DE1964623C3 - Einrichtung zur Messung einer elektrischen Spannung, die dem Quadrat der Feldstärke eines Magnetfeldes proportional ist - Google Patents

Description

Komponente infolge ihres ohmschen und ihres induktiven Widerstands auf. Der gesamte ohmsche und der größere Teil des induktiven Spannungsabfalls kann eliminiert werden, indem die Einrichtung mit einem Sekundärstromkreis versehen wird, welcher mit dem Primärstromkreis mechanisch verbunden ist In diesem Fall kann der Primärstromkreis zwei Rohre aufweisen, und der Sekundärstromkreis kann zwei in den Rohren angeordnete und von diesen isolierte Drähte aufweisen. Muß ein hoher Genauigkeitsgrad erreicht werden, ro wird der Sekjindärstromkreis zweckmäßig in der From von zwei Drähten ausgebildet, wobei jeweils einer auf jeder Seite der Primärstromkreisleker angeordnet ist und mechanisch mit diesem verbunden ist Die Drähte sind so gespannt, daß ihre freien Enden eine weit über der Betriebsfrequeriz liegende Eigenfrequenz besitzen. Die Eigenfrequenz der Federn muß verglichen mit dem zweifachen der Betriebsfrequenz groß sein. Darüber hinaus muß die Federkonstante der Federn klein sein, da sonst eine Störung eingeführt wird, welche iu der Form ungerader Harmonischer in den Schwingungen des Systems erscheint

Diese entgegengesetzten Anforderungen (hohe Frequenz der Feder = steife Feder, kleine Federkonstante = schwache Feder) können sehr zufriedenstellend erreicht werden, indem die Federn als gewölbte Federn oder in der Form normaler Blattfedern mit Dreieckform ausgebildet werden.

Anstelle von Drähten können in dem Sekundärstromkreis auch steife Stäbe oder Rohre verwendet werden, welche in der Mitte angelenkt sind und mechanisch durch Streben mit dem Primärstromkreis verbunden sind. Sowohl die Anlenkung in der Mitte als auch die Lagerung an den Enden der Stäbe sollte mittels Federelementen ausgeführt werden.

Da die Leiter des Sekundärstromkreises an ihren Mittelpunkten zum Schwingen gebracht werden, aber an ihren Enden festgehalten sind und dazwischen so schwingen, daß sie immer verhältnismäßig gerade sind, folgt die induzierte Spannung dem Feld im mittleren Teil des Leiters sehr genau, wohingegen das Feld an seinen Enden von geringerer Bedeutung ist. Diese Wirkung tritt sogar noch ausgeprägter hervor, wenn die Leiter des Primärstromkreises ebenfalls als steife Leiter, welche in der Mitte flexible sind, ausgebildet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Primärstromkreis auch den Sekundärstromkreis bildet;

F i g. 2 bis 5 zeigen Ausführungsformen mit verschiedener Ausbildung des Sekundärstromkreises;

Fi g. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einer anderen Ausbildung des Primärstromkreises;

F i g. 7 zeigt eine Meßschaltung mit einem Kompensator;

Fig.8 zeigt eine Meßschaltung, welche einen Digtanwert des gemessenen Wertes liefert

In Fig. la sind zwei zusammenarbeitende magnetische Pole 1 und 2 mit entgegengesetzten Polaritäten und ein Leiter 3 in der Form eines Rohres oder eines Stabes, welcher in zwei Blattfedern 4 so aufgehängt ist, daß er senkrecht zu seiner Längsachse und zum magnetischen Feld schwingen kann, gezeigt. Die Einrichtung weist zwei derartige Schwingungssysteme auf, wie dies aus Fig. Ib ersichtlich ist Die beiden Schwingungssysteme sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Leiter sind in eine Brücke geschaltet, deren andere Zweige einen Kondensator 5, einen Festwiderstand 6 und einen in Reihe mit einer veränderbaren Induktivität 8 liegenden veränderbaren Widerstand 7 aufweisen.
Die Einrichtung gemäß F i g. 1 arbeitet wie folgt:

Wenn die Leiter von einem Wechselstrom = /sin tor durchflossen werden und in einem magnetischen Feld angeordnet sind, wirkt auf sie eine Kraft = BIL sin ωί ein. Dabei ist L die Länge des im Feld B befindlichen Teils des Stabes. Wenn die Masse des Leiiers m ist, die

ίο Federkonstante der Federn k ist und die Dämpfung als der Geschwindigkeit proportional angenommen werden kann und = fs" ist so kann die Schwingung durch die Differentialgleichung

BlL sin a>e = ms" + fs' + ks

ausgedrückt werden.
Die Lösung dieser Differentialgleichung ist:

s = BIL-

m«r — k

+ BlL-

J=W +f²,.? f"

-,- · sin ο t

COS in /

(Him² - k)² + /²IiI²

+ C, e "' sin m„ ι + C₁ e "' cos m„ ;
wobei τ = 2 ni//,

_ l'4fcHl - j²

jo '"" 2/H

C\ und Cz sind Integrationskonstanten.
Die Zeitkonstante kann man als so klein annehmen, daß die beiden letzten Ausdrücke vernachlässigbar sind, υ Wenn die Betriebsfrequenz hoch in bezug auf die Eigenfrequenz des Systems gewählt wird (ω ist viel größer als ωο) und die Verluste beträchtlich sind, gilt folgende Näherung:

BIL

s = · sin mi .

Die Geschwindigkeit isl somit

BIL

,v = . _cos ,„ /

/Hin

und die induzierte Spannung ist

2B²IL²

V₁₁ = ■ COS int .

mm

Die Spannung über den Primärstromkreisleitern enthält auch einen ohmschen Spannungsabfall = Rlsin ωί und einen induktiven Spannungsabfall = ω Ll ■ costuf.

Die Grundformel für die Massenzahl in dem

ί,ο Massenspektrometer ist

m_{; =} B²R²

Cj - 2F·

wobei S = die Indunktion, R = der Radius des Ionenstrahls, welcher in dem Ionenauffänger gebündelt ist, V — die Beschleunigungsspannung und m,und e,die

Massen und Ladungen der Ionen sind. Die induzierte Spannung hat die Größe

k,MI

und ist um 90° in bezug auf den Strom phasenverschoben. Hier ist M die Massenzahl. Somit kann die Spannung über dem Schwingungssystem durch den komplexen Widerstand

R +

k,M

+ j <» L

dargestellt werden.

Der Gleichgewichtszustand der in F i g. 1 gezeigten Brücke ist

(R₁

j o, C

Wenn die Real- und Imaginärteile einzeln gleichgesetzt werden, ist die Bedingung

L₁ = RR₀C,
A₁ = Ic₁MR₀C -

Bei sich ändernder Massenzahl ändert sich R, wohingegen Ro, C, k\, ω und L konstant bleiben. Somit ist auch L, konstant. Die Massenzahl ändert sich somit linear mit A₁, welches direkt in Massenzahlen mit einer

Nullabweichung = —.— geeicht werden kann. Die

Brücke erreicht nicht die Massenzahl 0, insbesondere dann nicht, wenn der Widerstand der Induktivität Li ebenfalls in R\ enthalten ist. Dies bildet einen Nachteil dieser Anordnung. Ein anderer Nachteil liegt darin, daß L während der Schwingung nicht konstant ist, und zwar größer, wenn zwei Primärstromkreisleiter nach auswärts schwingen und kleiner ist, wenn sie nach einwärts schwingen. Dadurch entsteht eine Reihe von geraden Harmonischen in der induzierten Spannung. Weiterhin hängt R von der Temperatur ab. Diese Nachteile werden durch Anordnung eines besonderen Sekundärstromkreises verringert. Die Anordnung gemäß F i g. 1 (vielleicht zusammen mit anderen elektrischen Meßschaltungen) ist somit in jenen Fällen zweckmäßig, bei welchen nur eine geringe Meßgenauigkeit erforderlich ist.

Aus F i g. 2 ist eine Anordnung ersichtlich, bei welcher der Primärstromkreis in Form von Rohren ausgebildet ist und die Sekundärstromkreisleiter innerhalb dieser Rohre angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform geht keine Wirkung von einem ohmschen Spannungsabfall aus (die Induktivität L₁ kann weggelassen werden), und gleichzeitig wird die Induktivität L auf die wechselseitige Induktivität zwischen dem Primär- und dem Sekundärstromkreis herabgesetzt Wenn diese Induktivität verringert wird, nimmt die Veränderungsmöglichkeit natürlich auch ab. Der Primärstromkreis weist zwei Rohre 3, welche in Blattfedern 4 aufgehängt sind, auf. Drähte 10 sind in den Rohren angeordnet und werden z. B. durch Gießharz an Ort und Stelle gehalten. Die Drähte sind von den Rohren isoliert und mittles ei.,es Jochs 11 in Reihe miteinander geschaltet. Bei den bisher gezeigten Ausführungsiormen wurde angenommen, daß die Induktion B über die ganze Länge des Leiters konstant ist. Die Einrichtung ist vorzugsweise senkrecht zum Ionenstrahl ausgerichtet, da sie sonst gekrümmt ausgeführt werden muß. Da die Ionen gewöhnlich in der gleichen Höhe wie der mittlere Teil

ic des Leiters wandern und da das Feld an den Enden des Leiters geringer ist, wird insbesondere bei hoher Massenzahl (hoher magnetischer Induktion) die Einrichtung so ausgeführt daß die induzierte Spannung mehr von 'Jem Feld in der Mitte der Leiter und weniger von

!5 dem Feld an deren Enden abhängt. Eine derartige Anordnung ist in Fi g. 3 gezeigt. Der Primärstromkreis weist zwei Rohre oder Stäbe 3 auf, welche an Blattfedern 4 aufgehängt sind. Der Sekundärstromkreis weist zwei Drähte 12 auf, welche an einem Ende an Stäben 13, welche miteinander in Berührung stehen, befestigt sind. Die Drähte werden durch gewölbte Federn 14, welche an Befestigungswinkeln 15 angebracht sind, gespannt. Sehr schwache Blattfedern 16, welche nahe den Blattfedern 4 auf der gleichen Seite vorgesehen sind, verhindern, daß die Drähte sich an der Angriffstelle dieser Federn seitlich bewegen. In der Mitte sind die Stäbe 3 und die Drähte 12 mittels Streben 17 verbunden, welche aber die Stäbe und Drähte voneinander isolieren.

In F i g. 4 ist eine Abwandlung der Anordnung gemäß F i g. 3 gezeigt. Der Hauptunterschied besteht darin, daß die gewölbten Federn 14 und die Blattfedern 16 durch an Stäben 19 befestigte Blattfedern 18 ersetzt sind. Die Ausführungsform dieser Blattfedern 18 ist aus F i g. 4b

j-, ersichtlich. Da sie Dreiecksform besitzen, sind sie gegenüber einer Druckbelastung an ihrer Spitze sehr nachgiebig, besitzen jedoch eine sehr hohe Eigenfrequenz. Bei den Anordnungen gemäß F i g. 3 und 4 ist die von den gewölbten Federn 14 bzw. den Blattfedern 18 aufgebrachte Spannung so groß, daß jene Teile der Drähte, welche zwischen den Stäben 13 und den Streben 17 und den Blattfedern 16 (Fig.3) und zwischen den Streben 17 und den Blattfedern 18 (F i g. 4) gelegen sind, eine Eigenfrequenz aufweisen, welche weit über der Betriebsfrequenz liegt.

Die aus F i g. 5 ersichtliche Anordnung weist ebenso einen Primärstromkreis mit zwei Stäben oder Rohren 2 auf, welche an Blattfedern 4 aufgehängt sind. Jeder Sekundärleiter weist zwei Stäbe auf. Die Stäbe könner

so aus Rohren, Stangen oder Profilstäben bestehen. Die Stäbe 22 sind an beiden Enden mittels kurzer Blattfedern 23,24 aufgehängt welche sich senkrecht zur Längsrichtung der Stäbe 22 erstrecken. Die Blattfederr 23 sind mit ihrem anderen Ende an feststehender Stäben 13 bzw. 14 befestigt Die Stäbe 13 sind elektrisch miteinander verbunden, wohingegen die Stäbe 14 die Anschlüsse des Sekundärstromkreises bilden. Die Blattfedern 24 sind mit ihren anderen Enden an Streber 17 angebracht welche wiederum elastisch an. der Primärstromkreisstäben 3 angebracht sind. Die Streber 17 bestehen entweder aus Isoliermaterial oder sie sine von den Stäben 3 oder von den Blattfedern 24 isoliert

Aus F i g. 6 ist eine Anordnung ersichtlich, bei welchei die Leiter sowohl des Primär- als auch des Sekundäres Stromkreises Paare von Stäben 22, 25 aufweisen. Di« Stäbe 25 sind an Blattfedern 26,27,28, welche senkrech zur Längserstreckungsrichtung der Stäbe angeordne sind, aufgehängt Die Federn 26 sind an Stäben 29, 3(

angebracht, welche die Anschlüsse des Primärsystems bilden. Die Federn 27, 28 sind elektrisch miteinander verbunden. Die Federn 28 sind mit ihrem anderen Ende an einem feststehenden Stab 3t befestigt. Wie bei der Anordnung gemäß F i g. 5 weist das Sekundärsystem die Bestandteile 13,14, 22,23 und 24 auf. Die Blattfedern 24 und 27 sind mechanisch paarweise mittels Streben 17 verbunden. Die Einrichtung muß so dimensioniert werden, daß die Eigenfrequenz des gesamten Systems mit zwei Stäben 22, zwei Stäben 25, jeweils zwei Blattfedern der Blattfedern 23, 24 und 27, und jeweils einer Blattfeder der Blattfedern 26 und 28, weit unter der Betriebsfrequenz liegen muß, wohingegen die Eigenfrequenz jedes Stabes 22 und 25 und der Blattfedern weit über der Betriebsfrequenz liegen muß.

Aus F i g. 7 ist eine Vermessung der Ausgangsspannung der aus den Fig.2 bis 6 ersichtlichen Anordnungen geeignete Schaltung ersichtlich. Der Primärstromkreis ist als die beiden Linien 34 dargestellt. Diese sind miteinander verbunden und weiter über einen Kondensator 37 an einen Generator 36 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator 37 liegt eine Reihenschaltung eines Widerstands 38 mit einem Präzisionsspannungsteiler 39. Der Spannungsteiler 39 liegt parallel zu einem Kondensator 40. Von dem Spannungsteiler 39 wird eine Spannung auf einen Eingang eines Funktionsverstärkers 41 geführt. Der andere Eingang des Verstärkers ist an einen Anschluß des Sekundärstromkreises 35 angeschlossen, dessen anderer Pol mit dem Nullpunkt verbunden ist Für den Funktionsverstärker ist eine negative Rückkopplung mittels der beiden Widerstände 42, 43 vorgesehen. An den Ausgang 44 ist ein Nullinstrument angeschlossen. Die Massenzahl wird in diesem Fall durch die Stellung des Spannungsteilers 39 angegeben, wenn die Ausgangsspannung bei 44 0 ist

In dem Sekundärstromkreis wird durch Generation eine Spannung induziert, welche der Massenzahl und dem Strom geteilt durch die Frequenz proportional ist, wie dies weiter oben erläutert wurde. Der Spannungsabfall über dem Kondensator 37 ist also dem Quotienten zwischen dem Strom und der Frequenz proportional. Das heißt, daß das Verhältnis zwischen der durch Generation induzierten Spannung und der Spannung über dem Kondensator ein Maß der Massenzahl ist Diese Spannungen sind weiter im wesentlichen in Phase. Ein kleiner Fehler wird durch das Phasenverhältnis infolge der Verluste in dem Schwingungssystem und ebenso eine sich von 90° unterscheidende Verschiebung infolge der Verluste in dem Kondensator 37, und da der Kondensator 37 parallel zu den Widerständen 38 und 39 geschaltet ist, erhalten. Zur Kompensiening aller dieser Phasenverschiebungen ist der Kondensator 40 parallel zu dem Spannungsteiler 39 geschaltet Da die Phasenverschiebungen als konstant bei sich ändernder Massenzahl angesehen werden können und der Widerstand des Spannungsteilers 39 konstant ist, kann auch der Wert des Kondensators 40 konstant gehalten werden.

Aus Fig.8 ist schematisch eine weitere Schaltung ersichtlich, mittels welcher die Massenzahl in digitaler Form erhalten wird. Wie bei der Schaltung gemäß F i g. 7 weist der Primärstromkreis ein Schwingungssystem 34, einen Generator 36 und einen Kondensator 37 auf. Weiter ist eine veränderbare Gegeninduktivität 45 zwischen den Primär- und den Sekundärstromkreis geschaltet Dadurch kann die Gegeninduktion zwischen dem Primär- und dem Sekundärstromkreis kompensiert werden. (Dies ist auch bei der aus Fig.7 ersichtlichen Anordnung möglich.) Natürlich kann lediglich der konstante Teil der Gegeninduktion kompensiert werden. Die Änderung der Gegeninduktion während der weiter obenerwähnten Schwingung kann nur dadurch verringert werden, daß die Gegeninduktion durch einen größeren Abstand zwischen dem Primär- und dem Sekundärstromkreis verringert wird. Die Spannung von der Gegeninduktion 45 wird zu der Spannung des Sekundärstromkreises addiert, und die daraus resultie rende Spannung wird auf einen Ringmodulator 46 geführt Die Spannung von dem Kondensator 37 wird auf einen weiteren Ringmodulator geführt und steuert auch die beiden Ringmodulatoren 46,47. Die Spannung von dem Ringmodulator 46 bildet die gleichgerichtete gemessene Spannung, und die Spannung von dem Ringmodulator 47 bildet die gleichgerichtete Bezugsspannung. Diese Spannungen müssen in jedem Augenblick dividiert werden. Da sich die Bezugsspannung ändert, muß die Division so rasch ausgeführt werden, daß die Bezugsspannung während der Divisionszeit als konstant angesehen werden kann. Die Spannungen von den Ringmodulatoren 46 und 47 werden auf eine Digitalisierungseinrichtung geführt, welche, wie aus der Zeichnung ersichtlich, einen Komparator 48, einen mit einer Toreinrichtung 49 kombinierten Taktfrequenzgenerator, ein Register 50 und einen Digital-Analog-Umwandler 51 aufweist. In dem Komparator 48 wird die Spannung von dem Ringmodulator 46 mit der Spannung von dem Digital-Analog-Umwandler 51 verglichen. Die letztere Spannung wird teilweise durch Einstellung des Digital-Analog-Konverters und teilweise durch den Momentanwert der Bezugsspannung bestimmt. Wenn die Spannung von dem Ringmodulator 46 größer als die Spannung von dem Digital-Analog-Konverter 51 ist, steuern die Impulse von dem Tor 49 das Register 50 in positiver Richtung, sonst in negativer Richtung. Der

Digitalausgang von dem Register 50 stellt die Massenzahl in Digitalform dar. Wie schon weiter oben erwähnt, muß die Eigenfre-

quenz des Schwingungssystems niedrig in bezug auf die Betriebsfrequenz sein, wohingegen die Eigenfrequenzen der einzelnen Bestandteile weit über der Betriebsfrequenz liegen müssen. Anders ausgedrückt muß die Betriebsfrequenz so gewählt werden, daß sie hoch in bezug auf die Eigenfrequenz des Schwingungssystems ist und niedrig in bezug auf die Eigenfrequenzen der einzelnen Bestandteile ist Dadurch wenden für die Wahl der Betriebsfrequenz sehr enge Grenzen gesetzt. Oftmals ist es erwünscht, daß die Einrichtung mit großer Genauigkeit selbst bei sich rasch ändernden Feldern mißt Somit ist es oftmals notwendig, mehrere Divisionsvorgänge während jeder Halbperiode auszuführen. Der Filterung der Spannungen kommt dadurch große Bedeutung zu. In den Augenblicken, in welchen

die Bezugsspannung Null oder nahezu Null ist, wird der Quotient natürlich unbestimmt Deshalb ist es zweckmäßig, den gemessenen Wert festzuhalten, wenn die Bezugsspannung unter einem bestimmten Wert absinkt und die Division erst wieder beginnen zu lassen, wenn die Bezugsspannung diesen Wert überschreitet Dies wird am einfachsten dadurch ausgeführt, daß die Versorgungsspannung für den Komparator 48 abgeschaltet wird, wenn die Bezugsspannung unter einen bestimmten Wert fällt, und wieder angeschaltet wird, wenn die Bezugsspannung diesen Wert übersteigt

Ein anderes Problem entsteht mit sich rasch ändernden magnetischen Feldern. Die Einrichtung kann einen wahren Wert nur dann anzeigen, wenn das

Schwingungssystem mit einer das fragliche magnetische Feld repräsentierenden Geschwindigkeit schwingt. Die höchst zulässige Veränderungsgeschwindigkeit des magnetischen Feldes kann durch die folgende mathematische Betrachtung beurteilt werden. Das magnetische Feld kann als sich linear über der Zeit ändernd angesehen werden.

10

Demzufolge kann man schreiben:
B = B₀ + bt.
Die Differentialgleichung für die Schwingung ist dann:

(B₀ + bt) Llsin <at = m ■ s" + /V + ks.
Die Lösung dieser Gleichung ergibt:

s = s,_ti ■ sin ml + S₁ sin <»l + s₂t cos at + .ν, cos <»ι + v₄ c sin ml + .S₅ c

Durch Ableitung dieses Ausdrucks und Einfügen der Ergebnisse in die Differentialgleichung und Vergleichen der Ausdrücke mit gleicher Zeitabhängigkeit, wird ein Ausdruck für s erhalten. Wenn der Durchschnittsabstand zwischen den Sckundärleitern a ist, so ist der Fluß Φ zwischen diesen

Φ = BL(a + 2s).

Durch Ableitung dieses Ausdrucks wird die induzierte Spannung erhalten. Diese enthält einen Gleichstromanteil, welcher von der Veränderung des Felds abhängt und von welchem angenommen werden kann, daß er während der Verarbeitung der gemessenen Spannung verschwindet. Der Wechselstromanteil der Spannung kann wie folgt angegeben werden:

V = 2

L η + P" («²-f/»)² m(n-+p-)- J

2L²/ iV"^ · ß² + 2 ■ "²^i²ς/Α . β/, + ^l+^rl) ^₂-I _sinmi

L π² + ρ² (τ + ρ^ζ)- „,{η- + ρ-)- J

wobei π = moi² — Arund ρ = /ω.

Wenn die Betriebsfrequenz drei- bis fünfmal größer als die Eigenfrequenz des Systems ist, liegen alle B ■ b und b² enthaltenden Ausdrücke in der Größenordnung ΙΟ-⁴ bis 10"⁷ des ersten Ausdrucks, und zwar bei jenen Werten von f, welche in der Praxis erreicht werden können, und wenn b in der gleichen Größenordnung wie ß liegt, d. h. bei einer Änderung des magnetischen Feldes von 0 bis zu einem Maximalwert innerhalb einer Sekunde. Das bedeutet, daß die induzierte Spannung in jo jedem Augenblick den Ist-Wert (true magnitude) aufweist, selbst wenn sich das Feld so rasch ändert, daß während jeder Halbperiode des Stroms eine beträchtliche Änderung des magnetischen Feldes vorliegt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung einer elektrischen Spannung, die dem Quadrat der Feldstärke eines Magnetfeldes proportional ist, gekennzeichnet durch mechanisch schwingungsfähige Systeme, von denen jedes federnd im Magnetfeld aufgehängte Leiter aufweist, die durch einen Wechselstrom (Primärstromkreis) mit einer höheren Frequenz als die Eigenfrequenz des Systems in Schwingung versetzt werden und die zur Messung der in den Leitern dabei induzierten Spannung (Sekundärstromkreis) an ein Spannungsmeßgerät angeschlossen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter aus zwei parallelen elektrisch in Reihe geschalteten Stäben oder Rohren bestehen, die an Blattfedern aufgehängt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungssystem einen Sekundärstromkreis aufweist, welcher mechanisch mit dem Primärstromkreis verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstromkreis Rohre aufweist und daß der Drähte aufweisende Sekundärstromkreis in den Rohren angeordnet ist

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstromkreis zwei Drähte aufweist, welche in neutraler Lage parallel zu den Primärstromkreiselementen liegen und zu beiden Seiten der Elemente angeordnet sind und mechanisch mit diesen mittels Streben in den Mitten der Drähte verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben elastisch an den Stangen oder Rohren und den Drähten befestigt sind, aber sonst verhältnismäßig steif sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte dergestalt vorgespannt sind, daß die Eigenfrequenz der freien Teile hoch in bezug auf die Frequenz des Wechselstroms ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Drähte mittels einer Vorrichtung mit außerordentlich geringer Federkonstante, wie etwa durch gewölbte Federn, erreicht wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Drähte durch Blattfedern erreicht wird, welche vorzugsweise die Form von gleichschenkligen Dreiecken besitzen, wobei der Draht bei der Spitze zwischen den gleichen Schenkeln angebracht ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstromkreis zwei steife Leiter aufweist, von welchen jeder in der Mitte angelenkt ist und welche mechanisch mit einem zum Primärstromkreis gehörenden Leiter verbunden sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstromkreis mit Leitern versehen ist, welche in der Mitte flexibel oder elastisch auf eine der für den Sekundärstromkreis in den Ansprüchen 5 bis 10 angegebenen Arten ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der dem Quadrat der Feldstärke eines magnetischen Feldes proportionalen Spannung.

Zur Lösung bestimmter Meßprcbleme, insbesondere ■5 der Messung der Massenzahl bei Massenspektrometern, strebt man danach, eine dem Quadrat eines magnetischen Feldes, d. h. der Massenzahl proportionale Größe zu erzeugen. Auch in anderen Fällen strebt man danach, eine Größe zu erzeugen, welche sich mit dem Quadrat

ίο des magnetischen Feldes ändert Dies ist z. B. bei der Messung der Anziehungskraft eines Magneten der Fall. Die Einrichtung gemäß Erfindung liefert direkt eine Spannung, welche dem Quadrat eines magnetischen Feldes proportional ist

is Es sind bereits Einrichtungen zur Messung der Massenzahl für Massenspektrometer bekannt, welche auf der Grundlage der Messung des magnetischen Feldes mit Hilfe von Hall-Generatoren arbeiten. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, derartige Meßgeräte mit einem ausreichenden Genauigkeitsgrad auszubilden. Andererseits strebt man jedoch danach, dem Meßfehler weit unter einer Massenzahleinheit zu halten. Deshalb sollte die Meßgenauigkeit in Massenspektrometern, welche bis zu einer Massenzahl von 1000 verwendet werden können, 0,05% in bezug auf die Massenzahl betragen. Wegen der quadratischen Abhängigkeit muß somit das magnetische Feld mit einer Genauigkeit von 0,025% gemessen werden. Die Wirkung des Hall-Generators beruht auf bestimmten Materialeigenschaften

ίο und ändert sich sowohl individuell von Generator zu Generator als sie auch von äußeren Umständen, und zwar hauptsächlich von der Temperatur, abhängt Der Hall-Generator muß mit großer Genauigkeit temperaturstabilisiert sein, was aufwendig und schwierig ist und den Nachteil mit sich bringt, daß die Erstreckung der Meßeinrichtung in Feldrichtung mehrfach größer als jene des Hall-Generators ist. Zusätzlich zu der Ausrüstung für die Konstanthaltung der Temperatur des Hall-Generators und zur Versorgung des Hall-Generators mit einem stabilen Strom ist auch eine Einrichtung zum Quadrieren der Spannung von dem Hall-Generator erforderlich. Eine andere Art einer Meßeinrichtung für die Massenzahlen für Massenspektrometer arbeitet auf dem Prinzip der Induktion. In diesem Falle wird um

4^ri einen magnetischen Pol eine Leiterschleife angeordnet. Die Schleife ist an einen Integrationsverstärker angeschlossen, dessen Ausgang auf eine Quadrierungseinrichtung geführt ist. Der Magnet wird in ausreichend kurzen Zeitabständen demagnetisiert, und die Einrich-

^r)0 tung wird auf Null gestellt. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, einen Integrator herzustellen, welcher die oben angegebene Genauigkeit während irgendeiner Zeitdauer einhält.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist durch eine

ν-, Anzahl mechanisch schwingungsfähiger Systeme gekennzeichnet, von denen jedes federnd im Magnetfeld aufgehängte Leiter aufweist, die durch einen Wechselstrom (Primärstromkreis) mit einer höheren Frequenz als die Eigenfrequenz des Systems in Schwingung

bo gebracht werden und die zur Messung der in den Leitern dabei induzierten Spannung (Sekundärstromkreis) an ein Spannungsmeßgerät angeschlossen sind. Der Primärstromkreis kann zwei parallele Stäbe oder Rohre aufweisen, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind und an Blattfedern aufgehängt sind. In den Primärstromkreis wird eine Spannung induziert, welche dem Quadrat des magnetischen Feldes proportional ist. Die Spannung des Primärstromkreises weist aber auch eine