DE1541772A1

DE1541772A1 - Concentric induction and field strength measuring coil system for hard magnet steels and soft magnet electrical steel strips and panels

Info

Publication number: DE1541772A1
Application number: DE19661541772
Authority: DE
Inventors: Krug Dr Willi
Original assignee: KRUG DR WILLI
Current assignee: KRUG DR WILLI
Priority date: 1966-10-04
Filing date: 1966-10-04
Publication date: 1969-11-13
Also published as: DE1541772B2

Description

Titel: Meßvorrichtung für die magnetischen Kenngrö#en - Induktion 3 bzw. Bi, Feldstärke H- und für die Aufzeichnung der Hystereseschleife für die Hartmagnetstähle bei Gleichstrommagnetisierung und Meßvorrichtung für die magnetischen Kenngrößen - Induktion 3 bzw. Bi, Feldstärke H und Ummagnetisierungsverlust V -für Weichmagnet-Elektrobänder und -Tafeln bei Wechselstrommagnetisierung mittels eines tonzentrischen Meßspulensystems für die Induktion B bzw. Bi und die Feldstärke H im homogenen Feldraum.Title: Measuring device for the magnetic parameters - induction 3 or Bi, field strength H- and for recording the hysteresis loop for the Hard magnetic steels with direct current magnetization and measuring device for the magnetic Parameters - induction 3 or Bi, field strength H and magnetic reversal loss V - for Soft magnet electrical strips and panels with alternating current magnetization by means of a Tonzentrischen measuring coil system for the induction B or Bi and the field strength H in the homogeneous field space.

Beschreibung : Auf dem Gebiete der magnetischen Meßtechnik magnetischer Werkstoffe sind 2 Werkstoffarten charakteristisch für die anzuwend-enden Meßverfahren: I) werkstoffe mit Dauermagnetcharakter II) Werkstoffe mit Weichmagnetcharakter Für beide läßt sich erfindungsgemä# ein neues Meßverfahren anwenden.Description: In the field of magnetic measurement technology, magnetic Materials are 2 types of material characteristic of the measuring method to be used: I) materials with permanent magnet character II) materials with soft magnetic character For both can be applied according to the invention a new measuring method.

I) Dauermagnetwerkstoffe Grundlage ist die Hystereseschliefe mit den charakteristischen Werten: Bmax = Maximal induktion bei Hmax = Maximaifeldstärke Bimax = Maximal intensität der Magnetisierung bei Hmax Br = Remanenz bei H = o H. = Koerzitivfeldstärke bei Bi = ° ic Hc = Koerzitivfeldstärke bei B = 0 Für einen magnetischen Werkstoff mit hartem Charakter werden z. B. Stäbe mit rundem oder rechteckigem Querschnitt zwischen den großflächigen Polen eines Elektromagneten eingespannt und langsam auf- und abmagnetisiert. Zum Messen des Induktionsverlaufes ist im Bereich einer homogenen Magnetisierung in bekannter Weise eine Induktionsmeßwicklung mit w-Windungen um die Probe gewickelt und mit einem Fluxmeter verbunden.I) Permanent magnet materials The basis is the hysteresis loop with the characteristic values: Bmax = maximum induction at Hmax = maximum field strength Bimax = maximum intensity of magnetization at Hmax Br = remanence at H = o H. = Coercive field strength at Bi = ° ic Hc = coercive field strength at B = 0 for one Magnetic material with a hard character are z. B. Rods with round or rectangular Cross-section clamped between the large-area poles of an electromagnet and slowly magnetized and demagnetized. To measure the induction curve is in the area a homogeneous magnetization in a known manner with an induction measuring winding w-turns wrapped around the sample and connected to a fluxmeter.

Dessen Ausschlagspannung uF ist proportional dem Zeitintegral der Induktionsspannung und damit auch proportional der jeweiligen Induktion B bzw. ihrer Zunahme oder Abnahme.Its deflection voltage uF is proportional to the time integral of the induction voltage and thus also proportional to the respective induction B or its increase or decrease.

Die zweite Größe H wird unmittelbar an der Probe mittels einer Hallsonde erfaßt, die eine feldproportionale Spannung uH liefert. The second variable H is measured directly on the sample by means of a Hall probe detected, which supplies a voltage uH proportional to the field.

Durch Anschluß der uF - und der uH-Spannung an einen X-Y-Schreiber wird die Hystereseschleife B=f(H) geschrieben.By connecting the uF and uH voltages to an X-Y recorder the hysteresis loop B = f (H) is written.

Wird dem u-Wert des Fluxmeters eine von der Hall sondenspannung uH proportional abgeleitete Spannung cuH entgegengeschaltet, tritt die innere Induktion Bi gemäß Bi = B - /uH auf. If the u-value of the flux meter is affected by the Hall probe voltage uH If the proportional derived voltage cuH is connected in the opposite direction, the internal induction occurs Bi according to Bi = B - / uH.

Nach einem anderen Verfahren wird die Spannung uL einer Luftspule neben der Probe in entsprechender Größe der Induktionsspulenspannung U3 entgegengeschaltet, so daß damit auch die innere Induktion Bi erhalten wird.According to another method, the voltage uL becomes an air-core coil next to the sample in the corresponding size of the induction coil voltage U3, so that the internal induction Bi is also obtained.

Die Meßgenauigkeit dieser beiden bekannten Verfahren hängt mehr oder weniger von der Meßgenauigkeit des Hallsondenkreises und von der Übereinstimmung der Luftfeldstärke der Feldspule mit der Feldstärke in der Probe ab. Erfahrungsgemäß sind die Genauigkeiten nicht sehr groß. Vor allem bedarf die Hallsonde öfters einer Kontrolle und Korrektur. Die Feldspule hat einen relativ kleinen Querschnitt, damit sie nahe genug an die Probe herangebracht werden kann.The measurement accuracy of these two known methods depends more or less less of the measuring accuracy of the Hall probe circle and of the agreement the air field strength of the field coil with the field strength in the sample. According to experience are the accuracies are not very great. Above all, the Hall probe often needs to be checked and correction. The field coil has a relatively small cross-section so that it is close enough can be brought to the sample.

Um hier eine Verbesserung in der Genauigkeit der Meßwerte, in der Stabilität der Me#spulenkombination und in einer leichten Austauschbarkeit der Proben (runder oder rechteckiger Stab) zu erzielen, wird erfindungsgemäß nicht nur die Induktionespule B bzw. Bi sondern auch die Spule zur Messung der Feldstärke H im homogenen Bereich ringförmig um die Probe mit kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt gewickelt. Dabei sind beide Spuleusysteme eo ausgebildet, daß bei der Bi -Messung der Luftflußanteil in der Probe und bei der H-Mes-Sung der Bisenfluß der Probe in seiner Wirkung selbsttätig kompensiert werden.In order to improve the accuracy of the measured values here Stability of the measuring coil combination and easy interchangeability of the samples To achieve (round or rectangular rod), according to the invention, not only Induction coil B or Bi but also the coil for measuring the field strength H im homogeneous area around the sample with a circular or rectangular cross-section wrapped. Both coil systems are designed for the Bi measurement the proportion of air flow in the sample and, in the case of the H-Mes-Sung, the Bise flow of the sample in be automatically compensated for its effect.

Zu dieeem Zweck werden erfindungsgemäß sowohl die Induktionsepule als auch die Feldepule aus Je einem sich gegengeschalteten Spulenpsar (4-Spulensystem) mit den Windungen W1 w2, w3, w4 und den Querschnitten F1, F2, F3, F4 (von innen nach aussen gezählt) aufgebaut.According to the invention, both the induction coil as well as the field coil, each consisting of an opposing coil pair (4-coil system) with the turns W1, w2, w3, w4 and the cross-sections F1, F2, F3, F4 (from the inside counted outwards).

Hierbei sind die Bedingungen w1 = w2 für das Feldspulenpaar und w3F3 = w4F4 für das Induktionsspulenpaar einzuhalten.The conditions here are w1 = w2 for the field coil pair and w3F3 = w4F4 must be observed for the induction coil pair.

Unter diesen Voraussetzungen ist die Differenzspannung des Feldspulenpaares u2-u1=w1 (F2-F1) dB0/dt und die Differenzspannung des Induitionsspulenpaares u3-u4 = (w3-w4) F0 dBi/dt.The differential voltage of the field coil pair is under these conditions u2-u1 = w1 (F2-F1) dB0 / dt and the differential voltage of the induction coil pair u3-u4 = (w3-w4) F0 dBi / dt.

Bei der Bi-Messung ergibt sich ein weiterer Vorteil, daß als Veränderliche nur noch der Querschnitt der Probe eingeht.In the case of the Bi measurement, there is a further advantage that as a variable only the cross-section of the sample is included.

Anstelle eines 4-Spulensystems läßt sich auch erfindungsgemäß mit Vorteil ein 5-Spulensystem anwenden mit den Windungszahlen w1, w2, w3 (von innen nach aussen gezählt) und den Querschnitten F1, F2, P3. Bei diesem 3-Spulensystem sind die Spulen 1 und 2 zur Feldstärkemessung und die Spulen 1 und 3 zur Induktionsmessung entgegengeschaltet. Hierbei gelten dann die Beziehungen w1=w2 für die Feldstärkemessung und w1F1=w3F3 für die Induktionsmessung. Damit gelten weiter U2-U1=W1 (B2-y1) dBo/dt und U1-U3= (w1-w3) F0 dBi/dt Die Meßeinrichtung für das 4- oder 3-Spulensystem besteht aus 2 rückstellarmen Fluxmetern zur Direktanzeige der Induktions-und Feldstärkewerte und in Verbindung mit einem X-Y-Schreiber zur schnellen Aufzeichnung der Hysterseschleife Bi=f (H).Instead of a 4-coil system, the invention can also use Advantage of using a 5-coil system with the number of turns w1, w2, w3 (from the inside counted outwards) and the cross-sections F1, F2, P3. With this one 3-coil system are coils 1 and 2 for field strength measurement and coils 1 and 3 switched in the opposite direction for induction measurement. The relationships then apply here w1 = w2 for the field strength measurement and w1F1 = w3F3 for the induction measurement. So apply further U2-U1 = W1 (B2-y1) dBo / dt and U1-U3 = (w1-w3) F0 dBi / dt The measuring device for the 4 or 3 coil system consists of 2 low-resetting flux meters for direct display the induction and field strength values and in connection with an X-Y recorder for fast recording of the hysteresis loop Bi = f (H).

In Figur 1) ist das Prinzip dargestellt. (1) ist ein U-förmiger Elektromagnet, der durch den Strom im der Wicklung (2) erregt wird. Zwischen den Polschuhen N-S ist die Stabprobe (3) mit dem Querschnitt F0 eingespannt. Das homogen magnetisierte Gebiet mit konstanter Induktion und Feldstärke ist gestrichelt angedeutet. Dieses Gebiet ist von dem 3-Spulensystem 1, 2, 3 als Beispiel ausgefüllt.The principle is shown in FIG. 1). (1) is a U-shaped electromagnet, which is excited by the current in the winding (2). Between the pole pieces N-S the rod specimen (3) with the cross-section F0 is clamped. The homogeneously magnetized Area with constant induction and field strength is indicated by dashed lines. This Area is filled in by the 3-coil system 1, 2, 3 as an example.

Das Feldspulenpaar mit der Spannung uH ist 1-2. Das Induktionsspulenpaar uBi ist 1-3. Die Gegenschaltung ist in der unteren Hälfte angedeutet. Bi und H sind die Flutmeter (4) und (5).An beide ist der X-Y-Schreiber (6) zur Aufzeichnung der Hystereseschleife B1=f(H) angeschaltet.The field coil pair with the voltage uH is 1-2. The induction coil pair uBi is 1-3. The counter circuit is indicated in the lower half. Bi and H are the flood meters (4) and (5). Both of them have the X-Y recorder (6) for recording the Hysteresis loop B1 = f (H) switched on.

II)Weichmagnetische Werkstoffe.II) Soft magnetic materials.

Bei weichmagnetischen Werkstoffen, wie Dynamo- oder Transformatorenblech ohne oder mit Kornorientierung ist der Ummagnetisierungsverlust V (W/kg) bei einer bestimmten Maximalinduktion Bmax und einer Maximalfeldstärke Hmax bei Wechselstrommagnetisierung die wichtige Kenngröße. Zu prdfen sind ausgewalzte Tafeln oder auch seit neuerer Zeit laufende Bänder unmittelbar vor dem Aufrollen zu einem Coil.With soft magnetic materials such as dynamo or transformer sheet with or without grain orientation, the core loss V (W / kg) for a certain maximum induction Bmax and a maximum field strength Hmax with alternating current magnetization the important parameter. To be tested are rolled sheets or newer ones Time running tapes just before being rolled up into a coil.

Bei einer bekannten, praktisch angewendeten Ausführung für ein durchlaufendes Band erfolgt die Magnetisierung durch eine mehr oder weniger lange wechselstromdurchflossene offene Magnetisierungsspule, deren Strom je nach der gewünschten Naximalinduktion eingestellt wird. Hierbei umschließt die Induktionswicklung das Band. Für die Feldstärkemessung kann nicht der Nagnetisierungsstrom dienen, da die Scherung der offenen Spule zu groß ist. Für die H-Messung ist deshalb zwischen der Oberfläche des Bandes oder der Tafel und der oberen inneren Seite der Magnetisierungsspule eine kurze Luftspule eingelegt.In a known, practically used version for a continuous The tape is magnetized through a more or less long one open magnetizing coil through which alternating current flows, the current of which depends on the desired Maximum induction is set. The induction winding encloses this Tape. The magnetization current cannot be used to measure the field strength, since the Open coil shear is too great. For the H measurement, there is therefore between the Surface of the tape or board and the upper inner side of the magnetizing coil a short air core inserted.

So genau dieses bekannte Doppelspulensystem im Raum einer konstanten Feldstärke auch bei genügend guter Abstimmung der Spulenabmessungen aufeinander die Induktion, die Feldstärke, den Ummagnetisierungsverlust zu messen vermöge, so ist die mechanische Störanfälligkeit beim Einlaufen plötzlicher Dickenänderungen, Einrissen an den Bandkanten und Wellen im Band donh reichlich groß, so daß eine wochenlange ununterbrochene Meßtätigkeit kaum möglich ist.So exactly this well-known double coil system in the space of a constant Field strength even with a sufficiently good coordination of the coil dimensions the induction, the field strength, the magnetic loss can measure, so is the mechanical susceptibility to sudden changes in thickness when entering, Tears on the tape edges and waves in the tape donh large enough to make one Uninterrupted measuring activity for weeks is hardly possible.

Um diesen Schwächen abzuhelfen, wird erfindungsgemäß für die Induktion - und Feldstärkenmessung das 3- oder 4-Spulensystem übernommen und konzentrisch um die Elektroblechtafel oder um das laufende Band herumgelegt. Das 3-oder 4-Spulensystem kann weiterhin von einem Spulenkasten aufgenommen werden, der die Wicklungen gegenüber dem Meßgut mechanisch abschirmt und so eine Beschädigung verhindert.In order to remedy these weaknesses, the invention is used for induction - and field strength measurement the 3 or 4 coil system adopted and concentric around the electrical sheet or around the moving belt. The 3 or 4 coil system can still be taken up by a coil box that has the windings opposite mechanically shields the material to be measured and thus prevents damage.

Die Höhenabmessung ist so gewählt, daß das Meßspulensystem in den Spulenkörper der Magnetisierungswicklung von bekannter Ausführung eingeschoben und an ihm befestigt werden kann. Der festkörperfreie Durchschleusungsraum für das Band oder die Tafel kann in der Höhe- so weit herabgesetzt werden, als es ein störungsfreier Lauf zuläßt. Die Magnetisierungslänge kann beliebig durch aneinander gereihte kurze Spuleneinheiten vergrößert werden. Auch können 2 oder mehrere Meßeinheiten in der Mitte aneinander gefügt sein, Um eine möglichst gute Symmetrie der Feldstärke oder und unterhalb der Tafel oder des Bandes einzuhalten, kann die Spulenfläche unter dem Band mit einer reibungsfesten Isolierplatte (Glasfaserpreßplatte) so stark augelegt werden, daß Band und Mittellinie übereinstimmen.The height dimension is chosen so that the measuring coil system in the Coil body of the magnetizing winding of known design is inserted and can be attached to it. The solid-free passage room for the tape or the table can be lowered in height as much as it would be trouble-free Run allows. The magnetization length can be any number of short ones in a row Coil units are enlarged. There can also be 2 or more measuring units in the Be joined together in the middle, in order to achieve the best possible symmetry of the field strength or and to adhere to below the board or tape, the reel surface may be below the tape with a friction-resistant Insulating plate (glass fiber pressed plate) be applied so strongly that the band and the center line coincide.

Zur Verbesserung der Homogenität der Feldstärke im Feldspulenraum können zwischen dem Magnetisierungs- und eßspulenkörper oben und unten, evtl. auch an den Seiten, in der ganzen Länge uad Breite höchstpermeable Blechtafeln (Armcoeisen) eingefügt werden.To improve the homogeneity of the field strength in the field coil space can between the magnetization and eßspulenkörper above and below, possibly also on the sides, along the entire length and width, highly permeable sheet metal (arm iron) inserted.

In Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt der Spulenanordnung einer offenen Magnetisierungs-Vorrichtung gezeigt.In Fig. 2 is a schematic cross section of the coil assembly is a open magnetization device shown.

(1) ist das durchlaufende Band oder eine Tafel (2) ist der freie Durchschleusungsraum (3) ist die Isolier- und Trägerplatte für das Elektroblech im Innern des Magnetlsierungs- und Meßspulensystems (4) ist der Spulenkörper beispielsweise für ein konzentrisches 3-Spulen-Meßsystem aus unmagnetischem Material (5) ist der über den Meßspulenkörper (4) geschobene Spulenkörper mit der Magnetisierungswicklung.(1) is the continuous belt or a board (2) is the free passage space (3) is the insulation and carrier plate for the electrical steel inside the magnetization and measuring coil system (4) is the coil body, for example, for a concentric 3-coil measuring system made of non-magnetic material (5) is the one over the measuring coil body (4) pushed bobbin with magnetizing winding.

(6) und (7) sind angesetzte Spulenkörper mit Magnetisierungswicklungen zur Verlängerung der Magnetisierungsstrecke. Als Ersatz für die Meßspulenkörper sind Isolierleisten eingeschoben.(6) and (7) are attached bobbins with magnetizing windings to extend the magnetization distance. As a replacement for the measuring coil formers insulating strips are inserted.

Claims

Claims 1) Device for determining the magnetic parameters (Induction, intensity of magnetization, field strength and loss of magnetization) of ferromagnetic samples in the form of rods with, for example, circular or a rectangular cross-section in a slow, marginal alternating field e.g. of an electromagnet or of electrical sheets or strips with a small thickness and large width in a rapidly changing alternating field, e.g. an open one Magnetizing coil, characterized in that not only the induction measuring coil but also the field strength coil close the sample in the form of a ring in the homogeneous area.

2) Device for determining the magnetic parameters according to claim 1) characterized in that both the induction coil and the field coil consisting of an opposing pair of coils (4-coil system) with the number of turns w1, w2, w3, and the cross-sections F1, F2, F3, F4 (counting from inside to outside) exist and that the conditions w1 = w2 e.g. for the field coil pair and w3F3 = w4F4 for the induction coil pair are observed.

3) Device according to claims 1) and 2), characterized in that the coil system of 3 concentric coils (3-coil system) with the cross-sections F1, F2, F3 and the number of turns w1, w2, w3 (counting from inside to outside) is and that here, for example, the condition w1 = w2 and for the field coil pair the condition w1F1 = w3F3 is met for the coil pair of the intensity of the magnetization and that for field measurement the coil 2) of the coil 1) and for induction measurement the coil 3) is connected in the opposite direction to the coil 1).

4) measuring device. for rods in a slowly changing magnetic field an electromagnet according to claims 1) to 3), characterized in that both field-proportional and induction-proportional voltage over one each low-reset fluimeter displayed or and via both flux meters and an X-Y recorder written down as a hysteresis loop.

5) Device for determining the magnetic parameters according to the Claims 1) and 2) for electrical steel panels and electrical steel strips in an alternating field an open coil characterized in that both the magnetizing winding as well as the 3- or 4-coil measuring system of coil bobbins that can be pushed into one another carried be, with smooth inner walls for unrestrained Ensure passage of the material to be measured. The passage height can be lowered as far as a trouble-free passage of the sample is possible.

6) Device for determining the magnetic parameters according to the Claims 1, 2 and 5, characterized in that the coil system in 1 or 3 or several odd-numbered bobbins is divided and the middle the 3 or 4-Spulenmeßsystem contains within its Magneti sierungswick or that the Coil system is divided into 2 or more even-numbered bobbins and the in the middle the 3 or 4 coil system within the magnetization winding take up.

7) Device for determining the magnetic parameters according to the Claims 1, 2 and 5-6, characterized in that the lower base of the bobbin is laid out with a flat insulating plate (fiberglass) to protect the board or the Guide the tape as far as possible in the middle of the measuring area and without any significant slack.

8) Device for determining the magnetic parameters according to the Claims 1, 2 and 5-7, characterized in that between the magnetizing coil and field coil system highly permeable sheet metal all over Length of the magnetizing coil are inserted.

9) Measurement method for determining the intensity of magnetization Bi, the field strength H and the magnetic reversal loss N or V according to the claims 1, 2 and 5 - 8 characterized in that the magnetizing coil consists of a sinusoidal regulator is fed, whose reference voltage for the internal induction Bi is the voltage of the induction coil pair is that the voltage of the Induction coil pair via a linear amplifier the voltage path and the voltage of the field coil pair via an integrating amplifier with an example field-proportional current output can be fed to the current path of a wattmeter and that for displaying the maximum values of the internal induction Bimax and the field strength Hmax is the induction coil voltage and the field coil voltage at the output of the integration amplifier circuit The Bimax and Hmax display instrument each via an amplifier with a current mean value filter circuit are supplied and that the display instruments via conversion circuits connected in parallel to be supplemented by scribes.