it is not, however, an evaluation of the spatial components individually possible. Furthermore, there is an arrangement which serves the same purpose known in which the two flux components of a plane with a rotating coil can be measured. Use is made of double commutation, in the case of two mutually perpendicular pairs of scraper brushes with one rotating coil enables the measurement of two flux components.

Mit dieser Meßanordnung kann, abgesehen von den durch die sperrigen Dimensionen bedingten Schwiengkeiten, ebenfalls nicht die interessierende dritte Raumkomponente, nämlich der Längsfluß innerhalb eines röhrenförmigen Magnetfeldes, erfaßt werden. With this measuring arrangement, apart from the bulky ones Difficulties caused by dimensions, also not the third one that is of interest Spatial component, namely the longitudinal flux within a tubular magnetic field, can be detected.

Demgegenüber wird durch die Erfindung ein Flußmesser angegeben, der in einfacher und zuverlässiger Weise die drei Raumkomponenten eines Magnetfeldes nach Betrag und Richtung zu messen gestattet. Abmessung, Anordnung und Rotationsgeschwindigkeit der Meßspulen sind dabei so gewählt, daß auch innerhalb eines engen, langen, rohrförmigen Raumes gemessen werden kann und daß die erforderliche Empfindlichkeit (Größenordnung des Endmagnetfeldes) unter Verwendung von störanfälligen Röhrenschaltungen erreicht wird. Die Erfindung macht von der bekannten Doppelkommutierung einer rotierenden Spule Gebrauch, so daß nur zwei rotierende Spulen zur Messung der drei Raumkomponenten benötigt werden. In contrast, a flow meter is specified by the invention, the the three spatial components of a magnetic field in a simple and reliable way to be measured by amount and direction. Dimension, arrangement and speed of rotation the measuring coils are chosen so that even within a narrow, long, tubular Space can be measured and that the required sensitivity (order of magnitude of the final magnetic field) using tube circuits that are prone to failure will. The invention makes the known double commutation of a rotating Coil use so that only two rotating coils are used to measure the three spatial components are needed.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von drei zu den drei Raumkomponenten des magnetischen Flusses gehörenden Induktionsspannungen im Innern einer stabförmigen Sonde rotierende Spulen vorgesehen sind, wobei durch das Innere der von einem Meßgerät ausgehenden Sonde eine Antriebswelle sowie die Leitungen für die Zurückführung der zu messenden Induktionsströme geführt sind. The invention is characterized in that for the production of three Induction voltages belonging to the three spatial components of magnetic flux rotating coils are provided inside a rod-shaped probe, with the inside of the probe emanating from a measuring device a drive shaft as well as the lines for the return of the induction currents to be measured are.

Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel darstellt, erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Further features of the invention are based on the drawing, which represents an embodiment, explained. The drawing shows a basic circuit diagram of an embodiment according to the invention.

Der mit dem Schalter S1 einzuschaltende Uhrensynchronmotor M treibt über eine lange Achse A 1 die am Sondenende im Meßkopf befindlichen Spulen Spl und Sp2 an, letztere über ein Kegdradgetriebe KG. Die Drehzahl von Motor und Spulen ist z. B. The clock synchronous motor M to be switched on with the switch S1 drives Via a long axis A 1, the coils Spl and located at the probe end in the measuring head Sp2, the latter via a Kegd gear KG. The speed of the motor and coils is z. B.

3000 UpM bei 50 Hz Netzfrequenz. Spule Sp 1 ist mit dem Kollektor Ici und Spule Sp2 mit dem Kollektor In 2 verbunden.3000 rpm at 50 Hz mains frequency. Coil Sp 1 is with the collector Ici and coil Sp2 are connected to the collector In 2.

Die Antriebsachse A 1 sei identisch mit der Z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems, die Achse .42 mit der x-Achse. Die y-Achse ist dann durch den Kreuzungspunkt von A 1 mit A 2 senkrecht zur Zeichenebene zu denken. Legt man also die Sommutierungsebene von K2 in die y-Achse, so mißt Spule Sp2 die Bz-Komponente des Feldes. In 1 ist nun durch zwei zueinander senkrecht angebrachte Bürstenpaare als Doppelkommutator eingerichtet mit Kommutierungsebenen in der y- und x-Achse; Spule Spl mißt also die y- bzw. x-Komponente des Feldes. The drive axis A 1 is said to be identical to the Z axis of a Cartesian one Coordinate system, the axis .42 with the x-axis. The y-axis is then through the Think of the crossing point of A 1 with A 2 perpendicular to the plane of the drawing. So if you lay the summation plane of K2 in the y-axis, then coil Sp2 measures the Bz component of the field. In Fig. 1 is now through two pairs of brushes attached perpendicular to each other set up as a double commutator with commutation levels in the y and x axes; Coil Spl thus measures the y or x component of the field.

Da sich die Spulen gegenseitig nicht zu durchdringen brauchen, können sie an zwei verschiedenen Raumpunkten angebracht werden. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht einen Abstand von z. B. nicht mehr als 1 cm. Die Verwendung des Doppelkommutators ermöglicht somit die Einsparung einer dritten Meßspule mit Kollektor. Eine Anbringung an der um die sehr genau im Koordinatensystem orientierbare Längsachse rotierende Spule gewährleistet die Erfüllung der für die Kleinheit des Aufbaues extremen Genauigkeitsforderung, Querkomponenten in der Größenordnung von 1 0/ovo der Längskomponente nachzuweisen, und bringt den weiteren Vorteil, daß beide Störkomponenten im gleichen Raumpunkt gemessen werden. Since the coils do not need to penetrate each other, you can they are attached to two different points in the room. The embodiment according to the invention allows a distance of z. B. no more than 1 cm. The use of the double commutator thus enables a third measuring coil with a collector to be saved. An attachment on the rotating longitudinal axis that can be oriented very precisely in the coordinate system Coil ensures that the accuracy requirements, which are extreme for the small size of the structure, are met, To demonstrate transverse components in the order of magnitude of 1 0 / ovo of the longitudinal component, and has the further advantage that both interfering components are in the same point in space be measured.

Von den sechs Kommutatorbürsten sind Leitungen innerhalb der stabförmigen Sonde, die auch die Antriebsachse enthält, an den Komponentenwahlschalter S2 geführt, mit dessen Hilfe das mit dem Widerstand R2 in Reihe liegende Meßinstrument J wahlweise mit dem zur gewünschten Feldkomponente gehörigen Bürstenpaar verbunden werden kann. Schalter S3 ist ein Polwender und Schalter S4 der Bereichs schalter, welcher wahlweise einen Teil des Vorwiderstandes R1 kurzschließt. Of the six commutator brushes, lines are inside the rod-shaped ones The probe, which also contains the drive axle, is guided to the component selector switch S2, with the help of which the measuring instrument J lying in series with the resistor R2 is optional can be connected to the pair of brushes belonging to the desired field component. Switch S3 is a pole changer and switch S4 is the range switch, which is optional short-circuits part of the series resistor R1.

Das Instrument selbst kann ein Drehspulenmeßwerk mit z. B. 100 EtA Vollausschlag und etwa 200 Ohm Innenwiderstand besitzen. Die Skala kann mit 0 bis 1000 Gauß beziffert sein und die beiden Meßbereiche 200 und 1000 Gauß Vollausschlag aufweisen, wobei auf dem empfindlichen Bereich 2 Gauß noch gut ablesbar sind. Die drei Buchsenpaare Bit 1, Bu2 und Bu3 gestatten den Anschluß anderer Spannungsmesser, die die Meßbereiche nach oben und unten beliebig zu erweitern ermöglichen. Durch ein genügend empfindliches Galvanometer kann mit dem erfindungsgemäßen Flußmesser ohne Schwierigkeit das Erdmagnetfeld mit seinen drei Komponenten nachgewiesen werden. The instrument itself can be a moving coil measuring mechanism with z. B. 100 EtA Have full deflection and an internal resistance of around 200 ohms. The scale can range from 0 to 1000 Gauss and the two measuring ranges 200 and 1000 Gauss full scale have, with 2 Gauss still clearly legible on the sensitive area. the three socket pairs Bit 1, Bu2 and Bu3 allow the connection of other voltmeters, which allow the measuring ranges to be extended upwards and downwards as required. By a sufficiently sensitive galvanometer can with the flow meter according to the invention the earth's magnetic field with its three components can be detected without difficulty.

Um Fälschungen der Anzeige zu vermeiden, muß beim Aufbau des Flußmessers neben der Kleinheit der Teile darauf geachtet werden, daß keine ferromagnetischen Materialien für den durch die hohe Drehzahl hochbeanspruchten 1gießkopf verwendet werden. Als Lagermaterial wird daher vorzugsweise Molybdän und Bronze in Rubin und Hartgewebe verwendet. In order to avoid falsification of the display, the flow meter must be set up In addition to the smallness of the parts, care must be taken that no ferromagnetic Materials for by the high Rotational speed highly stressed 1 casting head used will. The preferred storage material is therefore molybdenum and bronze in ruby and Hard tissue used.

Die Kommutatoren sind neben den Lagern die meist beanspruchten Teile. Auch von diesen herrührende Störungen würden unmittelbar als Meßfehler in die Anzeige eingehen. Als Bürstenmaterial wird daher zweckmäßigerweise wegen der Kleinheit der Teile Federbronzedraht verwendet und als Kollektormaterial Silbergraphit. Olspuren aus den Lagern können eine teilweise isolierende Schicht bilden und durch ihren Serienwiderstand die Anzeige verfälschen. In addition to the bearings, the commutators are the most stressed parts. Interferences resulting from these would also appear directly as measurement errors in the display enter. As a brush material is therefore expediently because of the small size Parts of spring bronze wire are used and silver graphite is used as the collector material. Traces of oil from the bearings can form a partially insulating layer and through their Series resistance falsify the display.

Ein Anwachsen des Übergangswiderstandes infolge des im Laufe der Zeit auftretenden Abriebes der Schleifbürsten tritt, wie Untersuchungen zeigen, bei Kollektoren aus Silbergraphit nicht auf. Ein Verschmieren der Kommutatorsegmente und somit Auftreten eines Parallelwiderstandes zum Belastungsinstrument kann durch entsprechende Dimensionierung der Trennfuge behoben werden.An increase in the contact resistance as a result of the over time As studies show, abrasion of the grinding brushes occurs in collectors made of silver graphite. A smearing of the commutator segments and thus occurrence a parallel resistance to the loading instrument can be made by appropriate dimensioning the parting line must be corrected.

PATENTANSPRtJCHE 1. Nach dem Prinzip der elektrischen Induktion arbeitende Anordnung zur Messung der drei senkrecht aufeinander stehenden Raumkomponenten eines magnetischen Flusses, insbesondere von räumlich schwer zugänglichen Magnetfeldern, beispielsweise in schmalen, langen, rohrförmigen Räumen, wie z. B. in den Feldräumen von Langstrahl-Elektronenröhren unter Verwendung einer stabförmigen Sonde als Außenhülle der Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von drei zu den drei Raumkomponenten des magnetischen Flusses gehörenden Induktionsspannungen im Innern der stabförmigen Sonde rotierende Spulen vorgesehen sind, wobei durch das Innere der von einem Meßgerät ausgehenden Sonde eine Antriebswelle sowie die Leitungen für die Zurückführung der zu messenden Induktionsströme geführt sind. PATENT CLAIMS 1. Working on the principle of electrical induction Arrangement for measuring the three mutually perpendicular spatial components of a magnetic flux, especially from spatially difficult to access magnetic fields, for example, in narrow, long, tubular spaces such. B. in the field spaces of long-beam electron tubes using a rod-shaped probe as an outer shell the arrangement, characterized in that for generating three to the three spatial components induction voltages belonging to the magnetic flux inside the rod-shaped Probe rotating coils are provided, through the interior of which is provided by a measuring device outgoing probe a drive shaft as well as the lines for the return of the induction currents to be measured are conducted.

Claims

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that only two Induction coils are provided, one of which for the optional measurement of two different Flow components is used by the associated collector in a known manner as a double commutator with two pairs of scraper brushes arranged perpendicular to each other is trained.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the two Coils likewise in a manner known per se via a bevel gear of the same Drive shaft can be actuated from 4. Arrangement according to claim 3, characterized in that that the coil equipped with the double commutator is attached to the drive shaft is, with one pair of brushes for measuring the horizontal, the other pair of brushes is used to measure the vertical field component.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the outgoing lines from the commutator brushes in the measuring device to a component switch are connected, with the help of which a measuring instrument optionally to the desired Brush pair belonging to the flow component is switched on.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that a pole changer and area switch, which is preferably part of the resistance before shorts, is provided.

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the associated measuring instrument is a moving coil instrument whose scale is in Gauss is calibrated.

8. Arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized by Connections for further voltmeters, the measuring ranges up and down to be expanded at will.

9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the coils are driven by a motor, preferably a synchronous motor, which is fed with mains frequency.

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that as Bearing materials for the axes molybdenum and bronze in ruby and hard tissue be used.

11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the brushes are made of spring bronze.

12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the collectors made of silver graphite with a to prevent smearing appropriately dimensioned parting line exist between the contact segments.

Considered publications: German Patent Specifications No. 592 801, 734 096; ETZ, 71 (1950), p. 193/4.