DE1766331A1

DE1766331A1 - Measuring device for measuring magnetic tensions or magnetic field strengths in ferromagnetic materials and in air gaps

Info

Publication number: DE1766331A1
Application number: DE19681766331
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Kaulfersch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1968-05-06
Publication date: 1971-07-01

Description

Meßeinrichtung zur Messung magnetischer Spannungen bzw. magnetischer Feldstärken in ferromagnetischen Materialien und in Luftspalten.Measuring device for measuring magnetic tensions or magnetic Field strengths in ferromagnetic materials and in air gaps.

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Spannungsmesser der es erlaubt, magnetische Spannungen (Gleichfeld) bzw. magnetische Feldstärken (Gleichfeld) als Ortswerte in ferromagnetischen Körpern zu messen. Ferner ist es mit Hilfe dieser Einrichtung möglich, die magnetischen Eigenschaften auch kleinster Luftspalte zu erfassen, da die relativ großen Abmessungen der üblichen Meßsonden die Messung in diesen engen Spalten nicht erlauben.The invention relates to a magnetic voltmeter which allows magnetic tensions (constant field) or magnetic field strengths (Constant field) as spatial values in ferromagnetic bodies. Furthermore it is with the help of this device possible, the magnetic properties even the smallest To detect air gaps, since the relatively large dimensions of the usual measuring probes do not allow measurement in these narrow gaps.

Es ist ein magnetischer Spannungsmesser nach Rogowski bekannt, der es erlaubt, mit Hilfe eines angeschlossenen ballistischen Galvanometers die magnetische Spannung zu ermitteln. Dieser magnetische Spannungsmesser besteht aus einer langgestreckten eisenlosen Spule, an die das ballistische Galvanometer angeschlossen ist. Die Empfindlichkeit dieser Anordnung ist jedoch auf Grund des geringen Flusses in der eisenlosen Spule begrenzt. Ebenso in ihrer Empfindlichkeit begrenzt ist die Methode, mit Hilfe eines Hallgenerators die Tangentialkomponente, welche praktisch gleich der Feldstärke im Prüfling ist, an der Oberfläche des Prfiflings zu ermitteln.A Rogowski magnetic voltmeter is known which it allows the magnetic Determine voltage. This magnetic voltmeter consists of an elongated one ironless coil to which the ballistic galvanometer is connected. The sensitivity however, this arrangement is due to the low flux in the ironless coil limited. The method using one is also limited in its sensitivity Hall generator the tangential component, which is practically equal to the field strength in the test piece is to be determined on the surface of the test piece.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Meßeinrichtung zur Messung magnetischer Spannungen bzw. magnetisciler Feldstärken in ferromagnetischen Materialien und in Luftspalten anzugeben, die größere Empfindlichkeit aufweist. Eine Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein, aus hochpermeablem Material bestehender, U-förmiger und auf den Prüfling (1) aufsetzbarer Bügel (2) mit einer Wicklung (Wk) versehen ist, und daß die Wicklung (Wk) über ein Strommeßinstrument (4) mit regelbarer Stromquelle (3) verbunden ist, derart, daß die von tem Strom (Ik) im Bitgel (2) erzeusPte Durchflutung (Tk Wk) tler im Prüfling herrschenden magnetischen Spannung baw. mittleren magnetischen Feldstärke entgegengerichtet ist, und da# ein flu#e@pfindliches Organ (5), vorzugsweise ein H@llgenerator, im @nerschnit@ @@@ Bügels (2) angeordnet ist, mit Hilfe dessen das Verschwinden des Flusses durch den Querschnitt des Bügels (2) im Kompensationsfall angezeigt wird, so daß der Strom durch die Wicklung des Bügels der Meßgröße proportional ist.There is accordingly the object of a measuring device for measuring magnetic Tensions or magnetisciler field strengths in ferromagnetic materials and in Indicate air gaps that have greater sensitivity. A solution to this Task is characterized in that a, consisting of highly permeable material, U-shaped bracket (2) with a winding (Wk) that can be placed on the test item (1) is provided, and that the winding (Wk) via a current measuring instrument (4) with adjustable Current source (3) is connected in such a way that the current (Ik) in the Bitgel (2) generated flux (Tk Wk) tler in the test object prevailing magnetic voltage baw. average magnetic field strength is opposite, and that # a flu # e @ sensitive Organ (5), preferably a shell generator, arranged in the @ nerschnit @ @@@ bracket (2) is, with the help of which the disappearance of the river through the cross section of the bracket (2) is displayed in the case of compensation, so that the current through the winding of the bracket is proportional to the measurand.

Mit dieser Einrichtung ist eine höhere Empfindlichkeit der Messung zu erreichen, sie ist einfach zu handhaben, der Prüfling ist im abgeglichenen Zustand der Meßeinrichtung unbelastet. Ferner steht eine der Meßgröße proportionale Hilfsgröße, nämlich der Kompensationsstromt zur Verfügung, die einfach und beliebig weiterverarbeitet werden kann. Es bestehen praktisch die gleichen Vorteile, die in Analogie auch die bekannten elektrischen Kompensssionsmethoden aufweisen.With this device there is a higher sensitivity of the measurement to achieve, it is easy to use, the test item is in the balanced state the measuring device unloaded. There is also an auxiliary variable proportional to the measured variable, namely the Kompensationsstromt available, which can be easily and arbitrarily further processed can be. There are practically the same advantages as the analogy have known electrical compensation methods.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur Erläuterung in den Figuren 1 bis 5 dargestellt und im folgenden beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the figures 1 to 5 and described below.

Die grundsätzliche Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zeigt zunächst Fig, 1.The basic mode of operation of the measuring device according to the invention Fig. 1 shows first.

Es soll die magnetische Spannung bzw. der Mittelwert der Feldstärke gemessen werden. Auf dem Prüfling (1) wird ein halbkreis- oder rechteckförmiger Bügel (2) aus hochpermeablem, ferromagnetischem Material aufgesetzt. Dieser Bügel hat einen kleinen Querschnitt, ist gleichmäßig dicht bewickelt und hat somit die Durchflutung Ik Wk, wenn die Wicklung Wk mit dem Strom I, von einer Stromquelle (3) über ein Anzeigeinstrument (4) gespeist wird. Wird die Durchflutung Ik Wk der magnetischen Spannung im Prüfling entgegengeschaltet, so gilt bei Gleichgewicht im abge- glichenen Zustand 1k Wk 4l H dl, woraus magnetischen Feldstärke die magnetische Spannung bzw. der Mittelwert der ermittelt werden k@nn, da der Strom Ik diesen Me#grö#en proportional ist.It is supposed to be the magnetic tension or the mean value of the field strength be measured. A semicircular or rectangular bracket (2) made of highly permeable, ferromagnetic material is placed on the test item (1). This bracket has a small cross-section, is wound evenly and densely and thus has the flow rate Ik Wk when the winding Wk is fed with the current I from a current source (3) via a display instrument (4). If the flow rate Ik Wk is switched against the magnetic voltage in the test object, the following applies in the case of equilibrium in the same state 1k Wk 4l H dl, from which magnetic field strength the magnetic voltage or the mean value of the can be determined because the current Ik is proportional to these measurements.

Das Gleichgewicht wird festgestellt durch Verschwinden des Flusses mit Hilfe eines flußempfindlichen Organs (5) und einem angeschlossenen Instrument für die Nullanzeige (8), vorzugsweise einem Hallgenerator. The equilibrium is established by the disappearance of the river with the help of a flow-sensitive organ (5) and a connected instrument for the zero display (8), preferably a Hall generator.

Dieser Hallgenerator braucht keine Meßeigenschaften, sondern lediglich eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, da er nur als Nullindikator verwendet wird. This Hall generator does not need any measuring properties, only have high sensitivity since it is only used as a zero indicator.

Ferner kann gemäß Fig. 2 mit der gleichen Anordnung die magnetischen Spannung und bei genntnis der Luftspaltlänge auf die Feldstärke in einem Luftspalt (6) ermittelt werden. Hierbei ist angenommen, daß die magnetischen Spannungsabfälle in den Eisenanteilen der Polschuhe (7) gegenüber der magnetischen Spannung im Luftspalt (6) vernachlässigt werden können. Furthermore, as shown in FIG. 2 with the same arrangement, the magnetic Voltage and, given the air gap length, the field strength in an air gap (6) can be determined. It is assumed here that the magnetic voltage drops in the iron components of the pole shoes (7) against the magnetic tension in the air gap (6) can be neglected.

Die Einrichtung ist besonders geeignet um extrem schwache Werte der magnetischen Feldstärke bzw. Spannung (Gleichfeld) zu ermitteln. The device is particularly suitable for extremely weak values of the to determine magnetic field strength or voltage (constant field).

Da bei der Hessung extrem kleiner Feldwerte die Störeinflüsse beispielsweise des Erdfeldes, des Streuflusses von Apparaten und dgl. oft das vielfache des Neßbereiches betragen, werden erfindungsgemä# verschiedene Abhilfemaßnahmen angegeben. Since when measuring extremely small field values, the interference influences, for example the earth's field, the leakage flux from apparatus and the like. Often times the wet range various remedial measures are indicated according to the invention.

Das flußempfindliche Organ (5) kann nicht nur wie in Fig. 1 gezeigt an einen Ende des Bügels (2) sondern auch gemäß Fig. 3 in der Mitte des Bügels angebracht sein, so daß von außen kommende Störfelder das flußempfindliche Organ (5) nicht direkt durchsetzen, sondern in den beiden Bügelhälften vorbeigeleitet werden. The flow-sensitive organ (5) can not only as shown in FIG attached to one end of the bracket (2) but also according to FIG. 3 in the middle of the bracket so that interference fields coming from outside do not affect the flow-sensitive organ (5) enforce directly, but are guided past in the two halves of the bracket.

Eine weitere Möglichkeit ist es, gemäß Fig. 4 unter jedem Ende des Bügels (2) je einen Hallgenerator (5) anzubringen, deren Steuerströme voneinander galvanisch getrennt sind; der Einfachheit halber sind die Steuerstromkreise in Fig. 4 nicht angegeben. Im Anzeigekreis für die Nullanzeige (8) werden die beiden Hallapannungen hintereinander geschaltet. In einen der Hallgeneratoren (5) werden sich Nukzflu# und StbrtluBanteil subtrahieren, in dem anderen werden sie sich addieren.Another possibility is, as shown in Fig. 4 under each end of the Bracket (2) each to attach a Hall generator (5), their control currents from each other are galvanically separated; For the sake of simplicity, the control circuits in Fig. 4 not specified. The two Halla voltages are shown in the display circuit for the zero display (8) connected in series. Nuczflu # and subtract the starburst portion, in the other they will add up.

Gelingt es, die beiden Störflu#anteile in den beiden Bügelhälften gleichzumachen, so heben sie siob in der Gesamthallapannung im Bullanzeigeinstrument (8) auf. If it succeeds, the two interfering flux components in the two halves of the bracket to equalize, they raise you siob in the total hallapension in the bull display instrument (8th) on.

Gemäß Fig. 5 besteht eine weitere Möglichkeit, den in der Hallspannung Uh der Nullanzeige noch enthaltenen restlichen vom Störfluß herrührenden Anteil durch eine gleichgroße entgegengerichtete Kompensationsspannung Uk aufzuheben. Diese Störfeldkompensation kann zwischen den Messungen nach Abschalten des Stromes Ik durch die Wicklung (-wlk) des Bügels (2) und durch Abschalten der zu messenden magnetischen Feldstärke bzw. magnetischen Spannung im Prüfling (1) durchgeführt werden, damit nur der vom Störfeld herrührende Anteil allein im Anzeigekreis (8) der Nulihallspannung auftritt. Nach erfolgtem Störspannungsabgleich werden obengenannte GröBen eingeschaltet und der eigentliche Abgleich der Meßgrößen durchgeführt.According to FIG. 5, there is another possibility, that of the Hall voltage Uh of the zero display still contained remaining portion originating from the disturbance flow to be canceled by an equal, oppositely directed compensation voltage Uk. These Interference field compensation can be used between measurements after switching off the current Ik through the winding (-wlk) of the bracket (2) and by switching off the magnetic to be measured Field strength or magnetic voltage in the test item (1) can be carried out so that only the portion originating from the interference field in the display circle (8) of the zero Hall voltage occurs. After the interference voltage has been adjusted, the above-mentioned quantities are switched on and the actual comparison of the measured variables is carried out.

Die Kompensation der Meßgröße, sowie auch die Störfeldkompensation können sowohl von Hand als auch durch eine bekannte Selbstabgleichmeßeinrichtung erfolgen.The compensation of the measured variable, as well as the interference field compensation can be done both by hand and by a known self-balancing measuring device take place.

Anlage 5 Patentansprüche 2 Blatt ZeichnungenAppendix 5 patent claims 2 sheets of drawings

Claims

Claims 1. Measuring device for measuring magnetic voltages and field strengths (constant field), characterized in that one of highly permeable Material of existing U-shaped bracket (2) that can be placed on the test item (1) provided with a winding (Wk), and that the winding (Wk) via a current measuring instrument (4) is connected to a controllable current source (3), so that the current (Ik) in the bracket (2) generated flow (Ik Wk) that prevailing in the test item (1) magnetic tension or mean magnetic field strength is opposite, and that a flow-sensitive organ (5), preferably a Hall generator, in cross section of the bracket (2) is arranged, with the help of dease the disappearance of the river through the cross-section of the bracket (2) is displayed in the compensation case, so that the current (Ik) is proportional to the measured variable through the winding of the bracket.

2. Messeinriohtung according to claim 1, characterized in that the Bracket (2) consists of two equal symmetrical parts, and that the flow-sensitive Organ (5) is arranged as possible without air gaps between them.

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the flow-sensitive Organ (5) is attached in one of the two end faces of the bracket (2).

4. Measuring device according to claim 1, characterized in that below A Hall generator (5) is attached to each of the two end faces of the bracket (2) is, whose control currents,., Llvanisch separated from each other and their Hall voltages are connected in series in the display circuit of the zero flow display (8).

5. Measurement device according to claim 1 or one of the following claims characterized in that in the display circuit (8) of the Hall generator (s) (5) a Hali voltage (Uh *) generated by interference fields in the Hall generators a compensating Voltage (Uk) switched in the opposite direction tnt.