DE2345848A1 - Elektromagnetischer schichtdickenmesser - Google Patents

Elektromagnetischer schichtdickenmesser

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Description

8.9.73.
ELEKTRO-PHYSIK
Hans Nix & Dr.-Ing. E. Steingroever K.G. . 23458A8
Patentanmeldung
Elektromagnetischer Schichtdickenmesser
Die Erfindung betrifft elektromegnetische Schichtdickenmesser mit einpoliger Mess-Sonde, deren weichmagnetischer Polkern duroh ein magnetisches Wechselfeld erregt wird .
Diese bekannten Schichtdickenmesser besitzen einen weich magnetischen, stabförmigen Polkern, dessen eines Ende abgerundet ist und den Mess-Pol bildet. Auf dem Stab ist eine Erregerspule angebracht, die von einem elektrischen Wecnselstrom durchflossen wird, sodass ein magnetisches Wecnselfeld entsteht. Zwischen der Erregerspule und dem Mess-Pol oder zu beiden Seiten der Erregerspule sind Mess-Spulen angebracht, in denen eine' elektrische Spannung induziert wird . Diese wird durch Annäherung des Mess-Poles an eine magnetisch oder elektrisch leitende Fläche verändert, indem bei magnetisch leitender Fläche der magnetische Fluss durch den Mess-Pol infolge des magnetischen Leitwertes der Unterlage vergrössert, bei elektrisch leitender Fläche der magnetische Fluss durch den Mess-Pol infolge der in der Unterlage entstehenden Wirbelströme verringert wird . Bei Verwendung von zwei Mess-Spulen sind diese im allgemeinen einander entgegengeschaltet, sodass die Differenz der in ihnen induzierten Spannung zur Messung benutzt wird . Diese in der oder den Mess-Spulen induzierte elektrische Spannung ist ein Mass für die Annäherung an die magnetisch oder elektrisch leitende Unterlage und da-
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mit für die Dicke einer auf dieser befindlichen Schicht, wenn der Mess-Pol diese berührt .
Ein Nachteil dieser, bekannten Schichtdickenmesser ist , dass die Empfindlichkeit der Anzeige bei kleinen Schichtdicken sehr gross und bei grossen Schichtdicken nur sehr klein ist. Der Verlauf der iDmpfindlichkeitskurve in Abhängigkeit von der Schichtdicke ist durch a in Pig.1 dargestellt .
Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil der bekannten Schichtdickenmesser dadurch, dass der Polkern einstellbar vormagnetisiert ist. Durch die Vormagnetisierung des Polkernes ergibt sich ein Verlauf der Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Schichtdicke, der durch die Kurve b in Fig.1 dargestellt ist. Die Messempfindlichkeit wird bei kleinen Schichtdickengeringer, bei grossen Schichtdicken grosser als ohne Vormagnetisierung des Polkernes. Durch die erfindungsgemässe Einstellbarkeit der Vormagnetisierung kann der Verlauf der Empfindlichkeitskurve beeinflusst werden, sodass ein gewünschter Skalenverlauf erreicht wird oder die Empfindlich keit an eine vorgegebene Skala angepasst werden kann. Damit wird die Verwendung gedruckter Skalen ermöglicht .
Ein Aüsfhrungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Auf einem stabförmigen Polkern 1 befinden sich eine Erregerspule 2 und eine Mess-Spule 3 .Der Polkern ist an einem Ende zum Messpol 4- abgerundet . Dieser berührt die zu messende Schicht 5 j die auf der Unterlage 6 aufgetragen ist . Die erfindungsgemässe Vormagnetisierung des Polkernes wird durch den auf seinem der Messfläche abgewendeten Ende angeordneten Dauermagneten 7 erzeugt, der in RichtungYcfer Achse des Polkernes magnetisiert ist . Er kann den Polkern 1 berühren
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oder mit einem Luftspalt zum Polkern engeordnet sein . Die Einstellung der Vormagnetisierung erfolgt durch Abgleich des Dauermagneten 7 » indem dieser beispielsweise zunächst voll magnetisiert und dann soweit geschwächt wird , bis der gewünschte Skalenverlauf - erreicht ist . Das Magnetisieren des Polkernes kann nach dem Zusammenbau der Mess-Sonde dadurch erfolgen , dass diese in ein starkes achsiales Magnetfeld gebracht wird ; das Schwächen kann mit einem achsialen , einstellbaren.magnetischen Wechselfeld von erst zunehmender, dann abnehmender Amplitude erfolgen.
Die erfindungsgemässe Einstellung der Vormagnetisierung kann nach Fig.3 auch dadurch erfolgen, dass der Abstand des Dauermagneten 8 vom Polkern 9 verändert wird, beispielsweise mit einer im Gehäuse 10 der Mess-Sonde gelagerten Einstellschraube 11 . .
Nach der Erfindung kann die einstellbare Vormagnetisierung "auch durch das magnetische leid einer elektrischen Stromspule 12 in Fig.4- erzeugt werden, die auf das der Messfläche 13 abgewandte Ende des Polkernes 14 wirkt und aus der Stromquelle 15 über den einstellbaren Widerstand 16 gespeist wird
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung nach !ig.5 werden zwei Mess-Spulen 17 und 18 verwendet , die auf beiden Seiten der Erregerspule 19 angeordnet und gegeneinander geschaltet sind, sodass ihre Differenzspannung die Mess-Spannung ergibt. Auch hier wird der Skalenverlauf durch Abgleich der Magnetisierung des Dauermagnetn 20 beeinflusst oder durch Veränderung' seines Abstandes zum Polkern 21 .
Eine weitere erfindungsgemässe Anordnung der Stromspule zur Erzeugung einer einstellbaren Vormagnetisierung zeigt Fig.6,
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Darin ist die Stron-spuie'22 konzentrisch um die Erregerspule 23 und die Mess-Spulen 24 und 25 gelegt .
Die erfindungsgemässe Beeinflussungdes Skalenverlaufes eines elektromagnetischen Schichtdickenmessers durch Vormagnetisierung seines Polkernes ist bedingt durch die Veränderung der magnetischen Permeabilität des Polkernwerkstoffes. Diese Veränderung ist grosser bei geringer Sättigungsmagnetisierung des Polkernwerkstoffes als bei hoher Sättigungsmagnetisierung. Deshalb besteht erfindungsgemäss der Polkern- aus einem weichmagnetischen Werkstoff, dessen Sättigungsmagnetisierung weniger als 1,4 Tesla beträgt. Dabei ist es vorteilhaft , dass seine Koerzitivfeidstärke weniger als 3 A/cm, vorzugsweise weniger als 1 A/cm beträgt, um im Zusammenwirken mit der erfindungsgemässen Vormagnetisierung einen stabilen Arbeitspunkt des Schichtdickenmessers zu erhalten. Eine für den Polkern besonders geeignete Legierung besteht aus Eisen mit 13 bis 18 % Aluminium . Die Legierung aus Eisen und 16 % Aluminium weist beispielsweise eine Sättigungsmagnetisierung von 0,5 bis 1 Tesla und eine Koezitivfeidstärke von weniger als 1 A/cm auf . Erfindungsgemäss kann in dieser Legierung für den Polkern bis zu 8 % Alumjinium durch Silizium ersetzt sein .
Der Dauermagnet zur Erzeugung der Vormagnetisierung soll erfindungsgemäss eine hohe Koerzitivfeldstärke von mehr als 4oo A/cm , vorzugsweise von mehr als 1000 A/cm besitzen . Er kann beispielsweise aus einer Legierung von Eisen mit Aluminium , Nickel und Kobalt mit an sich bekannten' Zusätzen* bestehen , aus einem Ferritwerkstoff nach Art des BaO.6FepO^ oder aus einem "Werkstoff nach Art des SmCOf- . Zur Kom-
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pensation des Einflusses der 1J'emperatur auf die Anzeige der Schichtdicke wird der Dauermagnet mit einem temperaturabhängigen magnetischen Nebenschluss versehen.
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Claims (1)

  1. Patentang p räche
    ί1))Elektromagnetischer Schichtdickenmesser mit einer einpoligen Mess-Sonde, deren v/eichmagnetischer Polkern durch ein magnetisches Wechselfeld erregt wird , dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern einstellbar vormagnetisiert ist .
    2) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagnetisierung durch einen Dauermagneten erfolgt .
    3) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Einstellung der Vormagnetisierung durch Abgleich des aufmagnetisierten Dauermagneten erfolgt,
    4·) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Vormagnetisierung durch das einstellbare Feld einer Stromspule erfolgt .
    "5) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , dass die Vormagnetisierung derart eingestellt ist , dass die Messempfindlichkeit bei kleinen Schicht dicken geringer und bei grossen Schichtdicken grosser als ohne Vormagnetisierung ist .
    6) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 3 und f? , dadurch gekennzeichnet , dass bei einer Mess-Sonde mit stabförmigern Polkern auf dem der Messfläche abgewandten Ende des Polkernes ein Dauermagnet angeordnet ist.
    7) Schichtdickenmesser nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet in Richtung der Achse des PoI-kernes magnetisiert ist .
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    8) Schichtdickenmesser nach Ansprach 7 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet den Polkern berührt .
    9) Schichtdickenmesser nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet in gegebenenfalls einstellbarem Abstand vom Polkern angeordnet ist .
    10) Schichtdidenmesser nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, dass die Stromspule auf dem der Messfläche abgewandten Ende des Polkernes angeordnet ist.
    11) Schichtdickenmesser nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass die Stromspule konzentrisch um die auf dem Polkern angeordneten Messwicklungen angeordnet ist .
    12) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Polkern aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht , dessen Sättigungsmagnetisierung weniger als 1,4 Tesla beträgt.
    15) Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet , dass der Werkstoff des Polkernes eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 3 A/cm, vorzugsweise von weniger als 1 A/cm aufweist .
    14)Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 1$ , dadurch gekennzeichnet , dass der Polkern aus einer Legierung von Eisen mit 13 bis 18 % Aluminium besteht .
    Schichtdickenmesser nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung des Polkernes aus Eisen und ca. 16 % Aluminium besteht und eine Sättigungsmagnetisierung von 0,5 bis 1 Tesla sowie eine Koerzitivfeidstärke von weniger als 1 A/cm aufweist .
    509812/0605
    ar
    16) Schichtdickenmesner nach Anspruch '>4· und 15» dadurch gekennzeichnet , dass bis zu 8 % Aluminium durch Silizium ersetzt ist .
    17) Schichtdickenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet eine Koerzitivfeidstärke von mehr als 400 A/cm , vorzugsweise von mehr als 1000 A/cm besitzt .
    18) Schichtdickenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Dauermagnet mit einem temperaturabhängigen Nebenschluss versehen ist ·.
    509812/0605
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