DE1064625B

DE1064625B - Device for measuring magnetic fields

Info

Publication number: DE1064625B
Application number: DEL25340A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Konrad Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-07-17
Filing date: 1956-07-17
Publication date: 1959-09-03

Description

Vorrichtung zur Messung magnetischer Felder Zur Messung von Kräften aus der Änderung der ohmschen Widerstände von metallischen Leitern, die der Wirkung der zu messenden Kräfte ausgesetzt sind, ist es bekannt, Widerstandsmeßdrähte geringen Querschnittes zu verwenden, die ihren Widerstandswert unter der Einwirkung der Kraftmeßwerte abhängig ändern. Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der Kraftangriffskörper über vier bzw. acht Widerstandsmeßdrähte symmetrisch an einer Basis aufgehängt ist.Device for measuring magnetic fields For measuring forces from the change in the ohmic resistance of metallic conductors, the effect exposed to the forces to be measured, resistance measuring wires are known to be small To use the cross-section that shows its resistance value under the action of the force measurements change depending. Devices are known in which the force application body is suspended symmetrically from a base via four or eight resistance measuring wires.

Bei einem bekannten Beschleunigungsmesser ist ein länglicher zylindrischer Kraftangriffskörper koaxial in einem aus zwei miteinander verbundenen Ringen gebildeten Raum angeordnet. Der Kraftangriffskörper ist mit dem Rahmen über acht Meßdrähte verbunden, und die Befestigung der Meßdrähte am Rahmen und am Kraftangriffskörper ist jeweils wie die acht zweier seitenparalleler konzentrischer Quader angeordnet. Die Meßdrähte sind zu einer Brückenschaltung zusammengefaßt, in deren Meßdiagonale ein Anzeigeinstrument angeordnet ist. One known accelerometer is elongated and cylindrical Force application body formed coaxially in one of two interconnected rings Space arranged. The force application body is connected to the frame via eight measuring wires connected, and the attachment of the measuring wires to the frame and to the force application body is arranged like the eight of two parallel concentric cuboids. The measuring wires are combined to form a bridge circuit in their measuring diagonal a display instrument is arranged.

Die Erfindung macht unter entsprechender Abwandlung von derartigen bekannten Kraftmeßvorrichtungen erfindungsgemäß Gebrauch bei Vorrichtungen für die Messung magnetischer Felder. Die Erfindung besteht darin, daß ein Dauermagnet oder eine von einer Gleichstromquelle gespeiste Spule mittels dünner Widerstandsdrähte in einem feststehenden Rahmen eingespannt ist, daß der Dauermagnet bzw. die Spule in das zu messende Magnetfeld gebracht ist und daß in bekannter Weise die durch Dehnung der Spanndrähte infolge der Ablenkung des Dauermagneten bzw. der Spule im Magnetfeld hervorgerufene elektrische Widerstandsänderung in einer Brückenschaltung für die Messung erfaßt ist. The invention makes such modifications with appropriate modifications known force measuring devices according to the invention use in devices for Measurement of magnetic fields. The invention consists in that a permanent magnet or a coil fed by a direct current source by means of thin resistance wires is clamped in a fixed frame that the permanent magnet or the coil is brought into the magnetic field to be measured and that in a known manner by Stretching of the tension wires as a result of the deflection of the permanent magnet or the coil in the Change in electrical resistance caused by a magnetic field in a bridge circuit is recorded for the measurement.

Die Erfindung wird an in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is shown schematically in the drawing Embodiments explained in more detail.

Fig. 1 a und 1 b zeigen erfindungsgemäße Anordnungen. Der Kraftangriffskörper ist ein Dauermagnet D, der mit den Meßdrähten 1 bis 8 verbunden ist und dessen Magnetisierung durch die zu messenden Felder H nicht bleibend verändert wird. Die Meßdrähte 1 bis 8 werden in einer nicht dargestellten elektrischen Brückenschaltung zusammengefaßt. FIGS. 1 a and 1 b show arrangements according to the invention. The force attack body is a permanent magnet D, which is connected to the measuring wires 1 to 8 and its magnetization is not permanently changed by the fields H to be measured. The measuring wires 1 to 8 are combined in an electrical bridge circuit, not shown.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 2 sind die Meßdrähte 1 bis 4 einseitig am Kraftangriffskörper befestigt, wobei die Vorspannung durch eine Schraubenfeder F bewirkt wird. Der Winkel a zwischen 1 und 2 (Fig. 2a) ist gleich dem Winkel zwischen 3 und 4 (Fig. 2a'). In the arrangement according to the invention according to FIG. 2, the measuring wires are 1 to 4 attached to one side of the force application body, the bias through a coil spring F is effected. The angle a is between 1 and 2 (Fig. 2a) equal to the angle between 3 and 4 (Fig. 2a ').

In Fig. 2 a' ist die Schraubenfeder der Ubersichtlichkeit halber nicht dargestellt. In Fig. 2a 'the coil spring is for the sake of clarity not shown.

Fig. 2 b und 2 c zeigen zwei mögliche elektrische Schaltungen. Durch Störkräfte auf den Dauermagneten N, S senkrecht zum Grundriß (Fig. 2 a') werden die Meßdrähte 1 und 2 in gegensätzlichem Sinne um gleiche Beträge verändert, durch Störkräfte senkrecht zum Aufriß (Fig. 2a) gilt das gleiche für die Meßdrähte 3 und 4. Störkräfte parallel zum Grund-und Aufriß beeinflussen alle vier Meßdrähte in gleichem Betrag. Keine dieser Störkräfte bewirkt eine Störung des Abgleichs der Brücken nach Fig. 2 b und 2 c. Fig. 2 b and 2 c show two possible electrical circuits. By Interfering forces on the permanent magnets N, S perpendicular to the plan (Fig. 2 a ') will the Measuring wires 1 and 2 changed by the same amount in the opposite sense, due to interfering forces perpendicular to the elevation (Fig. 2a) the same applies to the measuring wires 3 and 4. Interfering forces parallel to the outline and elevation affect all four measuring wires to the same extent. None of these disruptive forces interferes with the alignment of the bridges according to Fig. 2 b and 2 c.

Fig. 2d zeigt eine perspektivische Darstellung der Anordnung. Fig. 2d shows a perspective view of the arrangement.

Fig. 3 zeigt schließlich eine als Magnetfeldmesser ausgebildete Einrichtung, bei der sechs gleich lange Meßdrähte 1 bis 6 so befestigt sind, daß ist. Damit wird die Meßempfindlichkeit für die Messungen in H>-Richtung und senkrecht dazu (H2-Richtung) einander gleich.Finally, FIG. 3 shows a device designed as a magnetic field meter in which six measuring wires 1 to 6 of equal length are attached in such a way that is. This means that the measurement sensitivity for the measurements in the H> direction and perpendicular to it (H2 direction) are equal to each other.

Fig. 3b zeigt die entsprechende Brückenschaltung für die H,-Messung und Fig. 3 c für die H2-Messung. 3b shows the corresponding bridge circuit for the H, measurement and FIG. 3 c for the H2 measurement.

Der Kraftangriffskörper ist in diesem Falle eine kleine Doppelspule W in der Art der bekannten »Helmholtz-Spulen« mit getrennten, nicht mit eingezeichneten, flexiblen Stromzuführungen, die an eine Iiilfsgleichstromquelle, vorzugsweise einstellbar und meßbar, angeschlossen werden. Die Spulen W werden miteinander und mit den Meßdrähten 1 bis 6 durch eine zweckmäßig aus zwei Blechen zusammengesetzte Platte P verbunden, die in Fig. 3 d nochmals vergrößert dargestellt ist. Die Platte P setzt sich aus den Blechen Pa und Po zusammen, die kegelförmige Ausbohrungen 11 bis 14 besitzen. In den drei Ausbohrungen von Pb greifen die sechs Meßdrähte 1 bis 6 an, und zwar 1 bis 3 in 11, ferner 4 und 5 in 12 und 6 in 13. In this case, the force application body is a small double coil W in the manner of the well-known "Helmholtz coils" with separate, not drawn, flexible power supplies connected to an auxiliary direct current source, preferably adjustable and measurable, can be connected. The coils W are connected with each other and with the measuring wires 1 to 6 connected by a plate P suitably composed of two metal sheets, which is shown enlarged again in Fig. 3 d. The plate P is exposed the sheets Pa and Po together, which have conical bores 11 to 14. The six measuring wires 1 to 6 engage in the three bores of Pb, and 1 to 3 in 11, furthermore 4 and 5 in 12 and 6 in 13.

In Ausbohrung 14 in dem Blech Pa greift die Verspannung 15 an, die auch als verlängerte Meßdrahtenden der Meßdrähte 1 bis 6 zwischen den Blechen Pa und P,i zu der Bohrung 14 geführt sein können. 16 ist eine die Vorspannung erzeugende Blatt-, Stahldraht- oder auch Schraubenfeder. Alle Meßdrähte haben gleiche Länge und gleichen Querschnitt und sind unter gleichen Winkeln x gegen die auf dem Seitenriß S (Fig. 3 a) senkrechte Symmetrielinie geneigt, wobei nach Fig. 3 a die Meßdrähte 4, 5 und 6 in einer Ebene liegen und die ASleßdrähte 1, 2 und 3 nach Art der Kanten einer gleichschenkligen dreiseitigen Pyramide ausgespannt sind mit dem Meßdraht 1 in der zum Auf- (24) und Seitenriß (5) senkrechten Symmetrieebene. In der Aufspannebene E des Gehäuses erscheinen daher alle Meßdrähte in der gleichen Projektionslänge c = 1. Die Bohrungen 11, 12 und 13 haben gleiche Abstände von der Symmetrielinie g4z im Seitenriß S nach Fig. 3 d.The bracing 15 engages in the bore 14 in the sheet metal Pa also as extended measuring wire ends of the measuring wires 1 to 6 between the metal sheets Pa and P, i can be guided to the bore 14. 16 is a bias generating one Leaf, steel wire or helical springs. All measuring wires have the same length and have the same cross-section and are at the same angles x from those on the side elevation S (Fig. 3 a) inclined vertical line of symmetry, the measuring wires according to Fig. 3 a 4, 5 and 6 lie in one plane and the A test wires 1, 2 and 3 in the manner of the edges an isosceles three-sided pyramid are stretched out with the measuring wire 1 in the plane of symmetry perpendicular to the elevation (24) and side elevation (5). In the clamping level E of the housing therefore all measuring wires appear in the same projection length c = 1. The holes 11, 12 and 13 are equidistant from the line of symmetry g4z in side elevation S according to FIG. 3 d.

Fig. 3 d zeigt in den Darstellungen links die Ansichten der in Fig. 3 d rechts angedeuteten Schnitte g-h, i-d und c-J. Der Abstand a zwischen 12 und 13 verhält sich zum Abstand b zwischen 11 und 12 der Verbindungslinie 12-13 nahezu wie tgcs, genauer wie damit die Feldanzeigeempfindlichkeit für Felder in Richtung nach Brückenschaltung Fig. 3 b und für solche in Richtung H2 nach Fig. 3 c einander gleich wird. Bei der angegebenen Bauweise und Niießdrahtanordnung ist die Anzeige unabhängig von Störkräften und -momenten. Derartige Kräfte treten in inhomogenen magnetischen Feldern sowie in von der Meßrichtung abweichenden Gesamtfeldrichtungen auf, aber auch als Schwerkraft oder Erschütterung. Die Parallelschaltung der Meßdrähte ist nicht notwendig, aber vorteilhaft, weil dann alle Meßdrähte unisoliert von den Blechen Pa und Pb leitend miteinander verbunden werden, so daß eine einfache Konstruktion entsteht.In the representations on the left, FIG. 3 d shows the views of the sections gh, id and cJ indicated on the right in FIG. 3 d. The distance a between 12 and 13 is related to the distance b between 11 and 12 of the connecting line 12-13 almost like tgcs, more precisely like so that the field display sensitivity for fields in the direction of the bridge circuit Fig. 3b and for those in the direction H2 of Fig. 3c is equal to each other. With the specified construction and Niießdraht arrangement, the display is independent of interfering forces and torques. Such forces occur in inhomogeneous magnetic fields and in total field directions deviating from the measuring direction, but also as gravity or vibration. The parallel connection of the measuring wires is not necessary, but advantageous because then all the measuring wires are conductively connected to one another without insulation from the sheets Pa and Pb, so that a simple construction is created.

Das gleiche gilt von der Fortsetzung der bei 14 austretenden freien Meßdrahtenden als gemeinschaftlicher Spanndraht 15 zur Blattfeder 16, die isoliert angebracht, als oberer Brückendiagonalpunkt in Fig. 3 b und 3 c verschaltet wird. Die Brücke kann natürlich auch mit Wechselstrom betrieben werden.The same applies to the continuation of the free exiting at 14 Measuring wire ends as a common tension wire 15 to the leaf spring 16, which insulates attached, is connected as the upper bridge diagonal point in Fig. 3 b and 3 c. The bridge can of course also be operated with alternating current.

Würde man die Meßdrähte 2 und 3 in einer Ebene parallel zu derjenigen der Meßdrähte 4 5 und 6 (und senkrecht zu der Hauptsymmetrieebene, die auf A und S in Fig. 3 a senkrecht steht) anordnen, so wäre das System gegen Kräfte von links nach rechts im Seiten- riß S der Fig. 3 a labil, da sich der Meßdraht 1 lockert. If you were to put the measuring wires 2 and 3 in a plane parallel to that of the measuring wires 4 5 and 6 (and perpendicular to the main plane of symmetry on A and S in Fig. 3 a is vertical), the system would be against forces from the left to the right in the side tore S of Fig. 3a unstable because the measuring wire 1 loosens.

Man kann dem aber durch geringe entgegengesetzte Abweichung der Verspannung des Spanndrahtes 15 im Sinne einer Belastung von 1 entgegenwirken und hat den Vorteil, daß nunmehr genau = tga für gleiche Empfindlichkeit für 1J1 und H2 werden muß und daß die Meßdrähte 2 und 3 in Fig. 3 c unter dem Einfluß von H2 genau die gleiche Änderung erfahren wie 5 und 6. Diese bessere Symmetrie verbessert auch noch die Unanfälligkeit gegen Störkräfte und -momente. Fig. 3 c zeigt eine perspektivische Darstellung der Anordnung.But you can do this by a slight opposite deviation in the bracing of the tension wire 15 counteracting a load of 1 and has the advantage of that now exactly = tga must be for the same sensitivity for 1J1 and H2 and that the measuring wires 2 and 3 in Fig. 3c under the influence of H2 exactly the same Change like 5 and 6. This better symmetry also improves the Insensitivity to disruptive forces and moments. Fig. 3c shows a perspective Representation of the arrangement.

PATENTANSPRt,CHE: 1. Vorrichtung zur Messung magnetischer Felder, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauermagnet oder eine von einer Gleichstromquelle gespeiste Spule mittels dünner Widerstandsdrähte in einem feststehenden Rahmen eingespannt ist, daß der Dauermagnet bzw. die Spule in das zu messende Magnetfeld gebracht ist und daß in bekannter Weise die durch Dehnung der Spanndrähte infolge der Ablenkung des Dauermagneten bzw. der Spule im Magnetfeld hervorgerufene elektrische Widerstandsänderung in einer Brückenschaltung für die Messung erfaßt ist. PATENTANSPRt, CHE: 1. Device for measuring magnetic fields, characterized in that a permanent magnet or one from a direct current source The fed coil is clamped in a fixed frame by means of thin resistance wires is that the permanent magnet or the coil is brought into the magnetic field to be measured and that in a known manner by stretching the tension wires as a result of the deflection electrical resistance change caused by the permanent magnet or the coil in the magnetic field is detected in a bridge circuit for the measurement.

Claims

2. Device according to claim 1 with a permanent magnet, characterized in that that the measuring wires are attached to one side of the permanent magnet and that the permanent magnet on the other hand is biased by helical springs (Fig. 2).

3. Apparatus according to claim 1 with a coil, characterized in that that six identical measuring wires are used and at three points of the current-carrying Coil are attached so that three measuring wires at the first attachment point, two Measuring wires at the second attachment point and a measuring wire at the third attachment point are appropriate. all measuring wires making the same angle with the longitudinal axis of symmetry of the coil, and that a fourth attachment point on the coil for a preload wire is provided (Fig. 3). ~~~~~~~ Publications considered: USA.Patent No. 2,435,231; Pohl, R. W., "Introduction to Electricity", 13. and 14. Edition, Verlag Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen (1949), pp. 68, 90, 148 and 188