DE1167974B - Geraet zum Messen des magnetischen Energieproduktes (BíñH) - Google Patents

Geraet zum Messen des magnetischen Energieproduktes (BíñH)

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DE1167974B
DE1167974B DES44822A DES0044822A DE1167974B DE 1167974 B DE1167974 B DE 1167974B DE S44822 A DES44822 A DE S44822A DE S0044822 A DES0044822 A DE S0044822A DE 1167974 B DE1167974 B DE 1167974B
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DE
Germany
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magnetic
hall
magnetic field
measuring
field strength
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Application number
DES44822A
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Inventor
Dr Phil Johann Neumann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07Hall effect devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

  • Gerät zum Messen des magnetischen Energieproduktes (B H) Zusatz zur Zusatzanmeldung: S 43825 IX d / 21 e - Auslegeschrift 1160 093 Die Hauptpatentanmeldung S43825 IXd/ 21 e betrifft ein elektrisches Meßgerät, das auf der Erfassung der Änderung des elektrischen Widerstandes beruht, die ein Halbleiterkörper in einem Magnetfeld erfährt, oder auf der Erfassung der Hall-Spannung, die an dem stromdurchflossenen Halbleiterkörper unter der Wirkung des Magnetfeldes auftritt, und bei dem als Halbleiterkörper eine der halbleitenden Verbindungen InSb, InAs, GaAs, InP oder GaSb vom Typ A"' BV mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cm2/V sec vorgesehen ist, gemäß Patent 973 121.
  • Zur Messung der Tangentialkomponente der magnetischen Gleich- oder Wechselfeldstärke an der Oberfläche magnetischer Körper ist der Halbleiterkörper unmittelbar auf der Oberfläche des magnetischen Körpers angeordnet, derart, daß die Richtung des Primärstromes durch den Halbleiterkörper und dessen größte Fläche senkrecht zu der zu messenden Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke des magnetischen Körpers liegt, und ferner ist die Ausdehnung des Halbleiterkörpers senkrecht zur Oberfläche des magnetischen Körpers so klein gehalten, daß der Einfluß des Potentialabfalles des Magnetfeldes in dieser Richtung im Halbleiterkörper vernachlässigbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gerät nach der Hauptpatentanmeldung so weiter auszubilden, daß damit das magnetische Energieprodukt (B H) gemessen werden kann. Hierzu wird bei einem einen Hall-Generator zum Messen der Tangentialfeldstärke H gemäß dem Hauptpatent verwendenden Gerät erfindungsgemäß ein in an sich bekannter Weise die magnetische Induktion B im Prüfling als Hall-Spannung abbildender, weiterer Hall-Generator vorgesehen, und die Hall-Spannung des einen Hall-Generators wird zum Speisen des Steuerstromkreises des anderen verwendet.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Anordnung der Hall-Generatoren speist die Hall-Spannung des die Induktion B erfassenden Hall-Generators den Steuerstromkreis des die Tangentialfeldstärke H erfassenden Hall-Generators.
  • Wird gemäß der Hauptpatentanmeldung die Widerstandsänderung eines magnetfeldabhängigen Widerstandes für die Tangential-Feldstärke-Messung ausgenutzt, so wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein in an sich bekannter Weise die magnetische Induktion B im Prüfling als Spannungsabfall abbildender, weiterer magnetfeldabhängiger Halbleiterkörper vorgesehen, und der Spannungsabfall an dem einen magnetfeldabhängigen Halbleiterkörper wird zum Speisen des Steuerstromkreises des anderen im Sinne der Bildung des magnetischen Energieproduktes verwendet. Dabei dient vorteilhaft der Spannungsabfall an dem die Induktion B erfassenden magnetfeldabhängigen Widerstand als Steuerstrom für den die Tangentialfeldstärke H erfassenden magnetfeldabhängigen Widerstand.
  • Einige Ausführungsbeispiele des Gerätes nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigt Fig. 1 ein Beispiel einer Meßanordnung nach der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel für eine Anordnung nach Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist der Dauermagnetkörper 1, dessen magnetisches Energieprodukt gemessen werden soll, im magnetischen Kreis eines Elektromagneten angeordnet; das Joch ist mit 2 und die Polstücke sind mit 3 bezeichnet Bei 4 sind die Erregerwicklungen für den Elektromagneten angedeutet. In einem engen Luftspalt, z. B. in der Größenordnung von 0,1 mm, zwischen dem Dauermagnetkörper 1 und einem der Polschuhe 3 ist ein Halbleiterplättchen 5 angeordnet, und zwar so, daß die durch die Richtung der Hall-Elektroden des Halbleiterkörpers - worunter dic Richtung einer Verbindungsgeraden zwischen den zwei Hall-Elektroden verstanden wird - und durch die Richtung des Primärstromes durch den Halb leiterkörper gegebene Fläche des Halbleiterkörpers unmittelbar an der Grenzfläche des Dauermagnetkörpers 1 anliegt - selbstverständlich unter Zwischenschaltung einer dünnen elektrischen Isolierschicht. Die den Halbleiterkörper durchsetzenden Induktionslinien sind durch Pfeile angedeutet. Ein zweiter Halbleiterkörper, der mit 6 bezeichnet ist, ist auf dem Dauermagnetkörper zur Messung der Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke des Dauermagnetkörpers 1 angeordnet, wie es in der Hauptpatentanmeldung angegeben ist, also so, daß die durch die Richtung der Hall-Elektroden und die Richtung des Primärstromes gegebene Fläche des Halbleiterkörpers senkrecht zu der Tangenti alkomponente der magnetischen Feldstärke des Dauermagnetkörpers liegt. Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 1 geht aus dem nachfo]gend beschriebenen Schaltbild der F i g. 2 hervor.
  • Das Schaltbild der Fig.2 entspricht einer Meßanordnung nach F i g. 1. Der Erregerstromkreis für den Elektromagneten 2, 3 besteht aus der Erregerwicklung 4, einer Stromquelle 7 und einem einstellbaren Widerstand 8. Für die elektrische Erregung des Hall-Generators 5 ist ein eigener Stromkreis mit einer Stromquelle 12, einem einstellbaren Widerstand 13 und einem Strommeßinstrument 14 vorgesehen. Der Hall-Generator 5 wird magnetisch in Abhängigkeit von dem von der Erregerwicklung 4 erzeugten Induktionsfeld erregt. Die an dem Hall-Generator 5 auftretende Hall-Spannung speist den Steuerstromkreis des die Tangentialfeldstärke erfassenden Hall-Generators 6; in diesem Stromkreis ist außerdem noch ein einstellbarer Widerstand 15 angeordnet. An den Hall-Elektroden des Hallgenerator 6 liegt ein Strommeßinstrument 16. Dieses kann direkt auf das magnetische Energieprodukt (B H) geeicht sein.
  • Dieses beruht darauf, daß die an dem Hall-Generator 6 auftretende Spannung proportional dem Primärstrom und, wie man aus der Schaltanordnung leicht ersieht, somit proportional der Größe B und ferner proportional der auf den Hall-Generator 6 einwirkenden Tangennalkomponente der magnetischen Feldstärke im Magnetkörper 1 und somit proportional der Größe H ist. Somit ist die an dem Hall-Generator 6 auftretende Hall-Spannung ein Maß für die Energiegröße B H.
  • Anordnungen, bei denen von einer Anderung der magnetischen Widerstandsänderung Gebrauch gemacht wird, weisen einen im Prinzip gleichen Aufbau auf. In diesen Fällen dient an Stelle der Hall-Spannung der Spannungsabfall am Halbleiterkörper als Maß für das magnetische Energieprodukt. Die Grundlage hierfür bildet der Umstand, daß es möglich ist, unter den gemäß der Erfindung zu verwendenden Halbleiterkörpern solche auszusuchen und die Störstellenkonzentration und die geometrische Formgebung gemäß einem an anderer Stelle bereits ausgesprochenen Gedanken so zu wählen, daß die magnetische Widerstandsänderung in einem vorgegebenen Arbeitsbereich streng proportional dem Strom durch den Halbleiterkörper und dem auf ihn einwirkenden Magnetfeld ist.
  • Weiterhin ist für die technische Anwendung des Gerätes von Bedeutung, daß gewisse, der in dem Gerät zu verwendenden halbleitenden Verbindungen vom Typ AI" Br einen verhältnismäßig sehr kleinen Temperaturkoeffizienten aufweisen, so daß das Gerät eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit besitzt. Unter den Verbindungen, die hierfür in Frage kommen, ist besonders Indiumarsenid (InAs) hervorzuheben, das neben einer sehr großen Trägerbeweglichkeit einen extrem kleinen Temperaturkoeffizienten aufweist.
  • Hinzu kommt, daß durch die Verwendung von halbleitenden Verbindungen mit Trägerbeweglichkeiten von mindestens 6000 cm2/V sec bei der Ausnutzung des Hall-Effektes ein gegenüber anderen Hall-Anordnungen erheblich größerer Wirkungsgrad erzielt wird. Unter Wirkungsgrad wird hier das Verhältnis verstanden von abgegebener Hall-Leistung zu primär zugeführter Leistung. Dieser Wirkungsgrad ist, wie theoretisch nachzuweisen ist, proportional dem Quadrat des Produktes aus Trägerbeweglichkeit und magnetischer Feldstärke. Schließlich wird durch die hohe Trägerbeweglichkeit der zu verwendenden Halbleiterkörper die Frequenzgrenze, bis zu der das Gerät brauchbar ist, ohne daß störende Trägheitserscheinungen der Ladungsträger auftreten, gegenüber bekannten Halbleitergeräten, die z.B. Germanium als Halbleiterkörper verwenden, nach hohen Frequenzen hin verschoben.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Gerät zum Messen der Tangentialfeldstärke an der Oberfläche magnetischer Körper mit einem Hall-Generator als Meßfühler nach Patentanmeldung S43825IXd/21e (deutsche Auslegeschrift 1160093), dadurch gekennzeichnet, daß ein in an sich bekannter Weise die magnetische Induktion (B) im Prüfling (1) als Hall-Spannung abbildender weiterer Hall-Generator (5) vorgesehen ist und daß die Hall-Spannung des einen Hall-Generators den Steuerstromkreis des anderen im Sinne der Bildung des magnetischen Energieproduktes (B H) speist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Spannung des die Induktion (B) erfassenden Hall-Generators (5) den Steuerstromkreis des die Tangentialfeldstärke (H) erfassenden Hall-Generators (6) speist.
  3. 3. Gerät zum Messen der Tangentialfeldstärke an der Oberfläche magnetischer Körper mit einem magnetfeldabhängigen Widerstand als Meßfühler nach Patentanmeldung S 43825 IX d/2 1 e (deutsche Auslegeschrift 1160 093), dadurch gekennzeichnet, daß ein in an sich bekannter Weise die magnetische Induktion (B) im Prüfling (1) als Spannungsabfall abbildender, weiterer magnetfeldabhängiger Widerstand vorgesehen ist und daß der Spannungsabfall an dem einen magnetfeldabhängigen Widerstand den Steuerstromkreis des anderen im Sinne der Bildung des magnetischen Energieproduktes (B H) speist.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall an dem die Induktion (B) erfassenden magnetfeldabhängigen Widerstand den Steuerstromkreis des die Tangentialfeldstärke (H) erfassenden magnetfeldabhängigen Widerstandes speist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 871 185; französische Patentschrift Nr. 1 090 151; »Siemens-Z.«, 28 (1954), S. 376 bis 384; »Proc. of the Instit. of El.Engin.«, 102 (1955), S. 179 bis 199.
DES44822A 1955-07-20 1955-07-20 Geraet zum Messen des magnetischen Energieproduktes (BíñH) Pending DE1167974B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE871185C (de) * 1951-04-21 1953-03-19 Nix Hans Geraet zum Messen von Magnetisierungskurven
FR1090151A (fr) * 1952-11-12 1955-03-28 Siemens Ag Appareil pour la mesure des champs magnétiques

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE871185C (de) * 1951-04-21 1953-03-19 Nix Hans Geraet zum Messen von Magnetisierungskurven
FR1090151A (fr) * 1952-11-12 1955-03-28 Siemens Ag Appareil pour la mesure des champs magnétiques

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