DE19635298A1 - Meßspule - Google Patents
MeßspuleInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01F5/00—Coils
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Spule, insbesondere zur Verwendung
als Meßspule in einem Oszillator-Schwingkreis.
Zur berührungslosen Messung von Weg und Schwingwegen oder dar
aus abgeleiteten Größen wird beispielsweise das Wirbelstrom-
Meßverfahren eingesetzt. Ein Wirbelstromaufnehmer besteht im
wesentlichen aus einer gegen Umwelteinflüsse geschützte Meß
spule, die von einer Oszillatorschaltung mit einem Wechselstrom
gespeist wird. Um die Meßspule bildet sich daher ein alternie
rendes magnetisches Feld aus, welches beim Einbringen eines
leitfähigen Materials in dieses Feld Wirbelströme im leitfähi
gen Material induziert.
Die Wirbelströme sind umso stärker, je kleiner der Abstand
zwischen leitfähigem Material bzw. Meßobjekt und der Meßspule
ist. Diese Wirbelströme haben zur Folge, daß die elektrischen
Eigenschaften der Aufnehmerspule verändert werden. Die Verände
rungen werden meßtechnisch ausgewertet und ergeben ein ab
standsabhängiges Ausgangssignal.
Aufnehmer nach dem Wirbelstrom-Meßverfahren werden beispiels
weise bei der Maschinenüberwachung in einem sehr weiten Tempe
raturbereich eingesetzt. Da man für Schwingungsmessungen bzw.
Wegmessungen sehr hohe Anforderungen an die Linearität und
Reproduzierbarkeit des Aufnehmers stellt, ist eine Temperatur
kompensation dieser Aufnehmer unerläßlich. Bei den bisher be
kannten Wegaufnehmern nach dem Wirbelstrom-Meßverfahren im
folgenden Wirbelstromaufnehmer genannt bestehen die Drahtwick
lungen der Meßspule meist aus Kupfer- oder Silberdraht. Kupfer-
oder Silberdraht besitzt zwar eine besonders hohe Leitfähig
keit, jedoch eine erhebliche Temperaturabhängigkeit von bis zu
40% pro 100 K.
In der Praxis werden zwecks Temperaturkompensation die Win
dungszahl, der spezifische Widerstand des Drahtmaterials, der
Drahtdurchmesser, die Arbeitsfrequenz und die Form der Spule
derart aufeinander abgestimmt, daß in einem begrenzten Tempera
turbereich die ohmschen Verluste in der Meßspule, die linear
mit steigender Temperatur zunehmen, durch etwa gleich große
Wirbelstromverluste in der Spule, die durch den Skineffekt
auftreten und die mit der Temperatur abnehmen, kompensiert
werden. Diese sogenannte passive Kompensation ist sehr aufwen
dig und teuer. Zudem ist eine Einstellung der hierzu optimalen
Frequenz nicht immer wünschenswert oder möglich.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann auch der gewünschte
Drahtdurchmesser der Spule abweichen. Diese Abweichung kann zu
großen Ungenauigkeiten führen. Die passive Kompensation und die
damit verbundenen Probleme führen dazu, daß zusätzlich eine
aktive Kompensation des Wirbelstromaufnehmers erfolgen muß, die
eine aufwendige nichtlineare Nachsteuerung über den Temperatur
bereich zur Folge hat.
In Sonderbauformen werden große Spulen eingesetzt, deren Draht
material aus Konstantan besteht. Dieses Drahtmaterial hat einen
sehr geringen Temperaturkoeffizienten, jedoch auch eine geringe
Leitfähigkeit. Eine kleine Spule aus Konstantandraht besitzt
daher schlechte Schwingeigenschaften und ist als Meßspule un
geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die beim Stand der Technik
erforderliche aufwendige Temperaturkompensation zu vermeiden,
und in einem bestimmten Temperaturbereich eine zu vernachlässi
gende Temperaturabhängigkeit von Wirbelstromaufnehmern zu er
halten.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wicklungsdraht der
Spule aus einer Legierung eines hochleitfähigen Materials mit
einem magnetischen Material der 3 d- oder der 4 f-Reihe des
Periodensystems besteht. Als hochleitfähiges Material kann
beispielsweise Kupfer oder Gold oder Silber oder Aluminium
verwendet werden, legiert mit Metallen der Eisengruppe oder der
Lanthanidengruppe. Zur Eisengruppe gehören Eisen, Cobalt, Nic
kel, zur Lanthanidengruppe zählen Lanthan, Cer, Praseodym,
Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium,
Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium.
Dieses Drahtmaterial hat einen wesentlich kleineren Tempera
turkoeffizienten als beispielsweise Kupfer oder Silber und
besitzt daher nur eine geringere Temperaturabhängigkeit über
den Arbeitsbereich und hat weiterhin eine wirksame Leitfähig
keit, die nur wenig geringer ist als die von reinem Kupferdraht
oder Silberdraht.
Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Spule besteht der
Wicklungsdraht aus einer Legierung aus Kupfer mit 1 bis 13%
Mangan. Damit kann eine Meßspule realisiert werden, deren Tempe
raturkoeffizient kleiner als 30%/100 K und größer als 2%1100
K ist, wobei der spezifische elektrische Widerstand in den
Grenzen 0,3 µOhm·cm und 3 µOhm·cm liegt.
Die geringe Temperaturabhängigkeit kann, falls erforderlich,
durch die Anordnung eines temperaturabhängigen Bauelementes
korrigiert werden.
Es ist weiterhin möglich eine einfache aktive Temperaturkom
pensation aufgrund der tatsächlich gemessenen Temperatur durch
zuführen. Die nun mehr frequenzunabhängige Kompensation des
Temperaturgangs der Spule erlaubt somit auf einfache Weise die
Optimierung der Meßeigenschaften des Wirbelstromaufnehmers
durch Einstellung der Arbeitsfrequenz.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in
dem Oszillatorschwingkreis der Spule ein Heißleiter in Reihe
geschaltet wird oder der Spule ein Kaltleiter parallel geschal
tet wird.
Claims (5)
1. Spule, insbesondere zur Verwendung als Meßspule in einem
Oszillatorschwingkreis mit mindestens einer Spulenwicklung
aus Wicklungsdraht, dadurch gekennzeichnet, daß der Wick
lungsdraht aus einer Legierung eines hochleitfähigen Mate
rials mit mindestens einem Material der 3 d- und/oder der 4
f-Reihe des Periodensystems besteht.
2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Legierung aus Kupfer mit 1 bis 13% Mangan besteht.
3. Spule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Oszillatorschwingkreis der Spule ein Heißleiter in
Reihe geschaltet wird.
4. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Oszillatorschwingkreis der Spule
ein Kaltleiter parallel geschaltet wird.
5. Anwendung einer Spule nach einem der vorhergehenden An
sprüche in einem Wirbelstromaufnehmer dadurch gekennzeich
net, daß die verbleibende Temperaturabhängigkeit gemessen
wird und das Temperaturverhalten nachgesteuert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996135298 DE19635298A1 (de) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | Meßspule |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996135298 DE19635298A1 (de) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | Meßspule |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19635298A1 true DE19635298A1 (de) | 1998-03-05 |
Family
ID=7804235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996135298 Ceased DE19635298A1 (de) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | Meßspule |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19635298A1 (de) |
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1996
- 1996-08-30 DE DE1996135298 patent/DE19635298A1/de not_active Ceased
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