DE1242754B

DE1242754B - Vorrichtung zur dynamischen Messung der durch unterschiedliche Induktion hervorgerufenen magnetostriktiven Laengenaenderung an ferromagnetischen Werkstoffen

Info

Publication number: DE1242754B
Application number: DE1962F0037315
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Freise; Dr-Ing Rudi Hoffmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-07-14
Filing date: 1962-07-14
Publication date: 1967-06-22

Description

Vorrichtung zur dynamischen Messung der durch unterschiedliche Induktion hervorgerufenen magnetostriktiven Längenänderung an ferromagnetischen Werkstoffen Bei der Messung der magnetostriktiven Längenänderungen von Elektroblechen geht man allgemein so vor, daß man die Bleche mit einem Gleichfeld magnetisiert und die gesamte Längenänderung mit Hilfe von mechanischen, optischen oder anderen Vorrichtungen bestimmt. Man erhält über dieses statische Meßverfahren einen Zusammenhang zwischen der Induktion und der magnetostriktiven Längenänderung infolge des magnetischen Gleichfeldes.
Es ist ferner bekannt, die Magnetostriktion mittels einer Anordnung zu messen, bei der die Längenänderung einer Probe mittels einer Hebelübersetzung auf eine Platte eines Meßkondensators übertragen wird. Der Kondensatorstrom wird gleichgerichtet und in einer Kompensationsschaltung auf ein Gleichstromgalvanometer gegeben. Hier handelt es sich jedoch um eine Feinlängenmessung, und die zu messende Probe ist nicht notwendigerweise mit einem Wechselfeld erregt.
Im Fall eines Wechselfeldes tritt eine periodische Längenänderung auf, die z. B. im Transformator die wesentliche Geräuschquelle darstellt. Für die Vorausberechnung des Geräusches eines Transformators reicht nun die Kenntnis der im Gleichfeld gemessenen Magnetostriktion nicht aus, da es nicht sicher ist, ob sie mit derjenigen im Wechselfeld übereinstimmt.
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden bei einer Vorrichtung zur dynamischen Messung der magnetostriktiven Längenänderung von ferromagnetischen Werkstoffen erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß ein Stapel vorzugsweise rechteckiger, miteinander verklebter Bleche federnd zwischen zwei Jochen aufgehängt ist und von einem magnetischen Wechselfeld zu Längsschwingungen angeregt wird, daß diese Längsschwingungen mit Beschleunigungs-, Schnelle- oder Wegaufnehmern gemessen und die Meßwerte einem Frequenzanalysator zugeführt werden. Diese Aufnehmer sind bekanntlich solche Bauelemente, die ihre elektrischen Eigenschaften, wie z. B. Widerstand, in Abhängigkeit von Beschleunigung, Schnelle oder Weg ändern. Zweckmäßigerweise verwendet man für die Blechproben solche Abmessungen, wie sie normalerweise bei der spezifischen Verlustmessung im sogenannten Epsteinapparat zur Anwendung kommen. Damit kann man gleichzeitig von ein und derselben Blechprobe die spezifischen Verluste in W/kg und die Magnetostriktion messen, ohne dabei gesonderte Proben anfertigen zu müssen. Die Proben selbst werden von Schwingrahmen getragen, die innerhalb des Luft- spaltes so liegen, daß die seitlichen magnetischen Züge auf beiden Seiten des Rahmens gleich groß sind. Dadurch werden Biegeschwingungen der Probe verhindert, die das Meßergebnis verfälschen können.
Im Hinblick auf solche möglicherweise auftretenden Biegeschwingungen muß auch die Ankopplungsstelle für die Aufnehmer so ausgewählt werden, daß mögliche Biegeschwingungen keinen Einfluß auf das Meßergebnis besitzen. Die Aufnehmer selbst sind an dem Schwingrahmen angekoppelt. Die Erregung der Probe erfolgt mit einer gleichmäßig längs der Probe verteilten, diese jedoch nicht berührenden, eng umschließenden Erregerspule. Als Maß für die Induktion kann die Spannung einer durch die Erregerspule induzierten Sekundärspule dienen.
Für die Beurteilung der Magnetostriktion als Geräuschquelle benötigt man aber nicht die gesamte magnetostriktive Längenänderung in Abhängigkeit von der Induktion, sondern die Magnetostriktion bei den interessierenden Frequenzen, nämlich bei den geradzahligen Vielfachen der speisenden Netzfrequenz. Die Feststellung dieser harmonischen Anteile der Magnetostriktion ist insbesondere deshalb wichtig, weil infolge der unterschiedlichen Resonanzabstände der einzelnen Anteile von der Biegeeigenfrequenz des erregten Gebildes, beispielsweise eines Transformatorkerns, jeder Anteil mit einem anderen Bewertungsfaktor in die Geräuschberechnung eingeht. Es ist deshalb sinnvoll, nach einem weiteren Gedanken der Erfindung die magnetostriktive Längenänderung so zu messen und darzustellen, wie sie bei Transformatorkernen, dem hauptsächlich interessierenden magnetostrikti ven Geräuscherzeuger, auftritt und in die Geräuschbildung eingeht. Dabei ist es auch von Vorteil, einen dem Transformatorkern ähnlichen Probenaufbau zu verwenden.
Die Meßwerte können direkt auf einen X-Y-Koordinatenschreiber übertragen werden oder von einem gewöhnlichen Schreiber dargestellt werden, wobei der Papiervorschub des letzteren mit der Verstelleinrichtung eines die Erregerspule speisenden Stelltransformators gekuppelt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
F i g. 1 zeigt eine Draufsicht des Gerätes nach der Erfindung, F i g. 2 eine Ansicht desselben.
Mit 1 ist die durch einen Kunstharzkleber zu einem festen Paket verklebte Blechprobe bezeichnet, deren Abmessungen einer Epsteinprobe zur spezifischen Verlustmessung entsprechen. Die Probe wird von der von einem Wechselstrom durchflossener Spule 1-1 magnetisiert. Als magnetischer Rückschluß sind zwei U-förmige Joche 2 vorgesehen. Zwischen der Probe 1 und den Jochen 2 befinden sich Luftspalte, die an einer Stelle erweitert sind, um den die Probe haltenden Rahmen 3 Platz zu bieten. Diese sind über die Blattfedern 4 mit den Jochen 2 verbunden, so daß Längsbewegungen der Probe möglich sind, Querbewegungen jedoch verhindert werden. Die mit der Probe schwingenden Rahmen 3 liegen nicht in der Mitte des Luftspaltes, sondern sind etwas zur Jochinnenseite hin versetzt. Die Joche 2 selbst sind starr miteinander über eine Rahmenkonstruktion 5 (F i g. 2) verbunden und auf vier Federn 6 an den Ecken weich aufgestellt. Mit Hilfe von Beschleunigungs-, Schnelle- oder Wegaufnehmern kann nun die magnetostriktive Längenänderung in Abhängigkeit von der Induktion aufgenommen werden. Ein Maß für die Induktion ist die in der Spule E-E gemessene Spannung. Ein dem Aufnehmer nachgeschalteter Frequenzanalysator erlaubt die direkte Anzeige der harmonischen Komponenten der magnetostriktiven Längenänderung in linearer oder logarithmischer Darstellung. Ein angeschlossener Koordinatenschreiber liefert in graphischer Darstellung die einzelnen harmonischen Anteile der Magnetostriktion, aufgetragen über der Induktion.
Bei genügend kleinem Streufluß der Erregerspule l-I und gleichmäßiger Verteilung derselben über die gesamte Probenlänge ist auch die an dieser Spule liegende Spannung ein Maß für die Induktion. An Stelle des Koordinatenschreibers kann man dann auch andere Schreiber zur graphischen Darstellung verwenden, wenn man zusätzlich als veränderliche Spannungsquelle z. B. einen Stelltransformator verwendet, bei dem gleichen Verstellwinkeln auch gleiche Spannungsunterschiede entsprechen. Man braucht dann nur den Papiervorschub mit der Verstelleinrichtung des Transformators zu kuppeln.
Mit Hilfe der Erfindung können die Längenänderungen infolge Magnetostriktion ohne großen Aufwand und auf Grund einer Wechselfelderregung gemessen werden, wie sie im tatsächlichen Betrieb auftreten. Die Ergebnisse der Messung können dann zu einer wirksamen Bekämpfung der störenden Transformatorgeräusche verwertet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur dynamischen Messung der durch unterschiedliche Induktion hervorgerufenen magnetostriktiven Längenänderungen an ferromagnetischen Werkstoffen, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß ein Stapel vorzugsweise rechteckiger, miteinander verklebter Bleche federnd zwischen zwei Jochen aufgehängt ist und von einem magnetischen Wechselfeld zu Längsschwingungen angeregt wird, daß diese Längsschwingungen mit Beschleunigungs-, Schnelle-oder Wegaufnehmern gemessen und die Meßwerte einem Frequenzanalysator zugeführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Probe tragenden Rahmen innerhalb des Luftspaltes zwischen Probe und Jochen so liegen, daß die seitlichen magnetischen Züge auf beiden Seiten des Rahmens gleich groß sind.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmer an den Rahmen angekoppelt sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen über Blattfedern an den Jochen so befestigt sind, daß Längsschwingungen der Probe möglich sind, Biegeschwingungen aber verhindert werden.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt Erweiterungen zur Aufnahme der Rahmen besitzt.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen außerhalb der Querschnittsmitte des Joches zur Jochinnenseite hin versetzt sind.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Joche starr mit einander verbunden sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Joche über Federn an den Ecken weich aufgeteilt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Erregung eine gleichmäßig längs der Probe verteilte, diese berührungslos eng umschließende Erregerspule dient.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Induktion in an sich bekannter Weise eine von der Erregerspule induzierte Spannung einer längs der Probe verteilten Sekundärspule dient.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte in an sich bekannter Weise direkt auf einen X-Y-Koordinatenschreiber wirken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte auf einen gewöhnlichen Schreiber einwirken, dessen Papiervorschub mit der Verstelleinrichtung eines die Erregerspule speisenden Stelltransformators gekuppelt ist. ~~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: »Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus den Siemens-Werken«, 20 (1941/42), S. 268 bis 273; »Physical Review«, 75 (1949), S. 140 bis 147.