DE2107076A1 - Magnetischer Dickenmesser - Google Patents

Description

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PATENTANMELDUNG Magnetischer Olekenmesser

Die Erfindung betrifft magnetische Messgeräte zur Messung der Dicke von unmagnetischen Schichten auf ferromagnettscher Unterlage oder der Dicke von magnetischen Schichten, gegebenenfalls auf nichtmagnetischen Unterlagen.

Magnetische Dickenmesser.für Schichten sind in verschiedenen Arten gebaut worden:

a) Ausnutzung der Haftkraft auf der zu messenden Schicht,

b) Ausnutzung der Beeinflussung eines magnetischen Gleichfeldes durch die Schicht,

c) Ausnutzung der Beeinflussung eines magnetischen Wechselfeldes durch die Schicht.

In Allen Fällen wird die zu messende Schicht mit einem oder auch mit zwei Messpolen berührt, die aus ferromagnetischem Werkstoff bestehen und im allgemeinen halbkugelförmi$ ausgebildet sind. Diese Messpole bestehen Im Fall a) aus Dauermagnetwerkstoff oder aus Weicheisen, in den Fällen b) und c) immer aus Weicheisen. MlfDauermagnetwerkstoff" Ist ein Werkstoff mit hoher Koerzltlvfeidstärke H_c > 100 Oersted und verhältnlsmässlg hoher Sättigungsmagnetisierung gemeint, mit "Weicheisen" ein Werkstoff mit niedriger Koerzltlvfeldstärke, aber hoher Sättigungsmagnetisierung von 18 000 bis ■21 400 Gauss.

Dickenmesser mit Messpolen aus diesen Werkstoffen besitzen den Nachteil, dass bei der Zusammenschnürung der magnetischen Fluss!inlen am Berührungspunkt mit der Schicht die Messung stark von dem jeweiligen Zustand der Schicht am Berührungspunkt beeinflusst wird:

Kleine Erhöhungen oder Vertiefungen dieser Stelle täuschen Stark streuende Messwerte vor, die aber für die Bestimmung der Schichtdicke Im MIttel ohne Bedeutung sind. Auch verläuft die Kalibrierkurve (Ausschlag In Abhängigkeit von der Schichtdicke) am Beginn des Messbereiches, bei dünnen Schichten auf magnetischer Unterlage, zu stell, um später, bei dickeren Schichten, zu flach zu sein.

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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile der bekannten Schichtdickenmesser. Sie besteht darin, dass bei magnetischen Dickenmessern der Messpol oder die Messpole aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehen, der eine niedrige * Sättigungsmagnetisierung von weniger als 14000 Gauss aufweist.

Durch die niedrige Sättigungsmagnetisierung des Messpoles wird das Zusammenschnüren der magnetischen Ffussiinlen an der Berührungsstelle mit der Schicht verringert und dadurch ein gleichmässigerer Skalenverlauf erzielt. Es hat sich gezeigt, dass damit auch ein weiterer Messbereich, von 0 aus zu höheren Schichtdicken, ermöglicht Ist. Ferner erlaubt die erflndungsgemässe Verwendung von Messpolen mit niedriger Sättigungsmagnetisierung bei der Messung von nichtmagnetischen Schichten auf ferromagnetlscher Unterlagen, diese Messung auf wesentlich dünneren Unterlagen durchzuführen, auf denen bei starkem Zusammenziehen der magnetischen Flussllnlen wegen der Sättigung der Unterlage keine Messung mehr möglich Ist.

ErfIndungsgemäss Ist es vorteilhaft, wenn der. Werkstoff der Messpole eine Koerzltivfeidstärke von weniger als 3 Oersted, vorzugsweise weniger als 1 Oersted, sowie eine mechanische Härte von mehr als Hr_c* 20 aufweist.

Ein Werkstoff, der nach der Erfindung für Messpole von Dlckenmessern vorteilhaft Verwendung findet, besteht aus einer Legierung von Fe mit 13-bis t8j6 Al, vorzugsweise aus Fe mit ca.· \6% Al, und weist eine Sättigungsmagnetisierung von 4000 bis 10.000 Gauss und eine Koerzltivfeidstärke von weniger als 1 Oersted auf. Dabei kann zur Beeinflussung der Härte das Ai bis zu 8% durch Si ersetzt sein. Geringe, die genannten Eigenschaften der Legierung nicht wesentlich beeinflussende Zusätze an weiteren Elementen sind selbstverständlich möglich.

Erf Indungsgemässe Messpole mit niedriger Sättigungsmagnetisierung sind bei den drei oben genannten Messverfahren von Vorteil. In Flg.- 1 Ist ein Dickenmesser nach dem Haftkraftprinzip dargestellt, bei dem ein Dauermagnet.· 1 , der mit einem Pol 2 mit niedriger Sättigungsmagnetisierung versehen Ist, von der nichtmagnetischen Schicht 3 , die auf der ferromagnetl sehen Unterlage 4 liegt, mittels der Feder 5 abge-

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zogen. Die maximale Haftkraft wird auf der Skala 6 mittels Zeiger 7 > abgelesen und ist ein Maß für die Dicke der Schicht 3 .

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Den Verlauf der Haftkraftkurven zeigt Flg. 2 . Darin Ist die Haftkraft über der Schichtdicke aufgetragen. Bei einem Messpol mit hoher Sättigungsmagnetisierung von ca. 20.000 Gauss wird die Kurve d erhalten, bei einem solchen mit einer Sättigungsmagnetisierung von ca. 8.000 Gauss die Kurve e , die Im Anfang flacher verläuft und einen weiteren Bereich überstreicht.

FIg. 3 zeigt einen Dickenmesser, bei dem ein magnetisches Gleichfeld durch die Dicke einer Schicht beeinflusst wird. Der Fluss des Dauermagneten 8 verläuft teils durch den Nebenschluss 9 und den Luftspalt' 10 mit einem magnetfeldempfindlichen Halbleiter, z.B. einer Hai!sonde> H.. , teils über die Messpole 12. und . 13 durch die zu messende nichtmagnetische Schicht 14 zu der magnetischen Unterlage ■ 15. hin. Die magnetische Feldstärke Im Luftspalt des Nebenschlusses beeinflusst die Hai!sonde ^: 11 , deren Hallspannung» mit dem Gerat· 16. ausgewertet wird. Auch hler ergibt die Verwendung eines erfindungsgemässen Werkstoffes für die Messpole 12 und 13- einen besseren Kurvenverlauf, einen grösseren Messbereich sowie die weiteren oben genannten VorteiIe.

Auch bei Dickenmessern mit magnetischem Wechselfeld können die erfIndungsgemässen Werkstoffe Verwendung finden. Das Schema eines solchen Messgerätes ist in Fig. 4 dargestellt.

Auf einem Messpol .· 17. > Ist eine Wicklung.· 18 aufgebracht, die als Zweig In einer Brücke* 19. liegt und vom Generator 20 mit Wechselspannung versorgt wird. In Abhängigkeit von der Dicke der zu messenden Schicht >21 auf der ferromagnetlsehen Unterlage 22 tritt eine Versttmmung der Brücke > 19 ein, sodass nach Kalibrierung am Instrument 23 Werte der Schichtdicke abgelesen werden können. Bei der Messung mit magnetischem Wechsel feld Ist es besonders vorteilhaft, dass die erfIndungsgemässen Legierungen mit niedriger Sätttgungsmagnetlslerung oft auch eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dies Ist z.B. bei den genannten Fe-Legierungen mit Al und/oder SI der Fall, in Bezug auf die geringe elektrische Leitfähigkeit liegen die Ferrite noch niedriger. Da sie auch eine geringe magnetische Sättigungsmagnetisierung aufweisen, sind sie für Messpole von Dickenmessern erfindungsgemäss ebenfalls besonders geeignet.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   ■Μ)./Magnetisches Messgerät zur Messung der Dicke von nichtmagnetischen Schichten auf ferromagnetischer Unterlage oder von magnetischen Schichten auf nichtmagnetischer Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Messpole aus einem weichmagnetischem Werkstoff bestehen, dessen Sättigungsmagnetisierung weniger als 14ooo Gauss beträgt.
2. 2) Magnetisches Messgerät nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß Meßpole eine Koerzltlvfeldstärke von weniger als 3 Oersted aufweisen,

   ^ vorzugsweise weniger als 1 Oersted.
3. 3) Magnetisches Messgerät nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messpole eine mechanische Härte von mehr als HRc= 20 aufweisen.
4. 4) Magnetisches Messgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messpole aus einer Legierung von Fe mit 13 -> \8% Al bestehen.
5. 5) Magnetisches Messgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messpole aus einer Legierung von Fe mit ca.· 16$ Al bestehen, die eine Sättigungsmagnetisierung von 5000 bis 10 000 Gauss und eine Koerzltlvfeldstärke von weniger als 1 Oersted aufweisen.

   a 6) Magnetisches Messgerät nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Al bis zu 8% durch Si ersetzt ist.

   7>· Magnetisches Messgerät nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messpole aus einem Ferrit bestehen.

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