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Magnetflussbetätigte Steuereinrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf gewisse Prinzipien und Einrichtungen, die für die Ermittlung, Messung und Steuerung
von besonderem Nutzen sind, und im besonderen auf einen magnetflussbetätigten Komparator
oder Modulator.
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Es besteht ein wachsender Bedarf an empfindlichen Steuer-und Kontrolleinrichtungen,
die auf die Temperatur, die Geschwindigkeit einer Strömung, den Druck, den Strahlungsflues,
die Stärke einer Belastung sowie auf magnetische und elektrische Eigenschaften eines
Materials ansprechen. Es werden ferner Einrichtungen benötigt, die Proben in bezug
auf ein Normal untersuchen. Obwohl für solche Aufgaben Einrichtungen zur Verfügung
stehen, ao stellt die noch zu beschreibende Einrichtung einen
Fortschritt
in der Technik dar vom Standpunkt der Empfindlichkeit, der SelektivitAt, der Stabilität,
der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer, der Kosten und der Kompaktheit aus gesehen.
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Bei einigen der bekannten Einrichtungen wird das untersuchende Material
oder der Gegenstand in einen elektrischen Strom-' kreis eingeschaltet. Z. B. kann
ein aus Metall bestehender Gegenstand mit Hilfe eines elektrischen Stromkreises
überprüft werden, wobei der Gegenstand als Widerstand wirkt oder die Reaktanz einer
Drossel oder dergleichen beeinflusst, so dass die vom Gegenstand verursachten Verluste
ein Maß für dessen elektrische Eigenschaften sind, wobei auch z. B. die Temperatur
oder die Zusammensetzung ungefähr gemessen werden kann. Ein solcher elektrischer
Stromkreis wird jedoch durch die Kopplungsverluste der zugehörigen Schaltungselemente
beeinflusst, durch die der zu überprüfende Gegenstand in den Stromkreis eingeschaltet
wird, sowie durch die vom Gegenstand verursachten Verluste. Ist die elektrische
Impedanz des zu tberprtfenden Gegenstandes an sich klein im Verhältnis zur Impedanz
der Ankopplungsverbindungen, z. B. der Leiter, der Kontakte oder der induktiven
Ankopplungen, so geht die wichtige Information (die Verluste im Gegenstand) verloren
unter den größeren Kopplungsverlusten mit dem Ergebnie, dass die Empfindlichkeit
schwach ist, oder es müssen groBe Energiemengen und eine teure Einrichtung benutzt
werden, damit ein verwertbares Signal erhalten wird.
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Die Erfindung sieht eine Einrichtung mit einer höheren ( Empfindlichkeit
vor, bei der die Kopplungsverluste auf einen Mindestwert herabgesetzt sind. Nach
der Erfindung wird dies daduroh erreicht, dass anatelle elektrischer Signale Magnetflusspegel
mit einander verglichen werden. Magnetflusspegel werden beeinflusst sowohl durch
den Energieverlust in einem Magnetflusspfad als auch
durch die Permeabilität
in einem magnetischen Stromkreis oder auch durch eine Dielektrizitätskonstante in
einem elektrischen Stromkreis. Fur die Zwecke der Beschreibung wird ein Flusskreis
als ein Kreis angesehen, in dem ein magnetisches oder elektrisches Feld besteht
zum Unterschied von einer sich bewegenden Ladung.
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Energieverluste in Flusskreisen können verursacht werden durch Flusstrahlung,
durch Hystereseschleifen, Wirbelstromverluste, Energieabsorption durch magnetische
oder elektrische Dipole oder Pole hohrer Ordnung im Feststoff, wobei diese Energie-auf
das Gitter des Feststoffes übertragen wird sowie auf andere Weise.
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Alle angeführten und noch weitere Energieverluste führen zur Beeinflussbarkeit
eines Flusskreises, der einen imaginären Teil aufweist.
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Der reelle Teil des Leitwertes eines Flusskreises wird von der Permeabilität
in magnetischen Kreisen und von der Dielektrizitätskonstante in elektrischen Kreisen
beeinflusst. FUr die Zwecke der Beschreibung werden die reellen und imaginären Teile
der Leitfähigkeit Impedanz genannte Ist der imaginäre Teil gemeint, so wird dieser
als Verlust bezeichnet.
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Beim Arbeiten mit Flusakreisen und im besonderen mit iriagnetflusskreisen
können die Kopplungsverluste wesentlich vermindert werden im Vergleich zu solchen
Verlusten in einem elektrischen Kreis. Werden beispielsweise Messungen der Zusammensetzung
eines Materials durch Wirbelstromverluste durchgeführt, so hat sich bei Verwendung
eines elektrischen Stromkreises gezeigt, dass die. Kopplungsverluste in der Größenordnung
von 5 Milliwatt lagen i Vergleich zu 6, 5 Milliwatt bei dem Verlust inerr..Bei ine
liegen die geschatzter :c..vrlu3t lu in der Größenoni..-.jr/tt @ ich zum Probenverlust
von ungefahr
Infolgedessen können Materialproben mit viel kleineren
Kopplungsverlusten und mit grdßerer Genauigkeit gemeesen werden. Mit einer dieser
Einrichtungen wurden Widerstandsänderungen von ungefthr 5/10. 000 Ohm in einem Widerstand
von geschätzten 5 Ohm gemessen.
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Die Erfindung sieht eine magnetische flussbetätigte Steuereinrichtung
mit zwei aus einem magnetisierbaren Material bestehende Flusskreisglieder vor, von
denen jedes Kreisglied einen Mittelabschnitt und Endabschnitte aufweist, die vom
Mittelabschnitt aus nach entgegengesetzten Seiten v oretehen, wobei die Kreisglieder
in bezug auf einander so angeordnet sind, dass deren Endabschnitte vier Sätze von
auf Abstand stehenden entgegengesetzten Polen bilden, wobei dem Mittelabachnitt
des einen Kreisgliedes ein flueserzeugendes Mittel und dem Mittelabschnitt des anderen
Kreisgliedes eine den Fluss ermittelnde Einrichtung zugeordnet ist.
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Die Erfindung sieht ferner eine temperaturempfindliche Steuer-oder
Kontrolleinrichtung vor mit einer Anordnung eines den Flues konzentrierenden Materials,
wobei erste und zweite Magnetflusspfade gebildet werden, und wobei mit jedem Pfad
eine gemeinsame Flussquelle verkoppelt ist, welche beiden Magnetflusspfade durch
Flusenebenschlussmittel verbunden sind, die zwischen den Pfaden und der Flusequelle
angeordnet sind. Ferner ist ein Mittel vorgesehen, das auf eine Änderung des Magnetflusses
in den Nebenschlusemitteln anspricht, sowie den Flues behindernde Mittel, die mindestens
einem Flusspfad zugeordnet und zwischen der Flussquelle und den Nebenschluesmitteln
angeordnet sind, wobei die Flussimpedanz der den Flues behindernden Mttel sich mit
der Temperatur ändert.
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Bei einer AusfUhrungsform der Erfindung ist eine
Magnetflussteuer-oder
Kontrolleinrichtung mit zwei gleichen magnetischen Kreisen oder-zweigen aus einem
den Flues leitenden Material versehen, wobei jeder Kreis zwei einander nachgeschaltete
Flussimpedanzen aufweist. Die eine der Flussimpedanzen in einem der Zweige kann
als Bezugsmittel oder Normal dienen. Eine in der gleichen Weise angeordnete Flussimpedanz
kann zur Veränderlichen werden, die mit dem Normal verglichen wird. Die Ubrigen
Flussimpedanzen können geometrisch so nahe wie möglich an einander angepasst werden.
Die beiden Magnetflueskreise werden parallel von einer gemeinsamen Flussquelle betrieben,
und ein Nebenschlussmittel verbindet die beiden Flusskreise zwischen deren betreffenden
Impedanzteilen. Weicht eine Flusaimpedanz in einem Flusskreis von der Bezugsimpedanz
im anderen Flusskreis ab, und liegt im Nebenschluse ein Fluss vor, so ist die Stärke
des Flusaes im Nebenschlussglied der Impedanzdifferenz proportional. Der Fluss im
Nebenschlussglied kann dann ermittelt und auf verschiedene Weise gemessen werden
in Abhängigkeit davon, in welcher Weise der treibende Fluss in den Flusskreis eingeführt
wird, und von der beabsichtigten Anordnung des Signale Der Magnetfluss kann in den
gemeinsamen treibenden Flusekreis so eingeführt werden, dass der Flues sich normalerweiae
mit der Zeit nicht serdert. Dieser Fluaa wird Gleichfluas genannt, und der Fluaakreia
wird als Gleichflusskreis bezeichnet. Der Gleichfluss kann in magnetischen Kreisen
mit von einem Gleichstrom durchflossenen Spulen erzeugt werden oder durch Permanentmagnete
als gemeinsame Flussquelle. In elektrischen Gleiohflusskreisen kann der Pluss durch
Einwirkung elektrischer Gleichfelder aus äußeren Generatoren erzeugt werden oder
durch ein permanent polarisiertes Ma-' terial wie polarisiertes Bariumtitanat. Bei
Gleichflusskreinen
müssen die Verlustelemente im allgemeinen in
Bewegung sein, z. B. in einem magnetischen Kreis, bei dem in der Materialprobe Wirbelströme
erzeugt werden sollen. Die sem reellen Teil der Leitfähigkeit entsprechende Impdeanz
braucht nicht in Bewegung zu sein.
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Der Fluss im Nebenschluasglied kann auf verschiedene Weise ermittelt
werden. Es können magnetische oder elektrische Dipole in einem unterbrochenen Nebenachluaaglied
angeordnet und von Federn an der Gebrauchsstelle gehalten werden, wobei die Dipole
ihne Lage bei einer Anderung des Plusspegels ändern. Bei einem Magnetflusskreis
können auf dem Nebenschluasglied zwei Wicklungen angeordnet werden, von denen die
eine Wicklung die Erregungswicklung ist und mit einem Wechselstromgenerator. verbunden
wird. Die andere clicklung ist die Abtastwicklung, wobei die Höhe des Ausgangssignals
von der Flusstärke im Nebenachluaaglied abhängt. Bei einem elektrischen Flusakreis
kann an beiden Seiten des unterbrochenen Nebenachluaagliedea ein elektroatatiachea
Gleichstrom-Voltmeter angeschloseen werden, das die Balanz oder Unbalanz der Spannung
anzeigt. Es kUnnen auch andere Mittel benutzt werden z.B. ballistische Galvanometer
mit wich bewegenden Impedanzelementen.
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Der Fluss kann in den gemeinsamen treibenden Kreis so eingeführt
werden, dass er sich mit der Zeit verändert, und zwar entweder als einzelner Impula
oder als eine Reihe von Impulsen mit derselben oder mit wechselnder Polarität. Ein
solcher Fluss wird Wechaelfluee genat. Der Fluaa kann in Magnetflusekreiaen mit
Hilfe von Spulen oder Wicklungen eingeführt werden, die von . einem sich ändernden
Strom durchfloaaen werden. Bei einem elektrischen Flusakreia kann der sich ändernde
Flues mittels sich ändernder elektrischer Felder eingeführt werden. Bei einem magnetischen
Wechselflusskreia kann der Fluss im Nebenschluseglied mittels
einer
auf dem Nebenschluseglied angeordneten Wicklung ermittelt werden, in der ein Strom
erzeugt wird. In einem elektrischen Wechselflusskreis kann der Fluss im Nebenschluseglied
mittels elektrostatischer Wechselspannungsvoltmeter oder Elektrometerröhren ermittelt
werden. Es wird fur möglich gehalten, jeden Flusskreis zugleich mit einem Wechselfluss
und einem Gleichtluss zu betreiben, wobei z. B. die von dem Gleichfluse verursachte
gunstigere Permeabilität im Flusskreis ausgenutzt wird.
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Zu bevorzugen ist eine Anordnung mit zwei H-förmigen oder X-förmigen
Teilen aus einem weichen Ferrit oder aus einem anderen Material, das geringe Yerluste
und eine geringe Koerzitivkraft aufweist. Diese Teile werden in auf Abstand stehenden
parallelen Ebenen so angeordnet, dass deren Enden einander gegenüberstehen. Der
irittelteil eines jeden Teiles ist mit einer Wicklung versehen, wobei die Teile
so angeordnet werden, dass die Achsen der Wicklungen rechtwinklig zu einander liegen.
Die eine Yicklung dient zum Erzeugen des Magnetflusses, während die andere Wicklung
die Ausgangswicklung zum Ermitteln des Flusses im Hebenschlussglied eines Wechselflusskreises
oder einen Gleichflusskreises mit einer sich bewegenden Impedanz ist. Bei einem
Gleichflusskreis mit statischen Impedanzen kann tuber der Ausgangswicklung eine
weitere Vicklung vorgesehen werden, die mit Wechselatrom gespeist wird, und die
zum Messen der Flusstärke durch Messen der Knderung der Permeabilität des Nebenschlussgliedes
benutzt wird, wie bereits erläutert. Bei einem Gleichflusskreis könnten die H-förmigen
oder X-förmigen Ferritteile ohne Wicklung aus einem magnetisch harten Material derart
hergestellt werden, dass eine permanente Polarisierung durchgeführt wird, wobei
die beiden Arme des"X"oder die eine Seite des"H"als Nordpol und die tbrigen beiden
Arme an der
anderen Seite als Südpol magnetisiert werden. Zwischen
den Teilen werden an den vier einander gegenUberstehenden Enden Impedanzelemente
mit ungefähr gleichen Werten angeordnet. Je nach dem Verwendungszweck der Einrichtung
kbnnen die Elemente abgeändert oder ersetzbar ausgestaltet werden.
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Zu bevorzugen ist ferner eine Anordnung mit zwei Paaren von gleichen
Stäben aus Metall oder aus einem dielektrischen Material, das mindestens an der
einen Seite mit einem leitenden Belag versehen wird. Zwei Stäbe werden parallel
zu einander angeordnet, während die anderen beiden Stäbe gleichfalls parallel in
einer zu der von den erstgenannten Stäben parallelen Ebene jedoch rechtwinklig zu
dem ersten Faar Stable angeordnet werden.
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Die Enden stehen einander gegenUber. Zwischen den Teilen an deren
vier einander gegenüberstehenden Enden werden Impedanzelemente mit ungefahr gleichen
Werten angeordnet. Zwischen die ersten beiden Teile ist ein Feldgenerator eingeschaltet,
während zwischen die beiden zweiten Teile ein Voltmeter oder ein Elektrometer eingeschaltet
ist. Bei einer Einrichtung mit einem Gleichflues könnte ale Flussquelle ein H-förmiger
Elektromagnet verwen-'' det werden, der an der einen Seite des"H"plus~polarisiert
und an der anderen Seite minus-polarisiert ist.
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FUr eine Messung unter Verwendung von Thermoelementen, Thermostaten,
Thermometern oder Bolometern ist ein magnetischer Wechselflusskreis zu verwenden.
Von den vier Impedanzelementen werden je zwei an gleichen Stellen in jedem Flusskreis
angeordnet.
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Das dritte Impedanzelement kann aus einem Normal bestehen, wåhrend
das vierte Impedanzelement von der zu untersuchenden Materialprobe gebildet wird.
In diesem Falle wird von dem Fluss im Nebenschluseglied ein Signal erzeugt, das
der Hbhe der Differenzen
zwischen dem Prüfling und dem Normal proportional
ist. Das in den magnetischen Kreis eingeschaltete vierte Teil kann zum Ermitteln
von Wärme oder Strahlung benutzt werden, während das Normal gegen die Strahlung
abgeschirmt wird, wodurch ein Strahlungedetektor mit einer Kompensation der Umgebungstemperatur
geschaffen wird.
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Ein Thermoelement, ein Thermostat, ein Thermometer oder ein Bolometer
kann als Bezugsmittel und Normal fUr zwei Materialien oder Elemente verwendet werden,
deren (magnetische oder elektrische) Impedanzen sich mit der Temperatur unterechiedlich
ändern. Die flussbetätigte Steuer-oder Kontrolleinrichtung ist eo empfindlich, dass
die auf die Wärme ansprechenden Einrichtungen als Strömungsmesser oder Druckmesser
benutzt werden können, wobei das eine Element von einem zu messenden Strömungemittel
gekthlt oder erwärmt wird, während die Bezugsimpedanzen gegen solche Einwirkung
geschUtz werden oder von diesen unabhängig sind. PUr die Anordnung nach der Erfindung
gibt es noch einige andere Verwendungsmöglichkeiten. Es kann z. B. ein Modulator
dadurch hergestellt werden, dass als ein Impedanzelement ein Material genommen wird,
dessen Impedanz sich mit dem elektrischen Strom oder der Spannung ändert (z. B.
ändert sich die Permeabilität ferromagnetischer Materialien mit dem elektrischen
Strom, der in einer das Waterial umschließenden Wicklung fließt.). Die Sinrichtung
kann dann auf den Fluss Null im Nebenschlussarm eingestellt werden, während der
elektrische Strom oder die Spannung auf die veränderbare Impedanz einwirkt. Dies
hat zur Folge, dass im Nebenschlussglied ein Fluss auftritt, der dem aufgedrückten
elektrischen Signal allgemein proportional ist. In der gleichen Weise kann ein Verethrkor
mit einer Wechselfussanordnung eingerichtet werden, vorausgesetzt, dass der Ausgang
vor der Verwendung ordnungsgemä# gleichgerichtet
und geglEttet
wird. Weitere Verwendungszwecke sind naheliegend z. B. als Schalter, wobei das geschaltete
Signal für die Fluseanordnung den Eingang darstellt. Befinden sich die Impedanzen
Emtlich an der Gebrauchsstelle, so kann der Plues im Nebenschlussglied so eingestellt
werden, dass er den Wert Null aufweist und der Schalter "offen"ist. Wird eine Impedanz
entfernt, so tritt im Nebenschluasglied ein Fluss auf, und der Schalter ist "geschlossen".
Bei solchen Schaltern treten keine Kontaktschwieriggkeiten auf, und in Wechselstromkreieen
ist ein Transformator nicht erforderlich, da die Impedanzanpaswung in die Flussanordnung
direkt hineingewickelt werden kann. Solche Schalter können auch so eingerichtet
werden, dass in einem sehr kleinen Raum bei einem einzelnen Eingang eine große Anzahl
von Auegangskreisen vorgesehen werden können, eine AuRgabe, die beim Schalten in
Fernsprechanlugen tu lUsen ist.
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Proximity-Schalter kUnnen in der Weise hergestellt werden, dass die
Entfernung zwischen den parallelen Ebenen vergrößert wird, in denen die H- oder
X-förmigen Anordnungen gelegen sind. Gegenstände, die in den Streufluse gebracht
werden, führen bei kng Flussanordung in Entfernungen bis zu 10 cm eine Ünbalanz
herbei. Forner werden mechansich-elektrische Wandler nahegelegt.
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Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben.
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In den beiliegenden Zeichaungen ist die Fig. 1 eine schaubildliche
Darstellung der einzelnen Teile einer Ausführungsform eines flussgesteuerten Komparat'ore
ter der Erfindung, Fig. 2 eme Draufsicht auf den in der Fig. 1 dargestellten Komparator,
Fig. 3 ein senkrechter Schnitt nach der Linie 3-3 in der Fig. 2, Fig. 4 ein senkrechter
Schnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 2,
Fig. 5 eine der Fig.
2 ähnliche Darstellung einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 6 ein senkrechter
Schnitt nach der Linie 6-6 in der Fig. 5, Fig. 7 eine schaubildliche Darstellung
der Einzelteile eines anderen Komparators nach der Erfindung, Fig. 8 eine Seitenansicht
des in der Fig. 7 dargestellten (zusammengesetzten) Komparators, Fig. 9 ein senkrechter
Schnitt nach der Linie 9-9 in der Fig. 8, Fig. 10 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung
einer anderen Ausführung der Einrichtung nach der Erfindung und die e Fig. 11 ein
Blockschaltbild einer einfachen Ausführung eines Steuer-oder Kontraolkreises, der
bei dem Komparator nach der Erfindung verwendet werden kann.
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Bei flussbetätigten Steuer-und Kontrolleinrichtungen wird eine hohe
Empfindlichkeit vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Flusskreise aus einem Material
hergestellt werden, das in bezug auf das zu untersuchende Material geringe Verluste
aufweist.
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Bei der Herstellung einer Magnetflusseinrichtung kann als geeignetes
Material Ferrit verwendet werden oder fein zerteilte magnetisierbare Pertikel mit
isolierenden Außenseiten, die durch Sintern oder Zementieren in die gewünschte Form
gebracht werden. Ferrite weisen aehr geringe Wirbelstromverluste auf z. B. 1-2 Mikrowatt
pro cm3 bei Frequenzen bis zum Megahertz-Bereich. Bei niedrigen Frequenzen von z.
B. 60 Hz können Transformatorbleche aus Eisen oder Siliziumstahl verwendet werden.
Bei Verwendungsgebieten, in denen die FluBstärke rasch weahselt, ist allgemein Weicheisen
mit einer hohen Permeabilität von z. B. 500 oder mehr und eine Koerzitivkraft von
tivkraft 1000 Gaus oder weniger erwünscht. Der Aufbau kann verschiedenartig ausgestaltet
werden ; jedoch wird eine
besonders wirtschaftliche Ausführung
unter Verwendung H-förmiger, X-förmiger oder C-förmiger Glieder oder mit Gliedern
erreicht, die das Ergebnis einer Kombination von H-oder X-förmigen Gliedern mit
C-förmigen Gliedern sind. Elektrische Flussanordnungen können aus Bariumtitanat
oder aus anderen Materialien hergestellt werden, die eine gro#e Dielektrizitätskonstante
aufweisen.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen H-förmige Flusskreisglieder A1 und B1
mit einem quadratischen Umriss mit den Mittelabschnitten A11 und B11, von denen
die Endabschnitte oder Pole A12, A13, A14, A15 und B12, B13, B14, B15 abgehen. Die
Glieder A1 und B1 sind aus Weicheisen, Ferrit oder dergleichen hergestellt. Jedes
Glied ist in dem Sinne symmetrisch ausgestaltet ; als die Endabschnitte die gleiche
Form, Größe und Lage in bezug auf den Mittelabschnitt aufweisen, und die beiden
Glieder sind einander gleich, jedoch im Raum anders orientiert. Die Flueskreisglieder
sind in parallelen Ebenen so angeordnet, dass deren Ecken einander gegenüberstehen,
während die Mittelabschnitte rechtwinklig zu einander verlaufen. Die Mittelabschnitte
A11 und B11 tragen die Wicklungen WA1 und WB1, deren Achsen rechtwinklig zu einander
verluafen.
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Wird die Wicklung WA1 als Erregungs- oder Magnetisierungswicklung
benutzt, so wird der induzierte Flues auf die beiden geschlossenen Flußschleifen
aufgeteilt, von denen die eine Schleife von den Abschnitten A11, A12, B12, B15,
A15 und die andere Schleife von den Abschnitten A11, A13, B13, B14, A14 gebildet
wird. Im erstgenannten Kreis überquert der Fluss die Spalte zwischen den gegenüberstehenden
Flächen der Endabschnitte oder Pole A12 und B12, B15 und A15. Im anderen Kreis überquert
der Flues die Spalte zwischen den Polen A13 und B13 sowie B14 und A14.
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Die Fig. 1 zeigt vier Impedanzelemente C12, C13, C14 und
C15
in Form leitender Stocke von ungeiChr der gleichen Gestalt, Grü#e und Zusammensetzung.
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Diese Impedanzelemente brauchen sich nicht in den Spalten zu befinden,
und ebensowenig brauchen Spalte mit anderen Flussimpedanzmitteln vorhanden zu sein.
In einigen Anwendungsgebieten sind die Flussimpedanzen gro# als Folge von Wirbelstromverlusten
in den Impedanzelementen, in welche Falle eine Frequenz von Z.B.
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15 kHz vorgeschlagen wird je nach der Tiefe, in die der der Wirbelstrom
eindringen soll. Weist jedes Element die gleiche Flussimpedanz auf, so teil sich
der Gesamtfluss symmetrisch zwischen die beiden Kreise auf ; unterscheidet sich
jedoch die Impedanz des einen Elementes von der Impedanz der anderen Elemente, so
wird der Fluss unsymmetrisch. Im ersten Falle bei einem symmetrischen Fluss oder
gleichen Impedanzen besteht im Nebenschlussabschnitt Bll ein vergleichsweise schwacher
Fluss. Wird jedoch der Fluse in steigendem Ma#e unsymmetrisch, so verstärkt sich
der Fluss im Nebenschlussabschnitt B11. Bei einem wechselnden Fluas im Nebenschlussabschnitt
311 wird in der WicklungWB1 ein Signal erzeugt, dessen Stärke ein Maß für den Grad
der Asymmetrie der Impedanzelemente ist.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen einen etwas anderen Aufbau mit X-förmigen
StUcken A2 und B2 von gleicher Gestalt und Lage ; jedoch verlaufen die Achsen der
Wicklungen WA2, WB2 auf den Mittelabschnitten rechtwinklig zu einander. Bei dieser
Ausführungsform sind die betreffenden Pole, Mittelabeohnitte und Wicklungen sowie
die enteprechenden Impedanzelemente mit don gleichen Bezugazeichen versehen wie
in der Fig. 1 mit der Ausnahme, dase in den Figuren 5 und 6 die erste Zahl eine"2"anstelle
einer"1"ist, wie in den Piguren 1-4. Die oben besahriebonen H-formigenundX-förmigenAusfüh-"
rungen sind wirtschaftlich ; jedoch können auch verschiedene andere
Anordnungen
von symmetrischen Flusazweigen oder-kreisen mit einer gemeinsamen Erregungsquelle
und Nebenschlussgliedern vorgesehen werden.
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Die Figuren 7-9 zeigen eine Ausführungsform, bei der das eine Flusskreisglied
B3 eben und C-förmig ausgestaltet ist, wthrend des andere Flusskreisglied A3 aus
zwei C-förmigen Teilen besteht, durch durch einen Mittelabschnitt A31 mit einander
verbunden sind. Der Mittelabschnitt A31 trägt eine Wicklung WA3, während das Kreisglied
B3 auf d em Mittelabschnitt B31 eine Wicklung WB3 trägt. Der eine Fluaakreis wird
von den Teilen A31, A32, B32 und A32' und der andere Flusskreia von den Teilen A31,
A35, B35 und A35* gebildet, wobei der Abschnitt B31 ale Flueenebeneahluse dient.
WA3 ist die den Flues erzeugende Wicklung und WB3 die den Flues ermittelnde Wicklung.
Es sind ferner noch die Impedanzelemente C32, C33, C34 und C 35 vorgesehen.
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Es wurde bereite darauf hingewiesen, dass die Verluste in den Ferritabschnitten
sehr klein sind in bezug auf die Verluste, die von den Spalten und den mit C beeichneten
Impedanselementen verursaoht werden. Die Ferritabachnitt do* Flusskreises brauchen
daher nicht mit sehr gro#er Genauigkeit hergettellt su werden. tberdlee kann ein
Mangel an Symmetrie auf verechiedene Weise korrigiert werden 8. Bo durch Binlagen
oder durch Einstellen von Schrauben aus Metall odor mittele Trimmerimpedanzen nahe
an einem oder an mehreren Kreisabschnitten. Naohdem erst einmal die Symmetrie, die
Balanz oder der Wert Null eingestellt worden ist, führt eine Änderung in einer Impedans
oder im Fluss des einen Krieses in bezug auf den anderen Kreta su einer Xnderung
der Stärke. des Flusses im Nebensohiusw (der in der vorliegenden Beschreibung mit
Bezugszeiohen versehen ist, die an der ersten Stalle ein "B" und an
der
dritten Stelle eine"1"aufweisen). Die Einrichtung ist daher empfindlich fUr Veränderungen
bei den elektrischen oder magnetischen Eigenschaften der Impedanzelemente oder für
Bedingungen, bei denen eine Tendenz besteht, die Flussimpedanz der Impedanzelemente
zu ändern, die in der Beschreibung mit Bezugszeichen versehen sind, die mit einem"C"beginnen.
Dieses Merkmal kann fUr verschiedene Zwecke verwendet werden.
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Wird z. B. eines der Elemente strahlungsempfindlich gemacht derart,
dass dessen Temperatur verändert wird, während die anderen Impedanzelemente gegen
die Strahlung geschützt werden, so kann die Einrichtung zum Ermitteln oder Messen
der Strahlung verwendet werden. In diesem Falle wurde ein Impedanzelement verwendet
werden, dessen elektrische oder magnetische Eigenschaften sich mit der Temperatur
ändern. Die Empfindlichkeit für eine elektromagnetische Strahlung kann mittels eines
schwarzen oder eines anderen wärmeabsorbierenden (zum Unterachied eines reflektierenden)
Belags auf demjenigen Element erhöht werden, das die Strahlung ermittelt, während
die anderen Elemente mit einer reflektierenden Fläche oder einer Abachirmung versehen
werden. Die Einrichtung spricht selbstverständlich auf Wirbeletrbme an, die in den
Impedanzelementen erzeugt werden (z. B. durch Schwingungen), und die Wirbelströme
sind vom Widerstand der Impedanzelemente abhängig, und ferner verändert sich der
Widerstand mit der Temperatur, und die Temperatur kann dadurch erzeugt werden, dass
die Strahlung auf das Element fällt. Die Empfindlichkeit oder Selektivität fUr eine
radiofrequente Strahlung kann weiterhin dadurch erhöht werden, dass an dem Element
Dipole geeigneter Linge vorgesehen werden.
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Ein Beispiel fUr die Verwendung eines Flusskompanators ist in der
Fig. 1 dargestellt, der aus einem einfachen elektromagnetischen Strahlungskomparator
besteht und unter Verwendung von
Aluminiumfolien als Elemente in
einer Wechselflusseinrichtung hergestellt werden kann. Das eine Stück (C14) trEgt
eine schwarze Farbe und ist zum Teil der Strahlung ausgesetzt, während die anderen
Elemente (C15, C12 und 013) keinen Belag tragen, wobei das geschwärzte Element aus
dem Polepalt nach außen vorstehen soll und die Strahlung empfangen kann. Der Widerstand
des geschwärzten Elementes erhöht sich mit der absorbierten Energie und mit dem
damit verbundenen Temperaturanstieg. Daher vermindert der Wirbelstromverlust in
dieser Folie die eine Unbalanz verursachende Wirkung des Nebenschlusses. Ein Modell
dieser Einrichtung wies eine Ausgangsspannungsempfindlichkeit fUr die Strahlung
von ungefähr 30 Volt pro Watt der einfallenden Strahlung auf. Die Einrichtung kompensiert
selbsttätig Schwankungen der Umgebungstemperatur, die alle Impedanzelemente beeinfluast,
wenn benachbarte Elemente aus dem gleichen Material bestehen.
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Diese Einrichtung kann so eingerichtet werden, dass sie auf die Umgebungetemperatur
anspricht, wenn z. B. für C14 ein Element aus einem Material verwendet wird, dessen
Leitfähigkeit sich mit der Temperatur in einem anderen Ausmaß ändert als bei 015.
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Die Elemente C12 und C13 würden dann aus dem gleichen Katerial hergestellt.
Ein Vakuum-oder Druckmesser kann in der Weise hergestellt werden, dass ein Element
gegen die Einwirkung der zu meseenden Flüssigkeit oder des gazes geschützt wird,
z. B. durch Anordnen in einem evakuierten Kolben, während ein anderes Element der
Einwirkung des Gases oder der Flüssigkeit auegesetzt wird. Beide Elemente können
erhitzt werden s. B. durch kleine elektrische Heiselemente oder durch Absorbieren
von Energie. Da das der Einwirkung des Gases oder der Flüssigkeit ausgesetzt Element
durch Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit oder mit dem Gas Wärme verliert, so
spricht
die Einrichtung auf die Dichte der Flüssigkeit an. Die Einrichtung kann ferner zur
Strömungameasung verwendet werden, da die Geschwindigkeit des Wärmeautaueches mit
einem der Einwirkung der Flüssigkeit ausgesetzten Element der Strömungsgeschwindigkeit
proportional ist. Auch in diesem Falle kann ein äuBeres Heizelement zum Aufheizen
von zwei Elementen verwendet werden, die unterschiedlich von der Strömungsgeschwindigkeit
abhängen.
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Ein empfindlicher Belastungsmesser kann hergestellt werden, wenn
als ein Impedanzelement ein Material verwendet wird, dessen elektrische oder magnetische
Bigenschaften auf eine Belastung ansprechen. Ein Dickenmesser zum Uberpr£en von
leitenden oder energieabsorbierenden Materialien wird dadurch hergestellt, dass
das Prüfmaterial durch die Einrichtung hindurch oder an dieser vorbei gefuhrt wird,
so dass das FrUfmaterial zu einem Impedanzelement wird, während ein anderes Impedanzelement
aus dem gleichen Material mit der gewUnschten Dicke hergestellt wird, mit dem das
Prüfmaterial verglichen werden soll.
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Es kann fUr das Verständnis der Erfindung von Nutzen sein, wenn das
eine der Elemente z. B. 012 als der Prüfling oder Veränderliche und das entgegengesetzte
Element C13 als Bezugselement oder Normal angeoehen wird. Die Elemente 014 und 15
sollen auf das Bezugeelement die gleiche Wirkung ausüben und an einander angepasst
sein. Die Element C14 und C15 könnten tatsächlich aus einem Stück bestehen, das
den Raum zwischen den Polen A14 und A15 tberspannt.
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Die Einrichtung kann daher zum Vergleichen von PrUilingen mit einem
gewählten Normal verwendet werden. In diesem Falle wird der Komparator auf die Symmetrie
mit einem bekannten Muster C12 eingestellt, das an dan Normal C13 angepaat ist.
Das gewählte'
Muster C12 mit bekannten Merkmalen wird entfernt
und durch einen PrUfling mit unbekannten Merkmalen ersetzt. Geht im Komparator die
e Symmetrie verloren, so wird dadurch angezeigt, dass der PrUfling vom Normal C13
abweicht sowie von ursprünglichen Muster C12, auf das der Komparator eingestellt
war. Diese Verwendungsmöglichkeitist von Nutzen auf vielen Gebieten z. B. bei einer
Qualitätskontrolle oder bei der Beatimmung der Gültigkeit.
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Be ist in einigen Pollen erwünscht, als Ma# fUr den Grad der Asymmetrie
oder der Unbalanz ein elektrisches Signal zu erzeugen, so dass eine wechselnde Erregung
anzuraten ist z. B. mittels eines Wechselstromerzeugers oder sogar eines Oszillators.
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Es kann selbetverständlich auch Anwendungsgebiete geben, bei denen
die Magnetisierungskraft stabil sein kann, in welchem Falle als Mittelabschnitt
A11 in der Fig. 1 ein Permanentmagnet verwendet wird. Ebenso kann der Fluss im Nebenschluseglied
nicht elektrisch ermittelt werden sondern mit Hilfe eines bewegbaren Teiles. Es
kann z. B. am Nebenschluseabschnitt B11 ein Spalt vorgesehen werden, der von einem
Anker Uberlappt wird, und welcher Anker normalerweise nach au#en beaufschlagt wird,
Besteht bei der Einrichtung eine Unbalanz, so wird der Anker von dem Fluss im Nebenschlussglied
von diesel angezogen. Dies ist in der Fig.10 dargestellt, wobei (mit der weiter
Hinten angeführtenAusnahme)A4allgemeinAIentspricht, und ferner entspricht A41 -
A11, B4 - B1, B41 - B11, 042-012 usw. der derFg.4DieWicklungaufA41ietweggel&eaen,
da dieser Abschnitt « ine große Koerzitivkraft aufweiwt und aus einem Permanentmagneten
besteht. Der Spalt in B4 ist bei G dargestellt, während der Anker mit AR bezeichnet
ist. Der Anker kann zum Bewegen einer Anzeigevorrichtung, eines Betätigungamittels
oder eines Kontaktes benutzt werden.
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Die Fig. 11 zeigt einen Komparator C, der eine elektrische Schaltung
mit einem Oszillator E aufweist, der mit der Erregungswicklung W1 verbunden ist,
während die Nebenschlusswicklung W2 über einen geeigneten Verstärker und Gleichrichterabschnitt
R einer herkömmlichen Ausführung mit einer Belastung L verbunden ist, die aus einem
Relais, einem Elektromagneten oder aus einem Anzeigevoltmeter bestehen kann, das
nach den Werten oder GröBen geeicht ist, nach denen die Messung durchgeführt werden
soll. Der Ausgang der Einrichtung ist proportional dem Grad der Unbalanz in den
beiden Flusskreisen des Komparators. Diese Art von Schaltung könnte für die meisten
Verwendungszwecke der Einrichtung benutzt werden. Wenn die Feststellung wichtig
ist, ob der Prüfling eine größere oder kleinere Impedanz aufweist als das Normal,
so kann im Verstärkerabschnitt ein Phasenkomparator herkömmlicher Ausführen vorgesehen
werden. Solche Schaltung sind an sich bekannt t und brauchen daher nicht weiter
beschrieben zu werden.
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Der Erfindungsgedanke kann für die Entwicklung verschiedener Arten
von elektrischen Schaltern, Übertragern, Verstärkern und Modulatoren angewendet
werden. Z. B. kann eines der Impedanzelemente bewegbar gemacht werden, in welchem
Palle der Fluss im Nebenschlussglied entsprechend der Bewegung des Impedanzelementee
moduliert wird. Die serßchiedenen Abschnitk der Binrichtung können zusätzlich mit
Wicklungen versehen werden unter Einschluss der Impedanzelemente, wobei Flüaae erzeugt
werden, die den Hauptfluse unterstützen, dieaem entgegenwirken oder modulieren.
Bei den beschriebenen AusfUhrungebeispielen wtirden die magnetischen Kreise normalerweise
unterhalb der Sättigung betrieben werden ; es kbnnte jedoch in einigen Verwendungagebieten
erwünscht sein, das Sättigungsmerkmal der magnetisierbaren Materialien im
Flusskreis
auszunutzen. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele
beschrdnkt und wird nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.
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Patentanspriiche