DE1665618C3

DE1665618C3 -

Info

Publication number: DE1665618C3
Application number: DE19661665618
Authority: DE
Inventors: Ulrich Von 8520 Erlangen Borcke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-04-27
Filing date: 1966-04-27
Publication date: 1974-01-31
Also published as: DE1665618A1; DE1665618B2

Description

5°

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ohne bewegliche Kontakte arbeitende Widerstandsanordnung mit zwei magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderständen, die in einem Magnetkreis jeweils in einem Luftspalt von einem permanentmagnetischen Vormagnetisierungsfluß und einem Steuerfluß derart durchsetzt sind, daß beide Flüsse den einen Halbleiterwiderstand in zueinander gleicher Richtung und den anderen Halbleiterwiderstand in zueinander entgegengesetzter Richtung durchsetzen.

Es ist bekannt, magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände, die in der Fachsprache auch als »Feldplatten« bezeichnet werden, und zwar auch solche aus A'"B^V-Material mit gerichteten, nadeiförmigen Ein-Schlüssen, im Luftspalt zwischen den Polschuhen von Magneten anzubringen und so - z. B. durch Verändeni'.igdes Magnetfeldes relativ zur Feldplatte - veräne Widerstände oder Potentiometer ohne bewouliche Kontakte iu schaffen (siehe z. B. Bild !4 auf S. 22° in der Zeitschrift Elektronik 1965, Heft 8 und die L'SA.-Patentschrift 2 712 601). Der elektrische Widerstund eii.er Feldplatte erreicht ein Maximum, wenn sich die Feldplatte ganz im Magnetfeld i-efindet bzw. dieses seinen größten Wert hat. Durch Herausziehen der Feldplatte aus dem Magnetfeld bzw. durch Erniedrigung des Magnetfeldes kann der Widerstand der Feldplatte bis zn einem Minimum verkleinert Werten.

Mit Hilfe von Fe'.dplatten können z.B. Potentiometer ohne bewegliche Kontakte (siehe deutsche Auslegeschrift ! 069 755) und Multiplikatoren (siehe z.B. deutsche Patentschrift 1029463) hergestellt .verden. Dazu sind im allgemeinen zwei Feldplatien oder zwei Teile einer Feldplatte erforderlich. Die zugehörigen Magnetkreise werden dabei oft so gebaut, daß sich die Widerstände der Feldplatten unter dem Einfluß eines sich ändernden Magnetfeldes entgegengesetzt zueinander ändern.

Derartige Widerstandsanordnungen sind auch bereits so aufgebaut worden, daß zwei Feldplatten im Wirkungsbereich der Magnetfelder zweier Dauermagneten so angeordnet sind, daß sie von diesen Fe'dern gegensinnig durchsetzt werden. Zur Messung von äußeren Magnetfeldern, beispielsweise bei Streu- und Erdfeldmessungen durchsetzt das zu messende Feld die beiden Feldplatten gleichsinnig. Werden die FeIdplatten nun in gegenüberliegenden Zweigen einer Brücke angeordnet, so sind mit einer derartigen Widerstandsanordnung Felddifferenzen von Bruchteilen eines Promilles nachweisbar (Elektronik 1965, Heft 8, S. 225 bis 229). Eine ähnliche Anordnung ist auch der französischen Patentschrift 1 'Jl 9 072 entnehmbar. Bei derartigen Widerstandsanordnungen sind jedoch die beiden Feldplatten im Wirkungsbereich der Felder heider Dauermagnete angeordnet, d.h., sie können nicht unabhängig voneinander vormagnetisiert werden.

Es ist weiterhin eire Einrichtung bekannt geworden, die auf einer Produktbildung unter Ausnützung eines Effektes beruht, der an einem stromdurchflossenen magnetisch steuerbaren Widerstand auftritt. Dabei sind mehrere Widerstandskörper und ihre zugehörigen Magnetfeldanordnungen als symmetrische zweioier mehrphasige Drehstrom- bzw. Drehfeldsysteme derart ausgebildet, daß die am gemeinsamen Ausgang der Einrichtung entnommene Summe der Produktgrößen als Gleichspannungen bzw. als Gleichströme vorliegen (deutsche Auslegeschrift 1 025 504). Bei einer derartigen Einrichtung sind jedoch keine Maßnahmen zur Vormagnetisierung der magnetisch steuerbaren Widerstandskörper vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetisch steuerbare Widerstands· anordnung der vorgenannten Art zu schaffen, die ü. a. als Potentiometer oder Multiplikator geeignet ist und möglichst kleine Abmessungen besitzen soll, um sie auf einfache Weise handhaben und in Geräte einbauen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Widerstandsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß den Halbleiterwiderständen jeweils ein besonderer Vormagnetisierungskreis mit je einem Permanentmagneten mit geringer Permeabilität, aber großer Koerzitivkraft zugeordnet ist und daß der einstellbare Steuerfluß den Halbleiterwiderständen über ein be-

sondcres Joch aus hochpermeableni Material, das einen nur geringen magnetischen Widerstand besitzt, zugeführt wird, wobei die Erfindung in der Kombination dieser Merkmale zu sehen ist.

Db beiden magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstände können als Spannungsteiler geschaltet sein. Dazu werden die beiden Widerstände im allgemeinen in Reihe an eine Spannungsquelle gelegt und die durch das Potentiometer geteilte Spannung zwischen dem einen Ende der Reihenschaltung und dem Mittelabgriff abgenommen, wie es im Prinzip die eingangs erwähnte deutsche Auslegeschrift 1 069 755 zeigt.

Die erfindungsgemäße Widerstandsanordnung kann auch als Teil eines Multiplikators verwendet '5 werden. Dazu sind im allgemeinen die magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstande in zwei Zweige einer Brückenschaltung gesetzt. Der Brückeneingangsstrom kann veränderlich sein, und in den Brückenausgang kann ein Meßgerät geschaltet sein, das das Produkt aus einem den veränderbaren Magnetfluß erzeugenden Strom und den Brückeneingangsstrom mißt. Auch als Modulator ist die erfindungsgemäße Widerstandsanordnung anwendbar.

An Hand von schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein mittels eines drehbaren Permanentmagneten gesteuertes Potentiometer,

F i g. 2 ein elektromagnetisch gesteuertes Potentio- 3« meter,

Fig. 3 die Widerstandsänderung der beiden Feldplatten des Potentiometers gemäß Fig. 1,

Fig. 4 die Schaltung eines Potentiometers,

/ig. 5 ein Beispiel einer Schaltung eines Multiplikators.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen kontaktlosen Widerstandsanordnung schematisch gezeichnet. Die beiden Feldplatten 1 und 2 der Anordnung sind einerseits von den Permanenlmagnetflüssen 3 und 4 der beiden Permanentmagneten 5 und 6 durchsetzt. Andererseits befinden sich die beiden Feldplatten im veränderbaren Magnetfluß 7 des in Pfeilrichtung drehbaren Magneten 8. Die Magnetisierungsrichtung der Magneten 5, 6 und 8 ist durch die Symbole N bzw. 5 gekennzeichnet. Damit sich die drei Magneten nicht gegenseitig ent- oder ummagnetisieren, ist es zweckmäßig, die Magneten 5, fi und 8 aus einem oxidischen Magnetmaterial herzustellen, das eine geringe Permeabilität (z.B. μ~1) und eine hohe Koerzitivkraft besitzt. Dagegen soll ein Joch 9 der Magnetkreise hochpermeabel sein und einen möglichst kleinen magnetischen Widerstand besitzen.

Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des GerätesgemäßFig. 1 etwa a = 23 mm, die Breite b= 18 mm und die Tiefe 8 mm.

In der gezeichneten Stellung des drehbaren Magneten 8 ist der von ihm erzeugte Fluß im Bereich der Feldplatte 1 mit dem vom Magneten 5 erzeugten Fluß gleichgerichtet. Die Feldplatte 1 ist also von einem starken Magnetfeld durchsetzt und daher hochohmig. Im Bereich der Feldplatte 2 subtrahieren sich jedoch die Flüsse 7 ui;il 4, so daß die Feldplatte 2 einem nur schwachen oder gar keinem resultierenden Magnetfeld ausgesetzt ist und daher niederohmig ist.

Die Feldplatten sollen dabei in möglichst enge Lufispalten des Joches 9 gesetzt und dieses auf die Feldplatlen hin zugespitzt sein, um den Fluß auf letztere zu konzentrieren. Die Breite des Luftspultes soll nach Möglichkeit nicht grußer sein als die Dicke der Halbleiterschicht der Feldplatte. Es ist deshalb zweckmäßig, Feldplatten zu verwenden, die ferromagnetische Trügerplatten, z. B. Ferrilpiatten, besitzen. Die Schichtdicke des Halbleiterrnaterials von Feldplatten kann z. B. 5 bis 20 μίτι betragen.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Widerstandsanordnung gezeichnet, die sich von der Einrichtung gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß sie elektromagnetisch durch einen Steuerstrom /. der die Steuerspule 10 durchfließt, einstellbar ist. Gleiche Teile sind in Fig. 2 ebenso bezeichnet wie in Fig. 1. In gleicher Weise wie in Fig. 1 kann der Fluß 7 durch Einstellungdes Steuerstromes / in seiner Größe und Richtung geändert werden. In Fi a 2 ist mit gestrichelten Pfeilen Ta symbolisiert, daß der Fluß 7-ebenso wie gemäß F ig. 1 -in seiner Richtung umkehrbar ist. Dann ist die Feldplatte 1 niederohmig und die Feldplatte 2 hochohmig.

In Fig. 3 ist in einem Diagramm gezeichnet, wie sich die Widerstände R₁ und R₂ der beiden Feldplatten lund 2 gemäß Fig. I in Abhängigkeit \om Drehwinkel ο des Magneten 8 ändern. In der Abszisse von Fig. 3 ist der Drehwinkel α in Winkelgraden und in der Ordinate sind die Feldplattenwiderstandswerte in &Ω angegeben. Es ist der Fig. 3 deutlich zu entnehmen, wie sich die Widerstände der beiden Feldplatten entgegengesetzt zueinander ändern und jeweils bei Drehung des Magneten 8 um 180° zwischen einem Maximum und einem Minimum schwanken.

In Fig. 4 ist ein Schaltbeispiel fi^:r die Feldplatten der erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung gezeichnet, bei dem diese als Potentiometer ausgebildet ist. Die beiden Feldplatten sind mit 11 und 12 bezeichnet und liegen in Reihe an der Spannungsquelle U₁₁. Die Ausgangsspannung U₁ ist zwischen einem Ende der Reihenschaltung und dem Mittelabgriff Ϊ3 abgenommen.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Multiplikators gezeichnet, der mit den Feldplatten 21 und 22 der erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung bestückt sein kann. Die beiden Permanentmagnete 5 und 6 dr.r Widerstandsanordnung in Fig. 1 sind in Fig. 5 mit 25 und 26 bezeichnet. Das veränderbare Magnetfeld, das auf die Feldplatten wirkt, wird durch die beiden Spulen 23 und 24, die von dem Strom i, durchflossen sind, erzeugt. Die beiden Feldplatten 21 und 22 liegen in zwei Zweigen einer Biückenschaltung, in deren beiden anderen Zweigen die Widerstände 27 und 28 liegen. Der Brückeneingangsstrom ist mit i₂ und das Meßgerät in der Brücke mit 29 bezeichnet. Die beiden Ströme /, und i₂ können mit einer solchen Einrichtung multipliziert werden. Das Produkt ist am Gerät 29 ablesbar.

Als Halbleitermaterial für die Feldplatten sind Stoffe rrit stark magnetfeldabhängigem Widerstand, z.B. A_mB_v-Verbindungen, wie Indiumantimonid oder Indiumarsenid, geeignet. Man erhält besonders starke Magnetfeldabhängigkeit, wenn das Halbleitermaterial parallel zueinander ausgerichtete nadeiförmige Einschlüsse enthält, die gutleitend gegenüber dem Halbleitermaterial sind. Ein Beispiel eines solchen Materials ist InSb mit ausgerichteten nadeiförmigen Einschlüssen aus InSb.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Ohne bewegliche Kontakte arbeitende Widerstandsanordnung mit zwei magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderständen, die in einem Magnetkreis jeweils in einem Luftspalt von einem permanentmagnetischen Vormagnetisierungsfluß und einem Steuerfluß derart durchsetzt sind, daß beide Flüsse den einen Halbleiterwiderstand in >° zueinander gleicher Richtung und den anderen Halbleiterwiderstand in zueinander entgegengesetzter Richtung durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß den Halbleiterwiderständen (1, 2) jeweils ein besonderer Vormagnetisie- ¹S rungskreis m:' je einem Permanentmagneten (5 bzw. 6) mit geringer Permeabilität, aber großer Koerzitivkraft zugeordnet ist und daß der einstellbare Steuerfluß (7) den Halbleiterwiderständen (1,2) über ein besonderes Joch (9) aus hochpermeablem Material, das einen nur geringen magnetischen Widerstand besitzt, zugeführt wird.

2. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Steuerfluß (7) von einem drehbaren Permanentmagneten (8) vorgegeben ist (Fig. 1).

3. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Her Steuerfluß (7) durch einen Elektromagneten (10) einstellbar ist (Fig. 2).

4. Widerstandsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterwiderstände (11, 12) als Spannungsteiler geschaltet sind (Fig. 4).

5. Widerstandsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterwiderstände (21, 22) in zwei Zweigen einer Brückenschaltung (21, 22, 27, 28, 29) liegen (Fig. 5).

6. Widerstandsanordnung nach Anspruch 5, -t° dadurch gekennzeichnet, daß der Brückeneingangsstrom (i₂) veränderbar ist und daß in den Brückenausgang ein Meßgerät (29) geschaltet ist, das das Produkt aus einem den veränderbaren Magnetfluß erzeugenden Strom (/,) und dem Brückeneingangsstrom mißt (Fig. 5).