DE1085253B

DE1085253B - Elektrisches Messgeraet mit einem Hall-Generator

Info

Publication number: DE1085253B
Application number: DES52295A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-02-12
Filing date: 1957-02-12
Publication date: 1960-07-14

Description

Elektrisches Meßgerät mit einem Hall-Generator Es sind elektrische Meßgeräte von Magnetfeldern und von durch sie abgebildeten Größen bekanntgeworden, bei denen als Meßglieder Hall-Generatoren vorgesehen sind. Der Vorteil derartiger Geräte gegenüber schon länger bekannten Hall-Spannungserzeugern beruht darauf, daß - dank der Verwendung von Halbleiterstoffen mit Trägerbeweglichkeiten von mindestens 6000 cm2 V/sec - die Hall-Spannung über Galvanometergrößen hinausgehend leistungsmäßig belastet werden kann, daß es also möglich ist, die Hallspannung unmittelbar, ohne Verstärker mit hochohmigem Eingang, auf Einrichtungen höherer Leistungsaufnahme zu schalten. Bei den früher bekannten Geräten dieser Art, z. B. bei einem Germanium- Halbleitergerät, würde die Hall-Spannung bei einer solchen Belastung zusammenbrechen.
Gegenstand der Erfindung ist die Weiterbildung eines elektrischen Meßgerätes, bei dem als Meßglied ein Hall-Generator und eine Kompensation magnetischer Störfelder vorgesehen ist. Das Gerät ist insbesondere zur Messung, Steuerung und Regelung extrem kleiner Magnetfelder, z. B. von Feldern kleiner als 10-5 Gauß, bestimmt. Die Erfindung besteht darin daß der Hall-Generator zur Grobkompensation von Störfeldern mindestens einem Dauermagnetfeld und zur Feinkompensation solcher Felder zusätzlich mindestens einem Elektromagnetfeld ausgesetzt ist.
Es ist bereits früher vorgeschlagen worden, bei Geräten der vorliegenden Art die Kompensation von magnetischen Störfeldern, z. B. des Erdfeldes, mit Hilfe eines elektrisch erregten Hilfsfeldes durchzuführen.
Um jedoch extrem kleine Felder, z. B. von der oben angegebenen Größe von 10'-5 Gauß, erfassen zu können, ist für das Hilfsfeld ein Erregerstrom erforderlich, der über längere Zeit, z. B. über Stunden, eine Konstanz von 105 aufweist. Dies ist technisch nur mit großem Aufwand realisierbar. Bei dem Meßgerät gemäß der Erfindung erfolgt mit Hilfe des Dauermagnetfeldes eine Grobkompensation der Störfelder, z. B. des Erdfeldes, bis auf etwa 1°/o, während die Feinkompensation durch ein elektrisch erregtes Magnetfeld durchgeführt wird, für dessen Erregung eine Stromkonstanz von 0,1eo <>/@ genügt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung Bezug genommen; es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Meßgerätes gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Verstärkerschaltung für die Hall-Spannung des Gerätes gemäß der Erfindung mit elektrischer Gegenkopplung, Fig. 3 eine Verstärkerschaltung für die Hall-Spannung des Gerätes gemäß der Erfindung mit magnetische Gegenkopplung.
In Fig. 1 ist der Hall-Generator mit 1 bezeichnet; der Übersicht halber sind der Primärstromkreis und der Hall-Stromkreis, also der eigentliche Meßkreis, nicht angegeben. Der Hall-Generator ist im Spalt der beiden weichmagnetischen Stäbe 2 und 3 angeordnet, die von den Kompensationsspulen 4 und 5 umgeben sind; sie liegen in einem Stromkreis, der durch die Stromquelle 6 und den einstellbaren Widerstand 7 dargestellt ist. Auf die beiden weichmagnetischen Stäbe 2 und 3 wirkt ferner das Feld der mit 8 und 9 bezeichneten Dauermagnete. Das zu messende Magnetfeld ist durch die Pfeile bei 10 angedeutet. Mit Hilfe der in ihrer Lage zum Hall-Generator einstellbaren Dauermagnete 8 und 9 wird die Grobkompensation von auf das Meßgerät einwirkenden Störfeldern, z. B. des Erdfeldes, vorgenommen und diese durch das elektrisch erregte Hilfsfeld mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 7 verfeinert. Hierdurch ist es möglich, eine extreme Nullpunktskonstanz des Gerätes einzustellen. Je nach Art und Lage der zu kompensierenden Störfelder können mehrere Dauermagnete und mehrere Kompensationsspulen oder Kompensationskreise vorgesehen werden.
Bei der Erfassung extrem schwacher Magnetfelder, für die das Gerät gemäß der Erfindung besonders geeignet ist, tritt die Hysterese der weichmagnetischen Stäbe, in deren Luftspalt der Hall-Generator angeordnet ist, und der Einbettung des Hall-Generators störend in Erscheinung. Dieser Einfluß kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch eine magnetische Gegenkopplung mit Hilfe eines Verstärkers, auf dessen Eingang die Hall-Spannung des Hall-Generators geschaltet ist, ausgeschaltet werden. Die Verwendung eines Kompensationsverstärkers empfiehlt sich deshalb, weil er eine konstante Empfindlichkeit besitzt.
Zur elektrischen Durchführung der Gegenkopplung kann eine Schaltung verwendet werden, wie sie in Fig. 2 angegeben ist. Der Verstärkereingang, auf den die Hall-Spannung geschaltet ist, ist mit 21, der Verstärker selbst mit 22 angegeben. Im Ausgangskreis des Verstärkers liegt das Meßinstrument 23 und der Widerstand 24; an diesem liegt die Gegenkopplungsspannung.
Die magnetische Durchführung der Gegenkopplung gemäß der genannten weiteren Ausgestaltung der Erfindung zeigt Fig. 3. Der Eingang des Verstärkers, auf den die Hall-Spannung des Hall-Generators geschaltet ist, ist mit 31, der Verstärker selbst mit 32 angegeben. Im Ausgangskreis des Verstärkers liegt außer dem eigentlichen Meßgerät, das mit 33 bezeichnet ist, die Spule 34, die auf den Hall-Generator wirkt. Diese Schaltung weist gegenüber derjenigen nach Fig. 2 den Vorteil auf, daß sich der magnetische I(reis im Betrieb nicht weit von seinem Ausgangspunkt auf der Hystereseschleife bewegt. Dadurch wird erreicht, daß auch nach einem verhältnismäßig großen Magnetfeldeinfluß die Rückkehr der Hall-Spannung auf den ursprünglichen Wert trotz der oben erwähnten Hystereseerscheinungen gesichert ist.
Das Gerät gemäß der Erfindung weist somit sowohl in bezug auf Störfelder, insbesondere in bezug auf das Erdfeld, als auch in bezug auf Hystereseerscheinungen eine ausgezeichnete Nullpunktskonstanz und Meßgenauigkeit auf.
PATENTANSPR2CHE 1. Elektrisches Meßgerät, insbesondere zur Messung, Steuerung oder Regelung extrem schwacher Magnetfelder, unter Verwendung eines Hall-Generators als Meßglied und mit einer Kompensation magnetischer Störfelder, dadurchgekennzeichnet, daß der Hall-Generator zur Grobkompensation von Störfeldern mindestens einem Dauermagnetfeld und zur Feinkompensation solcher Felder zusätzlich mindestens einem Elektromagnetfeld ausgesetzt ist.

Claims

2. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Generator im Spalt zwischen zwei weichmagnetischen Eisenstähen angeordnet ist, die magnetisch durch mindestens einen Dauermagnet und durch mindestens eine in einem einstellbaren Stromkreis liegende Spule erregt sind.

3. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsdauermagnete bezüglich ihrer Lage zum Hall-Generator einstellbar sind.

4. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Hall-Spannung ein gegengekoppelter Verstärker oder ein Kompensationsverstärker vorgesehen ist (Fig. 2).

5. Elektrisches Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Hall-Spannung ein Verstärker mit magnetischer Gegenkopplung vorgesehen ist, z. B. mit Hilfe einer im Ausgangskreis des Verstärkers liegenden und auf den Hall-Generator wirkenden Spule (Fig. 3). ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 947 095.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 040 079.