DE1161698B - Messvorrichtung mit einer zwischen den Polen eines Magneten frei beweglichen Hallsonde - Google Patents

Messvorrichtung mit einer zwischen den Polen eines Magneten frei beweglichen Hallsonde

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DE1161698B
DE1161698B DEF28473A DEF0028473A DE1161698B DE 1161698 B DE1161698 B DE 1161698B DE F28473 A DEF28473 A DE F28473A DE F0028473 A DEF0028473 A DE F0028473A DE 1161698 B DE1161698 B DE 1161698B
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Dr-Ing Hermann Roelig
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    • G—PHYSICS
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    • Y10S73/03—Hall effect

Description

  • Meßvorrichtung mit einer zwischen den Polen eines Magneten frei beweglichen Hallsonde Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung mit einer zwischen den Polen eines Magneten frei beweglichen Hallsonde, deren Lage durch die zu messende Größe veränderbar ist.
  • Bekannte Vorrichtungen dieser Art dienen zur Ausmessung magnetischer Kraftfelder. Hierbei ist der Verschiebeweg der Hallsonde im Feld nicht proportional der abgegebenen Hallspannung, so daß diese Anordnung für eine exakte Wegmessung nicht geeignet ist.
  • Ferner ist bekannt, daß ein in einem inhomogenen Magnetfeld frei beweglich angeordneter Halbleiterkörper durch Aufbringen einer Kraft verschoben wird, wobei eine Wechselbeziehung zwischen Kraft und abgegebener Spannung besteht. Hier erreicht jedoch die abgegebene Spannung niemals den Wert Null, und die Spannung ist auch nicht proportional der aufgebrachten Kraft.
  • Es sind Anordnungen bekannt, bei denen der Halbleiterkörper in einem Topfmagneten zwischen einer magnetisch leitenden Membran und dem Mittelsteg des Topfmagneten angeordnet ist, um die Verschiebung der Membran gegenüber dem Mittelsteg und dem Halbleiterkörper anzuzeigen. Diese Anordnungen dienen zur Umwandlung mechanischer Wechselgrößen in elektrische Wechselgrößen und sind für eine exakte Wegmessung nicht geeignet, da eine Proportionalität zwischen den beiden Wechselgrößen nicht vorhanden ist und der Wert Null nicht erreicht wird.
  • Es wurde nun gefunden, daß eine Proportionalität zwischen den beiden Wechselwirkungen Weg und Spannung erreicht wird, wenn erfindungsgemäß die Hallsonde im Feld zweier einander entgegengerichteter magnetischer Flüsse ( und (22) angeordnet ist.
  • Der Doppelmagnet ist mit drei Polschuhen ausgerüstet, von denen zwei in einer Ebene liegen und der dritte rechtwinklig dazu steht.
  • Wenn die Hallsonde sich in Mittelstellung der beiden einander entgegengerichteten Magnetflüsse 01 und (02 befindet, ist die abgegebene Hallspannung Null, da sich die Magnetflüsse in der Ebene der Hallsonde kompensieren. Die unter dem Einfluß einer von der Mittelstellung nach rechts oder links vorgenommenen Verlagerung der Hallsonde jeweils abgegebenen Hallspannung steigt proportional mit der Entfernung der Sonde von der Mittelstellung. Sie ist in Verbindung mit einem Dynamometer ein proportionales Maß für die Kraft.
  • Das Gerät gemäß der Erfindung erfüllt folgende Forderungen: 1. Proportionalität zwischen mechanischer und elektrischer Meßgröße.
  • 2. Stabiler, einfacher Aufbau des Wandlers.
  • 3. Hoher elektromechanischer Wirkungsgrad.
  • 4. Unempfindlichkeit gegen äußere Störeinflüsse, wie Temperatur, Erschütterungen, Fremdfelder, auch über längere Zeit, 5. Statische Eichmöglichkeit auch für dynamische Messungen.
  • 6. Geringer Frequenzgang von Phase und Amplitude bei dynamischen Messungen.
  • 7. Geringe Reaktanz bei Messungen mit Trägerfrequenz.
  • In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel und Anwendungsbeispiele des Meßgerätes schematisch dargestellt.
  • Wie aus Ab b. 1 zu ersehen, ist in einem E-förmigen Eisenkern mit den drei Polschuhen P1, P2, P3 eine Hallsonde B so angeordnet, daß sie in der Richtungs verschoben werden kann. Der Kern wird von zwei einander entgegengerichteten Magnetflüssen 01 und 1>2 durchflossen, die sich in der Ebene der Hallsonde kompensieren, wenn diese in Mittelstellung steht. Die abgegebene Hallspannung ist dann Null.
  • Bei Verschiebung der Hallsonde B aus der Nullage in Richtung s tritt eine Spannung Uho auf, deren Größe ein Maß dieser Verschiebung ist und deren Polarität die Richtung der Verschiebung angibt. Es können je nach Art des Steuerstromes iS der Sonde Gleich- oder Wechselspannungen von etwa 10 mV pro 0,1 mm Weg zum direkten Anschluß an ein Registriergerät bei sehr einfachem Aufbau erzielt werden.
  • Abb. 2 a und 2b zeigen den Meßwertwandler in einer Brückenanordnung. Die Hallspannung wird hierbei von einer Brückendiagonalspannung kompensiert. Die Verlagerung kann hierbei über Nullabgleichung am Potentiometer abgelesen werden.
  • Der Steuerstrom iS ist hierbei proportional der Brückenspannung, wodurch erreicht ist, daß die Speisespannung Ub keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat.
  • Bei Wechselstrombetrieb (Ab b. 2) ist eine Transformierung möglich, so daß zum Eingriff in Regelvorgänge hohe Spannungen zur Verfügung stehen.
  • Die Phasenlage der abgegebenen Wechselspannung änder sich bei Umkehr der Bewegungsrichtung aus der Nullage um 1800.
  • Der Abgleich der Brückenschaltung kann auch über einen Verstärker V mit ServomotorM vorne nommen werden. Der Verstellweg des Servomotors ist hierbei ein Maß der Verlagerung (A b b. 3).
  • A b b. 4 zeigt eine weitere Anordnung, in welcher der Meßwertwandler mit einem elektrischen oder mechanischen Rückstellglied in seine Nullage zurückgeführt wird, wodurch eine weglose Kraftmessung möglich ist.
  • Eine Kraft P1 wirkt auf einen Meßwertwandler, dieser gibt eine Spannung über den Geber G ab, welche durch V verstärkt über einen ServomotorM und eine DruckfederF eine Gegenkraft P2 so lange erhöht, bis P1 gleich P2 ist und die Spannung Uho wieder Null ist (angezeigt auf Schreiber s). Der Weg an P1 ist dann gleich Null und der Weg an P2 ein Maß für die zu messende Kraft Pl.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Meßvorrichtung mit einer zwischen den Polen eines Magneten frei beweglichen Hallsonde, deren Lage durch die zu messende Größe veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsonde (B) im Feld zweier einander entgegengerichteter magnetischer Flüsse (1>i und 02) angeordnet ist.
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsonde (B) in einem Magnet angeordnet ist, der mit drei Polschuhen (P1, P2, P) ausgerüstet ist, von denen zwei (P., und P,) in einer Ebene liegen und der dritte (P1) rechtwinklig dazu steht.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsonde (B) mit wenigstens einem Potentiometerabgriff in eine elektrische Brücke eingeschaltet ist.
  4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsonde über einen Verstärker (V) an einen Servomotor (M) angeschlossen ist.
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vom Servomotor (M) gesteuerte Anzeigevorrichtung (S).
  6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsonde (B) einerseits und der Servomotor (M) andererseits mit einem Rückstellglied (F) verbunden sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften S31041VIIIc/21e, S 38725 VIII a/21 a2 (bekanntgemacht am 6. 9. 1956); deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 750 990; USA.-Patentschrift Nr. 2 712 601.
DEF28473A 1959-05-20 1959-05-20 Messvorrichtung mit einer zwischen den Polen eines Magneten frei beweglichen Hallsonde Pending DE1161698B (de)

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