DE2328690A1

DE2328690A1 - Potential-polspule zur messung von magnetischen werkstoffen

Info

Publication number: DE2328690A1
Application number: DE2328690A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Steingroever
Original assignee: NIX STEINGROEVE ELEKTRO PHYSIK
Current assignee: NIX STEINGROEVE ELEKTRO PHYSIK
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1974-12-19
Also published as: DE2328690B2; SU536762A3; GB1459567A; JPS5077067A; FR2232764A1; US3925724A

Description

ELEKTRO-PHYSIK o

for

Hans Nix a Dr.-Ing. E. Steingroever KS. UND MESSTECHNIK

KÖLN BO CNiehl), Pasteurstrasse 15, ® CO221) "7B 5O85

Patentanmeldung 2?.5·73.

Potential - Polspule zur Me s.sung von magnetischen Werkstoffen.

Die Erfindung· betrifft eine Spule zur Messung der Hysterese kurve von magnetisehen Werkstoffen , insbesonders zur Messung der "inneren Feldstärke H .

Bekanntlich werden die magnetischen Eigenschaften von Werk stoffen durch die Hysterese - Kurve, £|uch Magnetisierungskurve genannt, dargestellt. Sie zeigt die Induktion B oder die Magnetisierung B - H in Abhängigkeit von der Feldstärke H im Magnetwerkstoff.

Die Messung der Induktion B erfolgt beispielsweise mit einer die zu messende Probe umschliessenden Spule oder mit einer in den Pol eines MessJoches eingebetteten Polspule, auf der die zu messende Probe aufliegt . Die Feldstärke H konnte im Inneren der Probe bisher nicht gemessen werden . Man hat sich damit begnügt, sie neben der Probe .zu messen und den gemessenen "Wert gleich dem in der Probe herrschenden anzunehmen oder auf diesen zu extrapolieren ( DIN 50 4-70 , .1964- , Absatz 8.3 ). Diese Annahme ist aber ungenau, besonders bei der Messung hochkoerzitiver Werkstoffe in einem Joch, wenn bei hohen Induktionen eine magnetische Sättigung der Weicheisenpole des MessJoches auftritt,

Nach der Erfindung wird die magnetische Feldstärke H mit .einer durch den Pol des Messöoches verlaufenden Potentialspule gemessen, deren eines Ende die zu messende Probe auf ihrer Stirnseite

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berührt, während das andere Ende auf einem Punkt konstantenmagnetischen Potentials liegt. ■ Io ΖόόόΌ

Eine Potentialspule ist bekanntlich eine lange Spule mit konstantem Wert von n.¥/£ , worin η die Windungszahl', F die Windungsfläche und £ die Länge der Spule ist .Sie ist also eine Spule mit konstanter Windungsflächendichte . Sie kann beispielsweise auf einen Stab von konstantem Querschnitt mit konstanter Windungsdichte τι/Z gewickelt sein. Ist eine Potentialspule an ein magnetisches Fluxmeter angeschlossen, so zeigt dieses Änderungen der magnetischen Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden der Potentialspule unmittelbar an. Legt man das eine Ende einer Potentialspule auf einen Punkt, dessen magnetisches Potential sich nicht ändert, so kann man mit dem anderen Ende Potentialänderungen unmittelbar messen .

Eine solche Potentialspule wird nach der Erfindung im Weicheisenpol eines magnetischen MessJoches "angeordnet und im Folgenden als Potential-Polspule bezeichnet .

Ein Beispiel der Erfindung ist in Fig.1 dargestellt. Zwischen den Polen N und S eines Mess Joches ist die zu messende Magnetprobe 1 eingespannt. Die Induktion B wird mit einer Umspule 2, die die Probe 1 eng umfasst und die an das Fluxmeter 3 angeschlossen ist , in bekannter Weise gemessen . Die innere Feldstärke H in der Probe 1 wird mit der erfindungsgemässen Potential- Polspule 4 gemessen , die durch einen Kanal im unteren Pol des Messjoches verläuft und mit einem Ende a die Stirnfläche der Probe 1 berührt, während das andere Ende b so weit. von der Messanordnung entfernt liegt, dass dort das magnetische Feld praktisch O ist. Die Potential - Polspule 4· ist mit einem Flux-'

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meter 5 verbunden, das'den Potentialunterschied zwischen den
Punkten a und b anzeigt : er ist dem Produkt aus der inneren Feldstärke Ή und der Probenlänge ü proportional. Man erhält daraus leicht die gesuchte innere Feldstärke H durch Division mit der halben Probenlänge £/2, indem beispielsweise die Empfindlichkeit des Fluxmeters 5 entsprechend eingestellt wird ,

In Fig.2 ist eine zweckmässige Ausführung einer Potential- Polspule nach der Erfindung dargestellt . Diese besteht aus zwei geraden'Teilspulen 6 und 7 > die senkrecht zueinander in Bohrungen des unteren Messpoles angeordnet und in Serie mit dem
Fluxmeter 8 verbunden sind . Mit ihnen wird die innere Feldstärke H wie oben beschrieben gemessen . Die Induktion B w'ird mit einer an sich bekannten , im unteren Pol eingebetteten Polspule 9 gemessen, die an das Fluxmeter 10 angeschlossen ist. Sie erfasst den Teil des Flusses des.-zu messenden Magneten 11, der durch ihre Fläche verläuft, sodass beliebig grosse Magnete gemessen werden können, ohne dass ihr Querschnitt bestimmt werden muss, wie es bei der Messung nach Fig.1. der Fall ist .

Nach Fig.3 kann auch in jedem der beiden Messpole 12 und 13
eine Potential- Polspule (14 und 15 ) angeordnet sein, deren Enden c und d die beiden Endflächen der zu messenden Probe 16 berühren, während ihre beiden anderen Enden e und f nahe beieinander liegen, möglichst in einem feldfreien Raum. Die beiden Spulen sind in Serie geschaltet und mit dem Fluxmeter 17
verbunden, dessen Empfindlichkeit entsprechend der Probenlänge £ so gewählt wird , dass unmittelbar die innere Feldstärke H
in der Probe angezeigt wird . Diese Anordnung der Potential-Polspulen ist bei der Messung von Proben mit inhomogener Verteilung der magnetischen Werte zweckmässig .

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In Fig.3 ist das magnetische Potenbialfeld eingezeichnet, das sich bei der Messung von Proben mit hoher Sättigungsmagnetisierung und/oder hoher Koerzitivfeidstärke ergibt :es tritt eine magnetische Sättigung der Weicheisenpole im Bereich der Probe auf , sodass die dit^ Polflächen des Messjoches keine Aequipotential flächen mehr sind. Vielmehr verlaufen diese etwa wie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet.

Die Folge ist , dass die magnetische Feld -

stärke neben der Probe nicht mehr gleich der inneren Feldstärke H ist und es nicht möglich ist , von der Feldstärke neben der Probe auf die innere Feldstärke H zu schliessen . Bei der erfindungsgemässen Messung mit einer oder mit zwei Potential-_;Polspulen wird dagen die tatsächlich in der Probe herrschende Feldstärke H gemessen.

Bei der Messung der inneren Feldstärke H mit der erfindungsgemässen Potential-Polspule kann der Fehler,, der durch die Anordnung des Kanales für die Potential-Polspule unter der Probe entsteht, sehr klein gehalten werden. Bei entsprechender Empfindlichkeit des Fluxmeters braucht die Potential-Polspule nur einen Durchmesser von etwa 1 mm zu besitzen, sodass bei Proben von et-10 mm Durchmesser praktisch keine merkliche Störung des Flusses durch die Probe auftritt . Eine Potential-PoIspule nach der Erfindung besteht beispielsweise aus einigen Lagen Kupferdraht von 0,04 mm 0 , die mit konstanter Windungsdichte n/i auf einen nichtmagnetischen Kern von 1,00 mm 0 gewickelt sind .

Erfindungsgemäss ist es auch vorteilhaft, bei homogenen Proben die Induktion B auf der einen Seite und die magnetische Feldstärke H auf der anderen Seite der Probe zu messen, indem die Polspule für B in dem einen Pol , die Potential-Polspule für H in dem anderen Pol gegenüberliegend

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angeordnet sind . ' ^

In bekannter Weise können die Mess-Spulen für B und H gegeneinander in Serie geschaltet werden, sodass die Magnetisierung 'B-H = J. gemessen wi-rd. In Fig.4 ist eine solche Messung an einer Probe aus.· Reinnickel dargestellt. Mit g ist die J(H)-Kurve bezeichnet, die man mit in Serie geschalter Polspule für B und neben der Probe angeordneter Mess-Spule für H erhält : sobald die Induktion in den Polen des Messjoches etwa 1,2 Tesla ( = 12 K'ilogauss) überschreitet, misst die H- Spule eine zu grosse Feldstärke, sodass J=B-H kleiner als die Vorher schon erreichte Sättigungsrtiagnetisierung wird . Verwendet man für die Messung der Feldstärke H die erfindungsgemässe Potential-Polspule, so ergibt sich die Kurve h, aus der die Sättigungsmagnetisierung der Probe entnommen werden kann.

Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für die Messung von hochkoerzitiven Werkstoffen, z.B. von Alnico- Legierungen, von Barium-Strontium-Ferriten und von Seltenen iürden-Kobalt-Legierungen . In Fig.5 ist die Messung der J(H)- Kurve an einer Probe aus SmCo^ aufgezeichnet . Wird die magnetische Feldstärke H

mit einer neben der Probe angeordneten Spule gemessen, ergibt sich der Verlauf i mit dem gleichen Fehler wie in Fig.4 _o Misst man dagegen H mit der erfindungsgemässen Potential-Polspule, so ergibt sich die richtige Einmündung k der J(H) - Kurve in die magnetische Sättigung .

Die erfindungsgemässe Potential-Polspule kann sowohl bei der Messung von hartmagnetischen als auch von weichmagnetischen Stoffen verwendet, werden . Sie ist auch für die Messung der Säfctigungsmagnetisierung oder der Koerzitivfeidstärke von Stoffen vorteilhaft .

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Erfindungsgemäss kann ein Messpol mit Potential-Polspale auch vorteilhaft zur Messung "offener" Dauermagnete verwendet v/erden, d.h. solcher Dauermagnete, die nicht in einem magnetischen Rückschluss angeordnet sind . Ein solcher Messpol ist in Fig.6 dargestellt. Mit 18 ist der Messpol aus Weicheisen bezeichnet , mit 19 und 20 die aus zwei Teilspulen bestehende Potential-Polspule, mit 21 das damit-verbundene Fluxmeter. Der zu nessende magnetisierte Dauermagnet 22 mit den Polen N und S wird, nachdem das Fluxmeter-auf O gestellt worden ist, auf _r den Mescpul aufgelegt, sodass er das''Mess-Ende der Potential-Polspule bedeckt. -Bekanntlich verläuft der magnetische Fluss eines derart auf einer magnetisch gut leitenden Fläche liegenden Magneten so, als ob sich sein Spiegelbild im Inneren des'Messpoles befände ; dieses ist gestrichelt angedeutet. Der magnetische· Arbeitspunkt des zu messenden Magneten entspricht daher seinem doppelten Dimensionsverhältnis Länge/Durchmesser. Für diesen Arbeitspunkt zeigt das Fluxmeter den Wert der inneren Feldstärke H an . Da zu jedem Dimensionsverhältnis eine Arbeitsgerade im B(H)-Diagramm bekannt ist ( z.B. E.Steingroever , Archiv für Elektrotechnik 194-9, S.392-393 )j ist mit der Messung der inneren Feldstärke H ein Arbeitspunkt bestimmt; dieser liegt auf einer inneren Magnetisierungskurve , weil der offene Magnet zunächst einen seinem Dimensionsverhältnis entsprechenden Arbeitspunkt auf der äusseren Magnetisierungskurve eingenommen hatte . Diese erfindungsgemässe Verwendung eines Messpoles mit Potential-Polspule ist besonders vorteilhaft bei der automatischen Messung grosser Serien von Dauermagneten .

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Claims

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Patentansprüche .

■OjPobential-Polspule zur Messung von magnetischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet , dass sie den Weicheisenpol eines Messjoches durchläuft und mit einem Ende die Stirnseite der zu messenden Probe berührt .'
2) Potential-Polspule-nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 4a-es—sie mit einem Ende die Stirnseite der zu messenden Probe berührt und mit dem anderen Ende auf einem Punkt konstanten magnetischen Potentiales liegt .
3) Potential-Polspule nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet , dass sie mit einem magnetischen Fluxmeter oder Integrator verbunden ist .
4) Potential-Polspule nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , dass sie aus zwei oder mehr Teilspulen besteht.
5) Potential-Polspule nach Anspruch 1 bis 4- , dadurch kekenn-

- zeichnet , dass sie eine konstante Windungsflächendichte aufweist .
6) Messpol':. für Magnete und magnetische Werkstoffe , dadurch gekennzeichnet _t dass eine Potential-Polspule nach Anspruch 1 bis 3 achsial darin angeordnet und in Serie mit einer im Winkel dazu liegenden Potential-Polspule von gleicher Windungsflächendichte geschaltet ist .
7) Messpol für Magnete und magnetische Werkstoffe , dadurch gekennzeichnet , dass eine Potential-Polspule nach- Anspruch 1 bis 6 mit dem die zu messende Probe berührenden Ende im Inneren einer an sich bekannten Polspule für die Messung der Induktion B angeordnet ist .
8) Messjoch , dadurch gekennzeichnet , dass beide Messpole mit Potential-Polspulen nach Anspruch 1 bis 7 ausgerüstet sind.

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9) Verwendung der Potential-Polspule nach Anspruch 1 bis 8 bei der Messung der Hysteresekurven B(H) und J(H) von magneti- - sehen Werkstoffen und Magneten .
10) Verwendung- der Potential-Polspule nach Anspruch 1 bis 8 bei

von
der Messung der Sättigungsmagnetisierung magnetischen Werk-

■ stoffen und Magneten .
11) Verwendung der Potential-Polspule nach Anspruch 1 bis 8 bei der Messung der Koerzitivfeldstärke von magnetischen Werkstoffen und Magneten .

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