DE2341088A1 - METHOD OF MEASURING THE MAGNETIC OR ELECTRICAL PROPERTIES OF A FERROMAGNETIC MATERIAL - Google Patents
METHOD OF MEASURING THE MAGNETIC OR ELECTRICAL PROPERTIES OF A FERROMAGNETIC MATERIALInfo
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NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA, Tokyo/JapanNIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA, Tokyo / Japan
Verfahren zum Hessen der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines ferromagne ti sehen MaterialsMethod of measuring the magnetic or electrical properties of a ferromagnetic material
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zu Kessen der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines ferroinägnetisehen Materials und insbesondere ein kontaktfraies Verfahren zur Durchführung einer solchen Messung.The invention "relates to a method for Kessen the magnetic or electrical properties of a ferro-inorganic material and in particular a non-contact method for performing such a measurement.
Ein bekanntes kontaktfreies Verfahren zum Hessen der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines ferromagnetisehen Materials, wie einer Eisen- und Stahlplatte, einer Zinn- oder Nickelplatte besteht darin, daß eine Wechselspannung mit vorgeschriebener Frequenz (im allgemeinen 5 bis 100 kHz) von einer Spannungsquelle an eine Meßspule gelegt wird, die in der Nähe des obengenannten ferromagnetischen Probekörpers angeordnet ist, um die Spule zu erregen,und die sich ändernden magnetischen oder elektrischen Eigenschaften des ferromagnetisehen Probekörpers aus den Änderungen der zwischen beiden Enden der Meßspule durch die Erregung liegenden Spannung bestimmt werden.A well-known non-contact method for hesse the magnetic or electrical properties of a ferromagnetic see Material, such as an iron and steel plate, a tin or nickel plate is that an alternating voltage with prescribed Frequency (generally 5 to 100 kHz) is applied from a voltage source to a measuring coil which is in the vicinity of the above ferromagnetic specimen is arranged to excite the coil, and the changing magnetic or electrical properties of ferromagnetic see Test specimen can be determined from the changes in the voltage between the two ends of the measuring coil due to the excitation.
Wenn ein ferromagnetischer Probekörper Bereiche enthält, die unterschiedliche magnetische oder elektrische EigenschaftenWhen a ferromagnetic specimen contains areas with different magnetic or electrical properties
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zeigen, dann wird "bei den "bekannten Verfahren das Auftreten eines Magnetflusses oder eines Wirbelstromes in diesen Bereiche: in einer Höhe verursacht, die sich mit der Intensität des magnetischen Wechselfeldes ändert, das durch die erregte Meßspule geliefert v/ird. Dadurch werden Änderungen der effektiven aus einem induktiven und einen ohnschen Bestandteil "bestehenden Impedanz der erregten Heßspule und folglich der zwischen beiden Enden der Spule auftretenden Spannung veranlaßt. Daher können durch Messungen der Änderung dieser Spannung leicht beispielsweise Änderungen in der Temperatur, der der Probekörper ausgesetzt ist, verschiedene Fehler wie Feinlunker, Schrammen, Dicken von Se'igerungslagen, Senken, Ausstülpungen und Unreinheiten, sowie geschweißte Bereiche bestimmt werden.show, then "in the" known methods will occur a magnetic flux or an eddy current in these areas: caused at a level that differs with the intensity of the magnetic Alternating field changes, caused by the excited measuring coil delivered v / ird. This changes the effective "inductive and non-inductive" components Impedance of the energized hot coil and consequently that between the two Ends of the coil caused voltage occurring. Hence can by measuring the change in this voltage easily, for example Changes in the temperature to which the test specimen is exposed, various defects such as pinholes, scratches, Thickness of segregation layers, depressions, protuberances and impurities, as well as welded areas can be determined.
Ein anderes herkömmliches kontaktloses Verfahren zum Kessen der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines ferromagnetischen Materials besteht darin, daß als Quelle für die Meßsignale ein Resonanzoszillator verwandt wird, dessen frequenz von einem Resonanzkreis bestimmt wird, der aus einer Keßspule, die sich in der ITähe des Probekörpers befindet und einem Kondensator besteht, der damit parallel oder in Reihe geschaltet ist.Another conventional non-contact method of cooking the magnetic or electrical properties of a ferromagnetic Material consists in that a resonance oscillator is used as the source for the measurement signals, the frequency of which is determined by a resonance circuit consisting of a Keßspule, which is located in the vicinity of the specimen and a capacitor connected in parallel or in series therewith.
Wenn der Probekörper Bereiche enthält, die unterschiedliche magnetische oder elektrische Eigenschaften zeigen, ergibt sich bei dem obengenannten herkömmlichen kontaktfreien Verfahren, bei dem ein Resonanzoszillator als Quelle für die Meßsignale verwandt wird, daß die erregte Meßspule eine sich ändernde effektive Inpedanz in diesen Bereichen zeigt, wie es auch bei dem oben beschriebenen Brückenverfahren der Fall ist.If the specimen contains areas showing different magnetic or electrical properties, results in the above-mentioned conventional non-contact method in which a resonance oscillator is used as the source for the Measurement signals is used that the excited measuring coil shows a changing effective impedance in these areas, such as it is also the case with the bridging method described above is.
Verglichen mit dem Brückenverfahren hat ein Meßverfahren, bei dem der obengenannte Resonanzoszillator verwandt wird, den Vorteil, daß die sich ändernde effektive Impedanz der erregten Meßspule empfindlicher ir. Form der sich ändernden FrequenzCompared with the bridge method, a measuring method has at to which the above-mentioned resonance oscillator is used, the The advantage is that the changing effective impedance of the energized measuring coil is more sensitive to the shape of the changing frequency
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des Resonanzkreices des Oszillators gemessen wird, ν,-oäurch. Bereiche den Probekörpers bestimmt v;erden, die unterschiedliche magnetische oder elektrische Eigenschaften zeigen.of the resonance circle of the oscillator is measured, ν, -oäurch. Areas of the test specimen are determined which are different show magnetic or electrical properties.
Bei iäen bekannten Heß verfahr en,- bei denen entweder ein BrückenwsriTeabBHeai «der der Resonanzoszillator benutzt wird, ändert sich im allgemeinen der Spalt zwischen dem Probekörper und der Meßspule in einem Bereich von etwa _+ 2 mn. Diese Erscheinung ist allgemein bekannt. Polglich zeigt selbst dann, wenn der Probekörper keinerlei Änderung in seinen magnetischen und elektrischen Eigenschaften aufweist, nicht nur der effektive ohmsche Widerstand, sondern auch die effektive Induktivität der erregten Heßspule Änderungen, was die Meßgenauigkeit der entsprechenden Vorrichtung erheblich herabsetzt und in extremen Fällen die Messung vollkommen unmöglich macht. Daher sollten die herkömmlichen Verfahren soweit wie möglich vor Einflüssen, die von der räch ändernden Spaltbreite zwischen dem Probekörper und" der Heßspule verursacht werden, nämlich vor jeder Herabsetzung der Heßgenauigkeit bewahrt werden. Bisher ist jedoch keine Gegenmaßnahme gegen das obengenannte Indern der effektiven Impedanz der Eeßspule in Betracht gezogen worden. Ein gebräuchliches Verfahren, die Einflüsse der Änderung der Spaltbreite zu mildern,besteht darin, ein Heßspulenpnar vorzusehen, das einander gegenüber unter nahezu gleichen Bedingungen angeordnet int, um die Änderungen in der effektiven Impedanz beider Keßspulen auszugleichen oder die Änderungen durch eine elektrische Rückkopplung zu unterdrücken.With all known Hess procedures, - where either a bridge wsriTeabBHeai When the resonance oscillator is used, the gap between the specimen and the the measuring coil in a range of about _ + 2 mn. This appearance is well known. Polglich shows even if the specimen shows no change in its magnetic and electrical properties, not just the effective one ohmic resistance, but also the effective inductance the excited coil changes, which increases the accuracy of the corresponding device and makes the measurement completely impossible in extreme cases. Therefore should the conventional procedures as far as possible from influences, the width of the gap between the test specimen, which changes accordingly and "caused by the hot coil, namely prevented from any degradation of the heating accuracy. So far, however, no countermeasure against the above-mentioned inducing of the effective impedance of the eating coil has been considered. A common practice that influences the change To mitigate the gap width is to use a hot coil coil provide that opposite each other under nearly equal conditions arranged int to compensate for the changes in the effective impedance of both Keßspulen or the changes suppressed by an electrical feedback.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Hessen der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines ferromagnetischen Materials vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, sehr wirkungsvoll Änderungen im induktiven Anteil der effektiven Impedanz der Meßspule zu verringern, deren Auftreten aus der Änderung der Spaltbreite zwischen dem ferromagnetischen Frobekörpsr und der Heßspule zu erwarten sind, ohne irgendeineIt is therefore the object of the invention to provide a method for measuring the magnetic or electrical properties of a ferromagnetic To propose material with which it is possible to very effectively change the inductive part of the effective Reduce the impedance of the measuring coil, the occurrence of which results from the change in the gap width between the ferromagnetic Frobekörpsr and the Hessspule are to be expected without any
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äussere Kompensationseinrichtung vorzusehen.external compensation device to be provided.
Es sind Untersuchungen mit einem Verfahren zum Hessen der Änderungen der magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines ferromagnetischen Probekörpers angestellt worden, "bei dem eine Wechselspannung vorgeschriebener Frequenz von einer Meßsignal- quelle an eine Inder Nähe des Probekörpers angeordnete Meßspule gelegt wird, um die Spule zu erregen, und eine sich ändernde Spannung zwischen beiden Enden der erregten Spule gemessen wird. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die effektive Impedanz der erregten Meßspule während der Messung die im folgenden beschriebenen spezifischen Änderungen zeigt, die von der Frequenz, der an die Meßspule angelegten Spannung und von dem obengenannten Spalt abhängen. Investigations have been carried out with a method for measuring the changes in the magnetic or electrical properties of a ferromagnetic specimen, "in which an alternating voltage of a prescribed frequency is applied from a measurement signal source to a measuring coil located near the specimen in order to excite the coil and a varying voltage between both ends of the energized coil is measured. As a result, it was found that the effective impedance of the excited measuring coil shows the specific modifications described below during the measurement, of the frequency, the voltage applied to the measuring coil voltage and depend on the above gap.
Wenn nämlich die Frequenz der an die Meßspule angelegten Spannung und der Spalt so gewählt sind, daß sie einen optimalen Wert (im folgenden als "maximaler Wert" bezeichnet) haben, dann bleibt der induktive Anteil der effektiven Impedanz der erregten Keßspule nahezu konstant, während sich allein deren ohmscher Anteil ändert, obwohl sich die Spaltbreite zwischen dem Probekörper und der Meß spule mehr oder weniger während der Messung ändern kann.If the frequency of the voltage applied to the measuring coil and the gap are chosen so that they are optimal Value (hereinafter referred to as "maximum value"), then the inductive component of the effective impedance of the excited remains Keßspule almost constant, while only their ohmic component changes, although the gap width between the Test specimen and the measuring coil can change more or less during the measurement.
Es hat sich weiterhin bestätigt, daß dann, wenn entv/eder die Frequenz der an die Keßspule angelegten Spannung oder die Spaltbreite von dem obengenannten maximalen Wert abweicht, die eigenartige Erscheinung auftritt, daß sich nicht nur der ohmsche Anteil sondern auch der induktive Anteil der effektiven Impedanz der erregten Maßspule ändert und insbesondere der induktive Anteil mit steigender Abweichung der Frequenz und der Spaltbreite vom obengenannten maximalen V/ert eine deutlichere Änderung zeigt, die nicht durch die sich ändernden magnetischen oder elektrischen Eigenschaften des Probekörpers selbst verusacht wird.It has been further confirmed that when either the frequency of the voltage applied to the Keßspule or the gap width deviates from the above-mentioned maximum value, the peculiarity The phenomenon occurs that not only the ohmic part but also the inductive part of the effective impedance the energized measuring coil changes and in particular the inductive component with increasing deviation of the frequency and the gap width a clearer change from the above-mentioned maximum value shows that are not due to the changing magnetic or electrical properties of the test specimen itself is caused.
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Das erfindungsgemäße Meßverfahren'ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz eines von einer Signalquelle der Meßspule gelieferten Meßsignals und die Breite des obengenannten Spaltes so gewählt werden, daß es möglich ist, den induktiven Anteil der effektiven Impedanz der erregten Spule selbst dann auf einen nahezu festgelegten Wert zu halten, wenn sich der Spalt etwas ändern sollte, was den Vorteil bietet, daß Änderungen in den magnetischen oder elektrischen Eigenschaften verschiedener Arten von ferromagnetischen Materialien genauer als mit den bekannten Verfahren gemessen werden können.The measuring method according to the invention is accordingly characterized characterized in that the frequency of a measuring signal supplied by a signal source of the measuring coil and the width of the above Gap can be chosen so that it is possible to then use the inductive component of the effective impedance of the energized coil to hold an almost fixed value if the gap should change something, which has the advantage that changes in the magnetic or electrical properties of different types of ferromagnetic materials more precisely than with the known ones Process can be measured.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.In the following, an embodiment of the method according to the invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing.
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer beim erfindungsgemäßen Verfahren verwandten Induktionsspule, mit der insbesondere die Temperatur gemessen werden kann, der verschiedene Arten ferromagnetischer Materialien ausgesetzt werden.Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of an induction coil used in the method according to the invention, with the in particular, the temperature to which various types of ferromagnetic materials are exposed can be measured.
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer aus der in Figur 1 dargestellten Spule bestehenden Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines ferromagnetischen Materials.Figure 2 shows a schematic block diagram of one of the in Figure 1 shown coil existing device for measuring the temperature of a ferromagnetic material.
Figur 3. zeigt in einem Diagramm die Beziehung der Breite eines Spaltes zwischen dem Probekörper und der Meßspule, der Temperaturmeßvorrichtung, zu der Frequenz eines Meßsignaloszillators, die durch Ändern dieser zwei Faktoren erhalten wurde, wobei die Frequenz eines Meßsignals, das vom Oszillator der βρμίβ geliefert wird, gleich 1 gesetzt ist, wenn der Spalt 1 mm breit ist.Figure 3 shows in a diagram the relationship of the width of a gap between the specimen and the measuring coil, the temperature measuring device, to the frequency of a measurement signal oscillator obtained by changing these two factors, the Frequency of a measurement signal supplied by the oscillator of the βρμίβ is set equal to 1 when the gap is 1 mm wide.
Figur 4- zeigt in einem Diagramm die Beziehung des Innendurchmessers der in Figur 2 dargestellten Spule zur optimalen Frequenz des Oszillators, wenn die Breite des obengenannten Spaltes festliegt.Figure 4- is a diagram showing the relationship of the inner diameter the coil shown in Figure 2 to the optimum frequency of the oscillator if the width of the above gap is fixed.
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Figur 5 zeigt in einen Diagramm die Beziehung zwischen der sich ändernden Höhe der Temperatur des Probekörpers und den· daraus resultierenden Änderungen in der Frequenz des Oszillators, wobei die Temperatur des Probeköroers unter der Bedingung gemessenFIG. 5 shows in a diagram the relationship between the self changing level of the temperature of the specimen and the resulting changes in the frequency of the oscillator, where the temperature of the test body was measured under the condition
sich s i
wurde, daß die Spaltbreitejin einem Bereich von +_ 2 21m ändert und die Schwingungsfrequenz und der Spalt zwischen dem Probekörper und der Spule von Figur 2 so gewählt waren, daß sie den. durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten optimalen Wert aufwiesen. became that the gap width j changes in a range of + _ 2 21m and the oscillation frequency and the gap between the specimen and the coil of Figure 2 were chosen so that they. by the method according to the invention exhibited a certain optimal value.
Figur 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer abgewandelten Vorrichtung zum Hessen der Temperatur eines ferromagnetischen Materials, bei der durch zwei Spulen vom gleichen Typ, wie er in Figur 1 dargestellt ist, und zwei Impedanzelemente eine Brückenschaltung gebildet ist.FIG. 6 shows a schematic block diagram of a modified one Device for hesse the temperature of a ferromagnetic Material in which by two coils of the same type as shown in Figure 1 and two impedance elements one Bridge circuit is formed.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung der Fall beschrieben, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Messen der Temperatur der verschiedenen Arten ferromagnetischer Materialien angewandt wird.In the following the case is described with reference to the accompanying drawing, in which the method according to the invention is based on measuring the temperature of the various types of ferromagnetic materials is applied.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eins Spule 11 verwandt, die , wie in Figur 1 dargestellt, angeordnet ist. Es ist ein Spulenkörper 13 aus einem wärnebeständigen, feuchtigkeitsfesten, nichtmagnetischen, wenig thermisch deformierbaren Isoliermaterial wie einem Polyacetal-Kunststoff oder Polytetrafluoräthylen' (Delrin oder Teflon) oder Bakelit vorgesehen. Der Spulenkörper 13 weist einen Durchmesser D von etwa 30 bis 200 mm und eine Dicke W von mehr als 10 mn auf und ist, v/ie es später oeschrieben wird, mit einer Ringnut 12 versehen, die an einer Stelle etwa 3 mm von der Stirnfläche versetzt ausgebildet ist, die dem Probekörper zugewandt ist, deren Innendurchmesser d = etwa der Hälfte oder einem Drittel des obengenannten Durchmessers D des Spulenkörpers ist und deren Breite t etwa 1 bis 3 nun. beträgt und die folglich einen Querschnitt aufweist, der einem H ähnelt.In the method according to the invention, use is made of a coil 11 which is arranged as shown in FIG. It is a Bobbin 13 made of a heat-resistant, moisture-proof, non-magnetic, little thermally deformable insulating material such as a polyacetal plastic or polytetrafluoroethylene ' (Delrin or Teflon) or Bakelite provided. The bobbin 13 has a diameter D of about 30 to 200 mm and a Thickness W of more than 10 mm and is as described later is provided with an annular groove 12 which is formed offset at a point about 3 mm from the end face, which the test specimen is facing, whose inner diameter d = about half or a third of the above-mentioned diameter D of the bobbin and its width t is about 1 to 3 now. amounts to and which consequently has a cross-section that resembles an H.
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In die Ringnut 12 des Spulenkörpers 13 ist ein Leiter, "beispielsweise ein als Isolation mit einem Polyvinylfornialdehydliarz überzogener Draht mit einen Durchmesser von etwa 0,3 Bin um den mittleren Teil der Nut 12 in einer Anzahl von übereinander liegenden Schichten gewickelt, wie es in Figur 1 dargestellt ist, um die Spule 11 zu bilden, die den gewünschten Induktivitätswert (etwa 16 mH bei dieser Aus-führungsfora) und einen vorgeschriebenen Innendurchmesser Dm aufweist.In the annular groove 12 of the bobbin 13 is a conductor, "for example one as insulation with a polyvinyl formaldehyde resin coated wire about 0.3 am in diameter wrapped around the central part of the groove 12 in a number of superimposed layers, as shown in FIG is shown to form the coil 11, which has the desired inductance value (about 16 mH in this embodiment) and has a prescribed inside diameter Dm.
Im folgenden wird das erfindungsgenäße Meßverfahren unter Bezug auf eine Temperatürmeßvorrichtung beschrieben, die eine, wie oben beschrieben, aufgebaute Spule 11 enthält und zum Kessen der Temperatur verschiedener Arten von f err omagne ti sehen Iiaterialien verwandt vdrd.The measuring method according to the invention is referred to below on a Temperatürmeßvorrichtung described one, such as described above, includes built-up coil 11 and for Kessen the temperature of various kinds of f err omagne ti materials related to vdrd.
Figur 2 zeigt ein schenatisches Blockschaltbild der Tenperaturmeßvorrichtung. Die Vorrichtung enthält einen ließsignalresonanzoszillator 23 —it einem Rückkopplungswiderstand "22, der zwischen die Eingangs- und Ausgangskienme eines gewöhnlichen Verstärkers 21 geschaltet ist. Der Oszillator 23 weist einen parallel geschalteten Resonanzkreis 24 auf, der die Frequenz des Oszillators 23 festlegt. Der Resonanzkreis 24 besteht aus einer Spule 111, die, wie in Figur 1 gezeigt, aufgebaut ist und mit einem Spalt G in Abstand von einem gegebenen ferromagnetir.chen Material 25, beispielsweise einer Zinnplatte von etwa 2,3 mm Dicke angeordnet ist, deren Temperatur gemessen werden soll, und aus einem Kondensator 26, der parallel zur Spule 111 oder, was ebenfalls möglich ist, mit dieser Spule in Reihe geschaltet ist. Der obengenannte Resonanzoszillator 25 wird als Quelle für die FIeßsignale verwandt. Die Ausgangsklenmo des Oszillators 23 ist mit einem Frequenzmesser 23 verbunden, dessen Ausgangsklemme, falls erforderlich, über einen Digital-Analog-Umsetzer 29 weiter mit einem Analog Aufzeichner 50, v.'ie einem gewöhnlichen Videoband-Aufseichnungsgerät oder einem Schreibos silloskop verbunden ist.FIG. 2 shows a schematic block diagram of the temperature measuring device. The device includes a let-signal resonance oscillator 23 —with a feedback resistor "22, the between the entrance and exit bars of an ordinary one Amplifier 21 is switched. The oscillator 23 has a parallel-connected resonance circuit 24, which the frequency of the oscillator 23 defines. The resonance circuit 24 consists of a coil 111 constructed as shown in Figure 1 and having a gap G spaced from a given ferromagnetic tube Material 25, for example a tin plate from about 2.3 mm thick is arranged, the temperature of which is measured is to be, and from a capacitor 26, which is parallel to the coil 111 or, what is also possible, with this coil is connected in series. The aforementioned resonance oscillator 25 is used as the source for the measuring signals. The output cycle of the oscillator 23 is connected to a frequency meter 23 connected, the output terminal of which, if necessary, via a digital-to-analog converter 29 further to an analog recorder 50, v.'ie an ordinary videotape recorder or a writing os silloscope is connected.
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Bei einer wie oben beschrieben angeordneten Temperaturmeßvorrichtung wurde der folgende Versuch durchgeführt. Der Probekörper 25 wurde in Längsrichtung festgelegt und auf konstanter Temperatur gehalten. Die normalisierte Frequenz f.. des Oszillators 23 wurde mit 1, wenn der Spalt zwischen dem Probekörper und der Spule 111 1 mm betrug und mit f bezeichnet, wenn der ~ gezeigte Spalt eine bestimmte Breite aufwies. Die Beziehung der Spaltbreite G zum Frequenzverhältnis £χ/ϊ·» wurde dadurch bestimmt, daß die Spaltbreite G und die Frequenz f variiert wurden. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß dann, wenn die Frequenz f des Oszillators Werte zeigt, die kleiner als 10 kHz und größer als 20 kHz sind,die Fr.equenz f sich beträchtlich ändert, wenn die Spaltbreite G 1 bis 2 mm von dem anfangs für den Versuch bestimmten V/ert abweicht, was zu einer merklichen Änderung des induktiven Anteils der effektiven Impedanz der erregten Spule 111 führt.With a temperature measuring device arranged as described above, the following experiment was carried out. The specimen 25 was set in the longitudinal direction and kept at a constant temperature. The normalized frequency f. The relationship between the gap width G and the frequency ratio £ χ / ϊ · »was determined by varying the gap width G and the frequency f. The results are shown in FIG. It can be seen from this figure that when the frequency f of the oscillator shows values smaller than 10 kHz and larger than 20 kHz, the frequency f changes considerably as the gap width G is 1 to 2 mm from the beginning V / ert determined for the experiment deviates, which leads to a noticeable change in the inductive component of the effective impedance of the excited coil 111.
Wenn im Gegensatz dazu die Frequenz f des Oszillators 23 einen bestimmten V/ert zwischen 10 und 20 kHz aufwies, wurde dieser Wert nahezu konstant gehalten, wenn, die Spaltbreite G so gewählt wurde, daß sie einen optimalen Wert aufwies, obv/ohl der Spalt G später um etwa 1 bis 2 mm von diesem optimalen Wert abweichen konnte, wodurch es möglich war, wenigstens den induktiven Anteil der effektiven Impedanz der erregten Spule 111 nahezu konstant zu halten.In contrast to this, when the frequency f of the oscillator 23 had a certain V / ert between 10 and 20 kHz, this value was kept almost constant when the gap width G was selected to have an optimum value regardless of the gap G could later deviate from this optimal value by about 1 to 2 mm, which made it possible to keep at least the inductive component of the effective impedance of the excited coil 111 almost constant.
Die gestrichelte Kurve 31 in Fig. 3 zeigt, daß der optimale Wert für die Spaltbreite G bei et v/a 5,5 mm für eine Oszillatorfrequenz von 10 kHz, bei etwa 4,3 mm für 12 kHz, bei etwa 3,4 mm für 14 kHz, bei etwa 2,6 mm für 16 kHz, bei etwa 2 mm für 18 kHz und bei etwa 1,3 nim für 20 kHz liegt, daß nämlich der optimale V/ert progressiv mit steigender Frequenz des Oszillators 23 absinkt (d.h., daß der Kondensator 26 in Fig. 2 eine kleinere Kapazität aufweist).The dashed curve 31 in FIG. 3 shows that the optimum value for the gap width G at et v / a 5.5 mm for an oscillator frequency of 10 kHz, at about 4.3 mm for 12 kHz, at about 3.4 mm for 14 kHz, at about 2.6 mm for 16 kHz, at about 2 mm for 18 kHz and about 1.3 nm for 20 kHz, namely the optimal one V / ert decreases progressively with increasing frequency of the oscillator 23 (i.e. that the capacitor 26 in Fig. 2 has a smaller Has capacity).
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Die Spule 111, die bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungs- · form verwandt wurde, weist wie es in Pig. 1 gezeigt ist}einen Außendurchmesser D = 150 mm und einen Innendurchmesser Dm = mm auf und die Ringnut 12 des Spulenkörpers 13 hat einen Innendurchmesser d von etwa 50 mm.The coil 111, which was used in the embodiment shown in FIG. 2, has as it is in Pig. 1 is shown } has an outer diameter D = 150 mm and an inner diameter Dm = mm and the annular groove 12 of the coil former 13 has an inner diameter d of approximately 50 mm.
Untersuchungen haben gezeigt, daß die optimale Frequenz des Oszillators 23 in einem Bereich liegt, der durch den Außendurchmesser D der Spule 111, dem Innendurchmesser d der Ringnut 12 und die Art des verwandten Spulendrahtes wenig beeinflußt wird, ι jedoch größer wird, wenn der Innendurchmesser Dm der Spule 111 ! absinkt und umgekehrt kleiner wird, wenn der Durchmesser Dm an~ steigt.Investigations have shown that the optimum frequency of the oscillator 23 lies in a range which is defined by the outer diameter D of the coil 111, the inner diameter d of the annular groove 12 and the type of coil wire used is little affected, However, ι becomes larger when the inner diameter Dm of the coil 111 ! decreases and, conversely, becomes smaller when the diameter Dm at ~ increases.
j Beispielsweise liegt der Bereich der optimalen Frequenz desj For example, the range of the optimal frequency is the
': Oszillators 23 wie oben beschrieben etwa zwischen 10 und 20 kHz': Oscillator 23 as described above between approximately 10 and 20 kHz
j für einen Spuleninnendurchmesser Dm von etwa 100 mm, zwischenj for a coil inside diameter Dm of about 100 mm, between
etwa 11 und 22 kHz für etwa 50 mm, zwischen etwa 12 und 24 kHzabout 11 and 22 kHz for about 50 mm, between about 12 and 24 kHz
ι für etwa 25 mm und zwischen etwa 9,5 und 18 kHz für etwa 150 mm.ι for about 25 mm and between about 9.5 and 18 kHz for about 150 mm.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Beziehung des Innendurchmessers der Spule 11 zu dem Bereich der optimalen Frequenz des Oscillators 23, wobei eine Spaltbreite G- zwischen dem Probekörper 25 und der Spule 11, die den oben genannten Innenmesser Dm aufweist, von etwa 5 mm gewählt wurde.Fig. 4 is a diagram showing the relationship of the inner diameter of the coil 11 to the range of the optimum frequency of the oscillator 23, with a gap width G- between the specimen 25 and the coil 11, which has the above-mentioned inner knife Dm, of about 5 mm was chosen.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Bereich der Optimalfrequenz des Oszillators 23 umso schmaler ist je größer der Innendurchmesser der Spule 11 ist und umso breiter ist, je kleiner dieser Innendurchmesser ist.From Fig. 4 it can be seen that the range of the optimum frequency of the oscillator 23 is narrower the larger the inner diameter of the coil 11 and the wider it is, the smaller this inner diameter is.
In der Praxis gibt jedoch eine Spule 11 mit einem kleinen Innendurchmesser Anlaß zu einer erheblichen Änderung im Bereich der optimalen Frequenz des Oszillators 23, wenn sich der optimale Viert der Breite des Spaltes G zwischen dem Probekörper 25 und der Spule 11 ändert, was die Meßgenauigkeit der betreffendenIn practice, however, there is a coil 11 with a small inner diameter Reason for a considerable change in the range of the optimum frequency of the oscillator 23, if the optimum Fourth, the width of the gap G between the specimen 25 and the coil 11 changes, which increases the accuracy of the relevant
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Vorrichtung herabsetzt. Umgekehrt hat eine Spule mit einem großen Innendurchmesser den Nachteil, daß ihre Abmessungen und folglich ihre Kosten ansteigen, wohingegen kein Problem mit der Meßgenauigkeit auftritt. Am praktischsten ist daher eine Spule mit einem Innendurchmesser, der im Bereich zwischen etwa 25 und.etwa 200 mm liegt.Device minimizes. Conversely, a coil has a large inner diameter have the disadvantage that their dimensions and consequently their costs increase, whereas there is no problem with the Measurement accuracy occurs. The most practical is therefore a coil with an inner diameter in the range between about 25 and. is about 200 mm.
Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Frequenz des Oszillators 23 und der Temperatur des Probekörpers 25, die zwischen etwa 20°C und etwa 100 G variiert, wobei für die Breite des Spaltes G ein optimaler Wert von etwa 5 mm und für die Frequenz f des Oszillators ein optimaler V/ert von etwa 10 kHz in der Annahme gewählt wurden, daß die Spaltbreite G später um + 2 mm vom optimalen V/ert abweicht.Fig. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the oscillator 23 and the temperature of the specimen 25, which varies between about 20 ° C. and about 100 G, with an optimal value of about 5 mm and for the width of the gap G for the frequency f of the oscillator an optimal value of about 10 kHz were chosen on the assumption that the gap width G will later deviate by + 2 mm from the optimal V / ert.
Die Änderung der Temperatur des Probekörpers 25 führt zu einer Änderung seiner elektrischen Leitfähigkeit oder magnetischen Permeabilität, was Änderungen der effektiven Impedanz der erregten Spule 111 und folglich der Frequenz f des Oszillators 23 hervorruft. Wenn daher die Änderungen in der Frequenz f durch den Frequenzmesser 28 gemessen werden, können die Änderungen in der Temperatur des Probekörpers 25 aus den sich ändernden Meßwerten des Frequenzmessers 28 leicht ermittelt werden.The change in the temperature of the specimen 25 leads to a change in its electrical conductivity or magnetic Permeability, indicating changes in the effective impedance of the energized Coil 111 and consequently the frequency f of the oscillator 23 evokes. Therefore, when the changes in the frequency f are measured by the frequency meter 28, the changes in the temperature of the specimen 25 can easily be determined from the changing measured values of the frequency meter 28.
Die Ergebnisse der Temperaturmessung, die in Fig. 5 dargestellt sind, stimmen gut mit denjenigen Ergebnissen überein, die durch eine herkömmliche Temperaturmeßvorrichtung mit direktem Kontakt erhalten werden, bei der beispielsweise ein Thermoelement ver- ' wandt ist, und zeigen3daß eine Meßgenauigkeit von + etwa 5°C im Bereich von wenigstens 0° bis 1500G erzielt wurde.The results of the temperature measurement, which are shown in Fig. 5 agree well with those results agree obtained by a conventional temperature measuring device with direct contact, is Wandt in the example comparable thermocouple 'and point 3 that a measurement accuracy of + about 5 ° C in the range of at least 0 ° was reached to 150 0 G.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer abgev/andelten Temperaturmeßvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung6 shows a schematic block diagram of a modified one Temperature measuring device for carrying out the method according to the invention. In the device shown in FIG
er, bilden zwei Spule 11R und 11L vom gleichen Typ, wie/ln Fig. 1 dargestellt wurde, und zwei Impedanzelemente Z1 und Z2 gemeinsam eine Brückenschaltung. Zwischen die Eingangskleinmen derIt forms two coils 11R and 11L of the same type as in FIG was shown, and two impedance elements Z1 and Z2 together form a bridge circuit. Between the small input of the
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Brückenschaltung 41 ist als Quelle 42 für die Meßsignale ein Wechselstromgenerator geschaltet, um eine gewünschte Spannung zwischen den Ausgangsklemmen der Schaltung 41 zu erzeugen. In diesem Fall ist eine der Spulen 11R und 11L (beispielsweise 11L) mit dem oben genannten Spalt G im Abstand von einem ferromagnetischen Probekörper 43 angeordnet, dessen Temperatur gemessen werden soll. Als Frequenz eines Oszillators ist der oben erwähnte optiamle Wert gewählt worden. Die andere Spule 11R ist eine Vergleichs- oder Blindspule, die einem ferromagnetischen Probekörper 44 der gleichen Art wie der vorher beschriebene Probekörper 43 zugewandt angeordnet ist, und bei der Messung zum Vergleich benutzt wird.Bridge circuit 41 is connected as a source 42 for the measurement signals, an alternating current generator to a desired voltage between the output terminals of the circuit 41. In this case, one of the coils 11R and 11L (for example, 11L) with the above-mentioned gap G at a distance from a ferromagnetic specimen 43, the temperature of which was measured shall be. The above-mentioned optimal value has been chosen as the frequency of an oscillator. The other coil 11R is a comparison or dummy coil similar to a ferromagnetic Specimen 44 of the same type as the previously described specimen 43 is arranged facing, and when measuring is used for comparison.
Bezüglich der in Fig. 6 dargestellten Temperaturmeßvorrichtung sei angenommen, daß die Temperatur des tatsächlichen Probekörpers 43 gemessen wird, während er fortlaufend in Längsrichtung läuft« Dann kann die sich ändernde Temperatur des Probekörpers 43 in Form von Änderungen in einer Spannung zwischen den Ausgangsklemmen der Brückenschaltung 41 gemessen v/erden. Y/enn in diesem Fall der Spalt G zwischen dem Probekörper 43 und der zur tatsächlichen Messung verwandten Spule 11L und die Frequenz des Oszillators 42 nicht so gewählt sind, daß sie die oben genannten optimalen Y/erte aufweisen, dann werden Änderungen im Spalt G zu Änderungen nioht nur des ohm1sehen Anteils sondern auch des induktiven Anteils der effektiven Impedanz der Spule 11L führen, die zur tatsächlichen Messung verwandt wird, und zwar selbst dann, wenn der Probekörper 43 selbst keine sich ändernde Temperatur aufweist. Wenn im Gegensatz dazu der Spalt G und die Frequenz des Oszillators 42 auf die optimalen Werte festgelegt sind, die durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschrieben v/erden, dann wird der induktive Anteil der effektiven Impedanz der-Spule 11L konstant gehalten v/erden, solange der Probekörper 43 selbst keine Temperaturänderungen zeigt, und zwar selbst dann, wenn der Spalt G später etwas in seiner Breite variiert. In diesen Falle ändert sich allein der ohm'sche Anteil. Dementsprechend erleichtert eine Temperaturmeßvorrichtung zur Durchführung desWith regard to the temperature measuring device shown in Fig. 6, it is assumed that the temperature of the actual specimen 43 is measured while it is continuously running in the longitudinal direction measured v / earth. If, in this case, the gap G between the specimen 43 and the coil 11L used for the actual measurement and the frequency of the oscillator 42 are not selected so that they have the above-mentioned optimum values, then changes in the gap G will increase Changes not only result in the ohm 1 component but also in the inductive component of the effective impedance of the coil 11L, which is used for the actual measurement, even if the sample body 43 itself does not have a changing temperature. In contrast, if the gap G and the frequency of the oscillator 42 are set to the optimum values prescribed by the method according to the invention, then the inductive component of the effective impedance of the coil 11L is kept constant as long as the Specimen 43 itself shows no temperature changes, even if the gap G later varies somewhat in its width. In this case only the ohmic component changes. Accordingly, a temperature measuring device facilitates the implementation of the
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erfindungsgemäßen Verfahrens die vektorielle Phasenanalyse im Hinblick auf die sich ändernden Spannungen, die an die Ausgangsklemmen der Brückenschaltung 41 angelegt sind und von sich ändernden Temperaturen des Probekörpers 43 verursacht werden, was den Vorteil bietet, daß eine hohe Meßgenauigkeit bei der Messung der Temperatur des Probekörpers erzielt wird.method according to the invention the vectorial phase analysis in terms of the changing voltages applied to the output terminals the bridge circuit 41 are applied and are caused by changing temperatures of the specimen 43, which offers the advantage that a high degree of accuracy is achieved when measuring the temperature of the specimen.
Die vorhergehenden Ausführungsformen beziehen sich auf den Fall, bei dem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Messen der Temperatur verschiedener Arten ferromagnetischer Materialien verwandt wurde. Es ist offensichtlich, daß diese Vorrichtung ebenso v/irkungsvoll dazu verwandt werden kann,Fehler und geschweißte Abschnitte eines ferromagnetische^ Probekörpers festzustellen.The preceding embodiments relate to the case in which a device for carrying out the invention Method has been used in measuring the temperature of various types of ferromagnetic materials. It is Obviously, this device can also be used effectively to remove flaws and welded sections ferromagnetic ^ test specimen to be determined.
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