DE1020107B - Messeinrichtung zur Bestimmung magnetischer Feldstaerken mittels magnetfeldabhaengiger Widerstandselemente hoher Traegerbeweglichkeit unter Verwendung einer Messbruecke mit Nullabgleich - Google Patents

Description

• Meßeinrichtung zur Bestimmung magnetischer Feldstärken mittels magnetfeldabhängiger Widerstandselemente hoher Trägerbeweglichkeit unter Verwendung einer Meßbrücke mit Nullabgleich Es ist bekannt, mit magnetfeldabhängigen Widerständen hoher Trägerbeweglichkeit, z. B. Indiumantimonidkristallen, die magnetische Feldstärke auf Grund der beim Einbringen dieser Widerstände in Magnetfelder auftretenden Widerstandsänderungen oder durch Messung der Hallspannung bei Ausbildung der genannten Widerstände als Hallgeneratoren zu bestimmen. Eine direkte Messung der Hallspannung mit Meßgeräten üblicher Bauart ist nur dann möglich, wenn die magnetische Feldstärke verhältnismäßig groß ist.
• Es sind auch Einrichtungen zum Messen der Feldstärke bzw. der Induktion bekannt, die Meßbrücken mit Nullabgleich aufweisen und bei denen die beiden Hälften der Brückenzweige aus magnetfeldabhängigen und magnetfeldunabhängigen Widerständen gebildet werden.
• Derartige Einrichtungen sind zwar zum Messen verhältnismäßig großer Feldstärken anwendbar, wie sie beispielsweise im Luftspalt elektrischer Maschinen vorkommen, nicht dagegen zum Messen kleinerer Feldstärken.
• Für viele technische Zwecke ist es erwünscht, über ein einfaches und doch genaues, auf dem obengenannten Prinzip beruhendes Meßgerät zu verfügen. Die Erfindung betrifft eine einfache und sicher arbeitende Meßeinrichtung hoher Empfindlichkeit zur Bestimmung magnetischer Feldstärken mittels magnetfeldabhängiger Widerstandselemente hoher Trägerbeweglichkeit, z. B. Hallgeneratoren, unter Verwendung einer Meßbrücke mit Nullabgleich, bei der mindestens zwei in einem Strompfad liegende Brückenzweige von einer geradstelligen Anzahl magnetfeldabhängiger Widerstände gebildet werden.
• Die Meßeinrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen Widerstände Hilfsmagnetfeldern gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität so ausgesetzt sind, daß das zu messende Magnetfeld die Widerstandselemente der magnetfeldabhängigen Widerstände im Sinne einer Verstimmung des Nullabgleiches beaufschlagt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß bereits bei kleineren Feldstärken in dem im Brückenzweig liegenden Meßgerät ein verhältnismäßig großer Strom fließt und das Meßgerät dadurch überaus empfindlich ist.
• Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert: Die Fig. 1 zeigt zwei magnetfeldabhängige Widerstandselemente 1 und 2, die je einen Zweig einer Brückenschaltung bilden. Die beiden anderen Zweige der Brückenschaltung werden von normalen abgleichbaren ohmschen Widerstandselementen 3 und 4 gebildet. Das Anzeigeinstrument 5, z. B. ein Galvanometer, dient als Abgleich-und Anzeigeinstrument. Die Meßbrücke wird aus der Spannungsquelle 6 eingespeist. Die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände 1 und 2 werden mittels der magnetfelderzeugenden Wicklungen 7 und 8, die vorzugs- weise von einer einwindigen Spule gebildet werden, mit einem Magnetfeld gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität beaufschlagt. Die Wicklungen 7 und 8 sind in Serie geschaltet und werden aus der Spannungsquelle 9 eingespeist. Ein Widerstand 10 ermöglicht die Einstellung einer bestimmten Feldstärke und damit die Vorbestimmung des Meßbereiches. Der magnetfelderzeugende Stromkreis wird durch den Schalter 11 geschlossen.
• Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung ist folgende: Die Brücke wird zunächst bei geöffnetem Schalter 11 mit Hilfe der Widerstände 3 und 4 so abgeglichen, daß das Galvanometer 5 stromlos ist. Das zu messende Feld kann hierbei bereits auf die magnetfeldabhängigen Widerstände einwirken. Wird der Schalter 11 geschlossen, so wirkt das zu messende Magnetfeld auf das eine der angelegten konstanten Magnetfelder im Sinne einer Verstärkung der magnetischen Kraftlinien, während es das andere auf den magnetfeldabhängigen Widerstand einwirkende konstante Magnetfeld schwächt. Die Größe der sich daraus ergebenden Brückenverstimmung ist ein direktes Maß für die gemessene Feldstärke und kann entweder im Galvanometer direkt abgelesen oder durch die Widerstandsänderung bei erneutem Brückenabgleich ermittelt werden. Der Abgleich der Brücke kann auch in einem vom zu messenden feldfreien Raum bei eingelegtem Schalter 11 erfolgen. Das Ergebnis wird hierdurch selbstverständlich nicht beeinflußt, da die magnetfeldabhängigen Widerstände durch das Einschalten des konstanten Magnetfeldes die Brücke nicht verstimmen.
• Große Ausschläge am Galvanometer können durch geeignete Wahl des Innenwiderstandes des Galvanometers erzielt werden. Den größten Ausschlag erhält man, wenn man den Innenwiderstand des Galvanometers γ gleich dem Widerstand der magnetfeldabhängigen Widerstände R bei eingeschaltetem konstantem Magnetfeld ohne Einwirkung des zu messenden Magnetfeldes macht.
• Nachfolgende Rechnung zeigt dies: Hatte der Widerstand der magnetfeldabhängigen Widerstände 1 und 2 vor der Einwirkung der zu messenden Magnetfelder die Größe R, so beträgt er unter Einwirkung der zu messenden Magnetfelder R + JR bzw. R-JR.
• Hierbei ist zl R die Widerstandsänderung des magnetfeldabhängigen Widerstandes beim Einbringen in das zu messende Feld. Infolge der Widerstandsänderung der Widerstände 1 und 2 ist das Gleichgewicht der Brücke gestört. Es fließt ein Strom i durch das Galvanometer 5: UAR 2rR+rR 27'R+rR+R2-zlk Hierbei istr der Widerstandswert der ohmschen Widerstände 3 und 4 und U die Spannung der Batterie 6.
• Da die Widerstandsänderung JR bei schwachem zu messendem Magnetfeld gegenüber den Widerstandswerten rR klein sein wird, kann man die Gleichung 1 ohne merkliche Fehler in der Form schreiben: USR i = . rR + R2 +2r R Wählt man r= R, so vereinfacht sich die Gleichung.
• Man erhält UZIR 2- (R2 +Rr) Daraus ergibt sich, daß man den größten Ausschlag eines Meßinstrumentes erhält wenn r = R ist.
• Die Meßgenauigkeit der vorgeschlagenen Einrichtung kann dadurch erhöht werden, daß die Widerstände 3 und4 ebenfalls durch Indiumantimonidkristalle ersetzt werden.
• Man kommt dann zu einer Anordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der durch das Meßgerät fließende Strom ergibt sich dann unter der Voraussetzung r = R zu UXIR i = R² + Rr .
• Die beschriebene Einrichtung kann auch zur Messung von magnetischen Wechselfeldern Verwendung finden, sofern die Spulen 1 bis 4 mit Wechselstrom gespeist werden, dessen Frequenz und Phasenlage dem zu messenden magnetischen Wechselfeld entspricht.
• Die Meßeinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich besonders durch die hohe Empfindlichkeit aus, ist jedoch hinsichtlich der Absolutgröße des zu messenden Feldes begrenzt. Diese Grenze ist gegeben, sobald die Feldstärke des zu messenden Feldes diejenige des Zusatzfeldes überschreitet, so daß infolgedessen nicht mehr der Fall vorliegt, daß bei Feldzunahme der eine Widerstand abnimmt, der andere zunimmt, sondern beide gleichsinnig zunehmen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Meßeinrichtung zur Bestimmung magnetischer Feldstärken mittels magnetfeldabhängiger Widerstandselemente hoher Trägerbeweglichkeit, z. B. Hallgeneratoren, unter Verwendung einer Meßbrücke mit Nullabgleich, bei der mindestens zwei in einem Strompfad liegende Brückenzweige von einer geradzahligen Anzahl magnetfeldabhängiger Widerstände gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängigen Widerstände Hilfsmagnetfeldern gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität so ausgesetzt sind, daß das zu messende Magnetfeld die Widerstandswerte der magnetfeldabhängigen Widerstände im Sinne einer Verstimmung des Nullabgleichs beaufschlagt.
2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmagnetfeldwicklungen aus einer vorzugsweise einwindigen offenen Spule bestehen.
3. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmagnetfeldwicklungen in Serie geschaltet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 590 678.