DE2443562B2 - Oszillographisches ferrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf technische Einrichtungen für schnellablaufende Messungen an stabförmigen Probestücken und Erzeugnissen größerer Länge aus ferromagnetischen Werkstoffen, insbesondere auf oszillografische Ferrometer.

Die Erfindung kann in Laboratorien der Hüttenindustrie, der elektronischen und Funkindustrie zur Messung der Parameter der dynamischen Hystereseschleife von Erzeugnissen benutzt werden.

Bei Ferrometern, die für solche Messungen bestimmt sind, ist außer der die Meßgenauigkeit wesentlich beeinflussenden Magnetfeldhomogenität auch der bequeme Zugang zur Anlegestelle der Feldstärke- und Magnetisierungsgeber zwecks Kontrolle ihrer Orientierung und /ur Vereinigung von magnetischen Messungen mil anderen Meßverfahren (fotometrischen, konduktomemschen u. a.) von großer Bedeutung.

Bekanm sind Ferrometer. in denen ein homogenes IJmmag'OUsierungsfeld mit Hilfe eines ellipsenähnlichen Solenoids mit kleiner Windungszahl erzeugt wird, das in den Stromkreis der eine Windung enthaltenden Sekundärwicklung eines Abwärtstransformators eingeschaltet ist. Diese Ferrometer enthalten auch einen Magnetisierungs-Meßkanal mit einer Meß- i.nd einer Stromkompensationsspule, einen Magnetisierungsfeld-Meßkanal mit einem Feldstärkegeber sowie eine Schaltung zur Messung der Parameter der dynamischen Hystereseschleife mit einem Oszillografen. Der Abwärtstransformator und das an ihn angeschlossene ellipsenähnliche Solenoid mit in konstantem Schritt an der Erzeugenden gewickelten hohlen Windungen bilden die Magnetisierungseinrichtung des Ferrometers. Die Sekundärwicklung des Abwärtstransformators und die hohlen Solenoidwindungen haben Durchlaufkühlung (vgl. UdSSR-Erfinderschein Nr. 1 92 937. Kl. 21e. 37/10. das USA-Patent Nr. 33 58 224 vom lahre 1967. das DT-Patent 14 66 721 und das französische Patent Nr. 14 56 464).

Dieses bekannte Ferrometer ermöglicht aber keinen Zugang zum mittleren Teil des Prüflings, an dem die Meßspule angeordnet ist. Dieser Mangel wird auch durch bekannte zylindrische Solenoidspulen mit Luftspalten nicht behoben (vgl. N. W. S t u d e η ζ ο w »Aus zu ei kurzen gleichachsigen Solenoiden gebildete Spule zur Erzeugung einer Magnetfeldstärke. Untersuchungen auf dem Gebiet magnetischer Messungen«. Heft 79 [139], Moskau. 1965). Diese Spulen weisen einen niedrigen Grad der lnnenraumausnutzung wegen einer schnellen Änderung der Magnetfeldkomponenten in den weiter von der Symmetrieachse liegenden Punkten auf. Bei Messungen an Erzeugnissen aus hartmagnetischen hochlegierten Stahlsorten, z. B. an Schußwaffenläufen, führt die Erweiterung der Homogenitätszone durch Vergrößerung des Innendurchmessers des Solenoids zur Erhöhung der spezifischen Energieaufnahme der Einrichtung, die gemäß dem Fabry-Gesetz mit Vergrößerung des Durchmessers quadratisch ansteigt.

Ein Nachteil bei dem bekannten Ferrometer ist auch die geringe Genauigkeit der Bestimmung der Koerzitivkraft und der Restmagnetisierung nach dem Oszillogramm der Hystereseschleife, was auf die niedrige Genauigkeit der Zeigenndikatoren, die als Eichgeräte angewandt werden, am Anfang der Skala bei Bestimmung der Koerzitivkraft zurückzuführen ist.

Die genaue Kenntnis dieser Parameter ist für die elektromagnetische Defektometrie von großer Bedeutung, da ihre Änderung mit mechanischen Eigenschaften \<>n F.r/eiJL'nissen wie Härte. Struktur. Dichtemäneel

u. a. in gesetzmäßigem Zusammenhang stehen.

Unter anderen Mängeln des bekannten Ferrometers und ähnlicher Geräte ist auf geringe Genauigkeit und die aufwendige Bestimmung der als Verhältnis kleiner Inkremente , „

A D

IH '"

definierbaren differentiellen Permeabilität hinzuweisen, die für die Defektometrie sowie bei Berechnung und

ίο Entwicklung vieler elektromagnetischer Einrichtungen ein sehr wichtiger Parameter ist. Außerdem sind elektromagnetische Verluste zu nennen, die bei den bekannten Ferrometern durch Bestimmung der Schleifenfläche oder mit Hilfe von elektrodynamischen Wattmetern gemessen werden (vgl. z. B. Ferrogiaph 1003. Institut Dr. Förstei.Gerätekatalog. BRD. 1971).

Außer der Notwendigkeit, ein drittes Anzeigeinstrument (neben den H- und /-Eichgeräten) zu verwenden, gehören zu den Mängeln der letzteren technischen Lösung auch die Meßfehlervergrößerung bei Messungen an hartmagnetischen Werkstoffen mit einem ausgedehnten Spektrum von Magnetisierungsoberwellen sowie die Unmöglichkeit, die vom Wattmeter angezeigten Werte in elektronische Ziffernrechenmaschinen einzugeben, um sie bei zentralisierter Prüfung von technologischen Vorgänge auszuwerten und /u analysieren.

Nachteilig beim bekannten Ferrometer ist auch das Fehlen einer Möglichkeit, den Ablenkgenerator des Oszillografen mit den von Magnetisierung und Feldstärke abgeleiteten Signalen zu synchronisieren und die entsprechenden abgebildeten Koordinatenachsen mit diesen Signalen zu eichen, wobei man gezwungen ist. die Abbildungsfläche auf den mittleren Schirmteil der Elektronenstrahlröhre zu beschränken und dadurch größere Fehler beim Ablesen von den zum Protokollieren der Meßergebnisse vom Schirm aufgenommenen Oszillogrammen zuzulassen.

Bei Messungen an Mustern mit rechteckiger Hystereseschleife. die ein breites Spektrum von Oberwellen der Magnetisierung und der Induktion aufweisen, tritt ein weiterer Mangel des bekannten Ferrometers zu Tage, der darin besteht, daß die Windungskapazität der Meßspule und die Streuinduktivität zur Überlagerung des Impulses d//dr oder dB/dt durch gedämpfte Hochfrequenzschwingungen führen, die sich als Überschwingen der Impulsvorderflanke und als inverses Überschwingen an der Impulshinterflanke auswirkt. In den angeführten Ausdrücken bedeutet B die magneti· sehe Induktion im Prüfling und f die Zeit Das bekannte Verfahren zur Beschleunigung der Störschwingungsdämpfung durch Einführung von aktiven Elementen ir den Stromkreis ist in diesem Falle ungeeignet da diese Maßnahme zu Phasenfehlern führen würde, die die abgebildete Form der Hystereseschleife beeinflussen Die Benutzung von besonderen Wicklungsformen (wie Kreuzwicklung, polyfilare Wicklung), bei denen die Windungskapazität kleiner wird, führt zur komplizier ten Herstellung von Meßspulen und zur schlechterer Reproduzierbarkeit von Parametern, ohne einen bedeu tenden Nutzen zu bringen.

Das einzige beachtungswürdige Verfahren zu Herabsetzung von Störschwingungen durch Verringe rung der Windungszahl in der Meßspule auf 10 bis 2( Windungen bringt eine wesentliche Verkleinerung de Störabstandes, eine Verschlechterung der Empfindlich keit und strengere Forderungen an elektronischi Verstärker in der Meßschaltung mit sich.

*·<. Ein weiterer Mangel des bekannten Ferrometers bei

\ Messungen an Werkstoffen mit rechteckiger Hysterese-

'- ,schleife ist der Fehler der Meßspulenkompensation, der , in der Regel über 0,5% der Signalamplitude U_um in der ' Spule ohne Prüfling beträgt, wobei die Quellen dieses ■ '-Fehlers bei sinusförmiger Spannung der Speisequelle

·, für die Magnetisierungseinrichtung die Oberwellen (hauptsächlich die dritte Harmonische) des durch das Solenoid fließenden Magnetisierungsstromes sind, die durch Nichtlinearität der Hauptmagnetisierungskurve des Abwärtstransformatorkernes bedingt sind. Die Verringerung des Oberwellenanteils durch Begrenzung des Arbeitsbereichs der Hauptmagnetisierungskurve, wie dies bei Meßstromwandlern vorgenommen wird, würde zu einer wesentlichen Vergrößerung der Abmessungen, des Gewichts und der Kosten der Magnetisierungseinrichtung führen und wäre nicht sinnvoll, da die Oberwellen eines sich praktisch sinusförmig ändernden Feldes keinen wesentlichen Einfluß auf den Vorgang der Ummagnetisierung von Prüflingen ausüben.

Das Vorhandensein und die Variationen eines Phasenunterschiedes /wischen der Meß- und der Kompensationsspule (etwa 3" bei der ersten Harmonisehen und 1° bei der dritten Harmonischen, wobei die Harmonischen höherer Ordnung bei praktisch sinusförmigem FeH. wegen ihrer kleineren Amplituden vernachlässigt werden können), machen das Dekompensationssignal AU_Um nach der Amplitude mit der ersten Harmonischen des Signa'.spektrums von Prüflingen mit rechteckiger Hystereseschleife vergleichbar. Für ein in der Spule mit einer Windungszahl w_H=1000 angeordnetes Streifenmuster aus gehärtetem Elektroblech mit einem Querschnitt von 035 χ 5 μπι beträgt beispielsweise der Mittelwert der aktiven Impulsdauer t_a = 44 usec und das Signal-Störverhältnis

ta V„ T'\Ü_m

022
0,5

0.5

wobei Um die Amplitude der ersten Harmonischen und T=20 μsec die Periode des Ummagnetisierungsfeldes bedeutet.

Die erwähnten Mangel sind miteinander verknüpft, da die Verringerung der Windungszahl in der Meßspule zwecks Abschwächung der Störschwingungen den Kompensationsfehler wesentlich vergrößert

Ein Mangel der bekannten Ausbildung besteht auch darin, daß die Phasenkorrektur in den Magneüsierungs- und Feldstärke-Meßkanälen (/- und Η-Kanälen) mit Hilfe eines breitbandigen Phasenentzerrers nur nach der abgebildeten Form der Hystereseschleife eines Prüflings bei technisch erreichbarer Sättigung und mit einer Genauigkeit von über 1° möglich ist Bei Messungen an weichmagnetischen Werkstoffen in schwachen Feldern begrenzt dieser Mangel die Meßgenauigkeit, die Meßgeschwindigkeit und die Meßergebnis-Gleichheit von oszillografischen Ferrometern und führt bei Messungen an hartmagnetischen Werkstoffen in starken Feldern wegen schneller Erwärmung des Prüflings durch Wirbelströme zu einem noch größeren zusätzlichen Fehler und ruft eine bedeutende Erhöhung der Energieaufnahme besonders bei Messungen an superhartmagnetischen Stoffen bei

ίο Feldstärken von über 20 kOe hervor.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein oszillografisches Ferrometer zu entwickeln, das es gestattet, den zu untersuchenden Prüfling in einer Quelle homogenen Magnetfeldes mit Luftzwischenräumen umzumagnetisieren. in denen die Homogenität des Magnetfeldes den Koeffizienten des Gliedes zweiter Potenz bei Potenzreihenentwicklung der axialen Feldkomponente nach Potenzen der Axialkoordinate zu Null werden läßt, und das eine höhere Empfindlichkeit und Meßgenauigkeit bei Messungen an Werkstoffen mit rechteckiger Hystereseschleife durch Abschwächung von Störschwingungen in der Meßspule und durch Verringerung des durch nichtlinerare Verzerrungen des Magnetisierungsstromes bedingten Kompensationsfehlers ergibt, sowie die Messung der Momentanwerte von / und H in einem beliebigen Punkt des Ummagnetisierungszyklus für die Ermittlung der als Quotient der Division des Signals dB/dt durch dH/df definierten differentiellen Permeabilität ermöglicht, und das die Möglichkeit gibt, den Vorgang der Messung von elektromagnetischen Gesamtverlusten mit Ablesung an Digitaleichgeräten zu automatisieren sowie den Koeffizienten der Oszillografenschirm-Ausnutzung durch Formierung einer Abbildung von geeichten und mit Eichmarken versehenen Achsen zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird gelöst indem im oszillografischen Ferrometer mit einer Magnetisierungseinrichtung, die aus einem Abwärtstransformator mit einer durch eine Windung gebildeten Sekundärwicklung und einem an diese angeschlossenen ellipsenähnlichen Solenoid mit in konstantem Schritt an der Erzeugenden gewickelten und im Durchlauf gekühlten hohlen Windungen besteht, sowie mit einem Magnetisierungs-Meßkanal. der eine Meßspule und eine Stromkompensationsspule enthält, und mit einem Magnetisierungsfeld-Meßkanal, der einen Feldstärkegeber und eine Schaltung zur Messung von Parametern der dynamischen Hystereseschleife mit einer Elektronenstrahlröhre aufweist, die Magnetisierungseinrichtung erfindungs· gemäß mit mindestens zwei gleichartigen ellipsenähnli· chen und mit Luftzwischenräumen koaxial angeordne ten Solenoiden versehen wird, deren geometrisch! Abmessungen gegenseitig und mit der Länge de Luftzwischenraumes durch folgende Beziehung ver knüpft sind:

4*·- = -0,1368 k³ + 0,0822 k² + 0,7168 k + 0.007

L-,

k = 1,108 (-ρ E 0.1 -r 0.9.

in der Rl Radius der Arbeitsöffnung der ellipsenähnlichen Solenoide, L die halbe Länge eines ellipsenähnli chen Solenoids, / die Länge des Luftzwischenraumes zwischen den ellipsenähnlichen Solenoiden und k den Verengungskoeffizienten der Solenoiderzeugenden bedeutet wobei im Zentrum des Luftzwischenraumes eir - 65 Meßspule des Magnetisierungs-Meßkanals angeordni wird, die Kompensationsspule dieses Meßkanals koaxi mit dem Solenoid liegt und die Stromzuführungsel mente, welche die gleichsinnig und in Serie geschaltet«

609 584 Ί

Solenoide verbinden und einen Teil der aus einer Windung bestehenden Abwärtstransformatorwicklung bilden, als Koaxialzylinder ausgeführt werden und an ihren Stirnseiten durch Sammelrohre zur Wasserzuführung verbunden werden, ί

Zweckmäßigerweise soll in das Kompensationssystem jeder Meßspule eine zweite mit dem Magnetfluß der Solenoide verkettete Stromkompensationsspule und eine mit dem Magnetfluß des Abwärtstransformatorkernes verkettete Potentialkompensationsspule eingeführt werden, wobei jede Stromkompensationsspule koaxial mit dem entsprechenden Solenoid in einer Entfernung von V₄ der Solenoidlänge von seinem rechten Ende bei rechtsgängiger Wicklung angeordnet werden und eine Länge unter V12 der Solenoidlänge haben muß. und eine der Stromspulen gegesinnig und in Reihe mit der Potentialkompensationsspule über einen Amplituden- und Phasenentzerrer für die erste Harmonische verbunden werden muß. während die andere Stromquelle über einen Amplituden- und Phasenentzerrer für höhere Harmonischen nit der Meßspule des Magnetisierungs-Meßkanals gegensinnig und in Serie zusammengeschaltet werden muß.

Jede Meßspule des Magnetisierungs-Meßkanals kann in diesem oszillografischen Ferrometer von ihrer Außenseite mit einem kurzgeschlossenen nichtmagnetischen Schirm aus einem Werkstoff mit großer elektrischer Leitfähigkeit umgeben sein, wobei das Vehältnis der Schirmlänge zur Meßspulenlänge gleich oder größer als 1,2 gewählt werden soll.

In dem oszillografischen Ferrometer, das einen Integrator und einen mit diesem in Reihe liegenden Phasenentzerrer in jedem Meßkanal besitzt sowie Eichgeräte enthält, ist die Schaltung zur Messung von Parametern der dynamischen Hystereseschleife zweckentsprechend mit folgenden Baugruppen und Einheiten auszustatten: einem Auftastwandler, dessen Eingang an den Ausgang des Phasencntzerrrers im Magnetisierungsfeld-Meßkanal angeschlossen ist und dessen Ausgänge an der Steuerelektrode der Elektronenstrahlröhre liegen: einem Strom- und Feldstärkemomentanwert-Umwandler, der diese Werte in eine Gleichspannung umwandelt und dessen Eingang an den Ausgängen der Phasenentzerrer der Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanäle sowie am Ausgang des Auftastwandlers liegt und dessen Ausgänge an die zur Meßsignalpolarität empfindlichen Eichgeräte geschaltet sind: einer Baueinheit zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität, deren Eingänge parallel zum Eingang des Integrators des Magnetisierungsfeld-Meßkanals und zum Eingang des Magnetisierungs-Meßkanals sowie zum Ausgang des Auftastwandlers liegen; einer Baueinheit zur Berechnung von elektromagnetischen Gesamiverlusten, deren Eingänge mit Eingängen und Ausgängen des Magnetisierungs-Meßkanals und des Magnetisierungsfeld-Meßkanals verbunden sind: einer Funktionseinheit zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen für Magnetisierung und Feldstärke, deren Eingänge mit dem Ausgang des Phasenentzerrers im Magnetisierungs-Meßkanal und mit dem Ausgang des Magnetisierungsfeld-Meßkanals verbunden sind und deren Ausgang an Ablenkplatten der Elektronenstrahlröhre über einen automatischen Schalter angeschlossen ist. dessen Eingang am Ausgang des Phasenentzerrers des Magnetisierungs-Meßkanals liegt, wobei die Ausgänge der Baueinheit zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität

30

35

40

45

55 oder Suszeptibilität und der Baueinheit zur Berechnunj der elektromagnetischen Gesamtverluste an die ent sprechenden Eichgeräte angeschlossen sind.

Von Nutzen ist es auch, daß der Auftastwandler de oszillografischen Ferrometers einen Sinus-Rechtecksi gnalwandler mit Beibehaltung derselben Schwingungs Periode, eine Triggerschaltung zur Teilung der Recht eckimpulsfolgefrequenz, einen Univibrator mit regelba rer Verzögerung von Null bis zur Feldperiodendauer einen Univibrator zur Formierung eines rechteckiger Auftastimpu!ses und einen Inverter-Verstärker enthält dessen Ausgang an die Steuerelektrode der Elektroden· strahlröhre angeschlossen wird.

Vorteilhaft ist es auch, in der Baueinheit zur Ausrechnung der differentielien magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität folgende Funktionsgi upper, vorzusehen: Amplitudenmodulatoren für das Magneti sierungsfeld und die Magnetisierung, Amplitudendetektoren des Magnetisierungsfeldes und der Magnetisierung, deren Eingänge an die Ausgänge der entsprechenden Amplitudenmodulatoren angeschlossen werden, einen mit dem Ausgang des Amplitudendetektors der Magnetisierung verbundenen Schalter, einen mit diesem Schalter verbundenen Spannungs-Zeitintervall-Wand-Ier. eine Triggerschaltung, bei der ein Eingang mit dem Spannungswandler, der andere mit einem Taktimpulsgenerator und der Ausgang mit dem Schalter verbunden werden, einen Amplitudenmodulator, dessen Eingänge an den Ausgang der Triggerschaltung und an den Ausgang des Amplitudendetektors der Magnetisierung angeschlossen werden und dessen Ausgang über ein hlter mit dem Eingang eines Eichgerätes verbunden wird.

Die Baueinheit zur Berechnung von elektromagnetischen Gesamtverlusten kann eine Addierschaltung, einen an diese angeschlossenen Quadrator. eine i>ubtraktionseinrichtung und einen an diese geschalteten Quadrator. eine Subtraktionsschaltung mit den an die Ausgänge der beiden Quadratoren angeschlossenen tmgange sowie einen Integrator enthalten, dessen umgang an die Subtraktionsschaltung und dessen Ausgang an ein Eichgerät angeschlossen werden.

L>ie Funktionseinheit zur Formierung der Abbildung aer mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen Kann aus folgenden Baugruppen aufgebaut werden: aus einem mit dem Ausgang des Phasenentzerrers des Magnetisierungsfeld-Meßkanals verbundenen Maßstabsmarkengenerator, einem Sägezahnspannungsgenerator, aus wenigstens zwei in Reihe geschalteten Frequenzteilern, wobei der Eingang des ersten Frequenzteilers an den Ausgang des Maßstabsmarkengenerators und der Ausgang des letzteren Frequenzteilers an ZL_1n ^{ngang des} Sägezahnspannungsgenerators angeschlossen werden, aus Vergleichsschaltungen, deren Eingänge an die Ausgänge der Phasenentzerrer und an

schW^{Sang d}5^{S Sä}S^ezal™pannungsgenerators angeschossen werden, aus einer ersten Gruppe von Koinzidenzschaltungen, bei denen ein Teil von Eingänfrhah" ^AusS^anS^e der entsprechenden Vergleichsschauungen geschaltet werden, einer Triggerschaltung. gen der?« ^S*^UereinS^äng^en der Koinzidenzschaltunler JL κ J ^{Gruppe und mit dem} le^en Frequenzteiler verbunden wird, aus Schaltern, deren Eingänge an

Γπ,π ^gaT ^der Koinzidenzschaltungen der ersten Gruppe gefunrt werden und deren Ausgänge am zwef, ^gr- ^aut°™^chen Schalters hegen, einer zweiten Gruppe von Koinzidenzschaltungen, wobei die tingange jeder von diesen Koin/iJ.n/schaltuneen mit

der Triggerschaltung, mit dem Ausgang des Maßstabsmarkengenerators und mit dem Ausgang des ersten Frequenzteilers verbunden werden und die Ausgänge dieser Koinzidenzschaltungen an den Eingängen des automatischen Schalters liegen.

Es erwies sich als vorteilhaft, das oszillografische Ferrometer mit einer Baueinheit zur Prüfung der Phasenentzerrung auszustatten, die einen zweipoligen Schalter und einen Mischer für Dreieck- und Maßstabsmarkenimpulse enthält, dessen Eingänge an den Ausgang des Maßstabsmarkengenerators und an eine beliebige Zahl von Teilern in der Funktionseinheit zur Formierung der Abbildung der mit Maßstaiosmarken geeichten Koordinatenachsen angeschlossen werden und dessen Ausgang über Kontakte des zweipoligen Schalters abwechselnd mit den Phasenentzerrern der Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanäle verbunden wird, wobei die synchron umschaltbaren Kontakte des zweipoligen Schalters die Eingänge der Integratoren mit der Triggerschaltung der Funktionseinheit zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen verbinden, und zwar beim Anschluß des Phasenentzerrers des Magnetisierungsfeld-Meßkanals an den Mischerausgang mit der Triggerschaltung der Eingang des Integrators des Magnetisierungs-Meßkanals verbunden wird und beim Anschluß des Phasenentzerrers des Magnetisierungs-Meßkanals an den Mischerausgang die Triggerschaltung an den Eingang des Integrators des Magnetisierungsfeld-Meßkanals geschaltet wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 Prinzipschaltbild des erfindungsgemäß ausgeführten oszillografischen Ferrometers.

Fig.2 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Baueinheit zur Prüfung der Phasenentzerrung,

F i g. 3 grafisch dargestellte Verteilung der Axialkomponeme des Magnetisierungsfeldes in den ellipsenähnlichen Solenoiden,

Fig.4 grafische Darstellung der Verteilung der Axialkomponente und der Radialkomponenten des Magnetfeldes im ellipsenähnlichen Solenoid entlang seiner Längsachse.

Das oszillografische Ferrometer besteht gemäß der Erfindung aus einer Magnetisierungseinrichtung, den Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanälen und einer Schaltung zur Messung von Parametern der dynamischen Hystereseschleife.

Die Magnetisierungseinrichtung des Ferrometers besteht aus mehreren gleichartigen einlagig bewickelten ellipsenähnlichen Solenoiden 1 und 2 (Fig. 1), die mit einem Rohrleiter im konstantem Schritt der Windungen 3 an der Erzeugenden 4 gewickelt sind und in Reihe mit einer aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung 5 eines Abwärtstransformators 6 liegen. Die ellipsenähnlichen Solenoide 1 und 2 sind gleichachsig angeordnet, wobei zwischen ihren Stirnseiten ein Luftzwischenraum vorgesehen ist.

In Fig. 1 sind zur Vereinfachung der Daistellung zwei Solenoide gezeigt, ihre Anzahl kann aber uneingeschränkt vergrößert werden und hängt ab von der Länge des Prüflings 7, der im Innenraum der Solenoide 1 und 2 angeordnet w ird.

Die ellipsenähnlichen Solenoide 1 und 2 sind so gewickelt, daß ihre geometrische Abmessungen gegenseitig und mit der Länge des Luftzwischenraumes zwischen diesen Solenoiden durch folgende Beziehung verknüpft sind:

~^L = -0.1368 A-³ + 0.0822/r + 0,7168 k + 0.007

k = ...08 (_L)

/\ 0.6415

EO.l -r 0.9

Hierbei bedeutet finden Radius der Arbeitsöffnung in den ellipsenähnlichen Solenoiden 1 und 2, L die halbe Länge eines ellipsenähnlichen Solenoids (1 oder 2). /die Länge des Luftzwischenraumes zwischen den ellipsenähnlichen Solenoiden 1 und 2, k den Verengungskoeffizienten der Erzeugenden 4 eines Solenoids (t oder 2).

Ein Hinleiter 8 und ein Rückleiter 9, welche die Solenoide 1 und 2 gleichsinnig in Reihe verbinden und einen Teil der aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung 5 darstellen, sind als hohle Koaxialzylinder ausgeführt und an den Stirnseiten durch Sammelrohre 10 und 11 zur Wasserzuführung verbunden. Dabei ist der Rückleiter 9 im Inneren des Hinleiters 8 angeordnet. Die Windungen 3 der Solenoide 1 und 2. die Sekundärwicklung 5 und die Koaxialzylinder werden durch fließendes Wasser gekühlt.

Im Luftzwischenraum zwischen den Solenoiden 1 und 2 ist koaxial mit dem Prüfling 7 ein als Meßspule 12 ausgeführter Magnetisierungsgeber eingebaut, der gegensinnig und in Reihe mit einem Kompensationssystem verbunden ist wobei das letztere eine Potentialkompensationsspule 13. Stromkompensationsspulen 14 und 15, Amplituden- und Phasenentzerrer 16 und 17 sowie einen Summator 18 enthält.

Die Potentialkomoensationsspule 13 ist an dem gleichen Kern 19 angeordnet, an dem auch die Leistungswicklung 20 des Transformators 6 liegt, und ist mit dem Amplituden- und Phasenentzerrer 16 für die erste Harmonische verbunden.

Die Stromkompensationsspulen 14 und 15 sind mit dem Magnetfluß der Solenoide verkettet und weisen gleiche Konstantwerte w_sauf. Jede von diesen Spulen 14 und 15 ist koaxial mit dem Solenoid 1 bzw. 2 in einer Entfernung von V₄ der Solenoidlänge vom rechten Solenoidende bei rechtsgängiger Wicklung eingebaut und hat eine länge unter V₁₂ der Solenoidachsenlänge.

Die Stromkompensationsspule 14 ist mit der Potentialkompensationsspule 13 gegensinnig und in Reihe über den Amplituden- und Phasenentzerrer 16 für die erste Harmonische zusammengeschaltet, und die Stromkompensationsspule 15 ist mit der Meßspule 12 gegensinnig und in Reihe über den Amplituden- unc Phasenentzerrer 17 für höhere Oberwellen verbunden.

Der Ausgang des Amplituden- und Phasenemzerren 16 ist über einen Phasenentzerrer 21 an der eingangsseitigen Widerstand 22 des Summators Ii angeschlossen, in dessen Rückkopplungszweig eii Widerstand 23 liegt An einen anderen eingangsseitigei Widerstand 24 des Summators 18 ist die Meßspule Ii angeschaltet.

Der Magnetisieruiiijs-Meßkanal des Ferrometers enthält die Meßspule 12, die sich im Luftzwischenraum zwischen den Solenoiden 1 und 2 befindet, einen Integrator 25, an dessen eingangsseitigem Widerstand 26 über den Summator 18 die Meßspule 12 liegt, und einen Phasenentzerrer 27, der an den Ausgang des ■Integrators 25 angeschlossen ist Der Ausgang des Phasenentzerrers 27 dient als Ausgang des Magnetisierungs-Meßkanals.

Der Magnetisierungsfeld-Meßkanal enthält einen Magnetisierungsfeldgeber, der als eine Toroidspule 28 an einem nichtmagnetischen Kern 29 ausgeführt ist und koaxial zur Sekundärwicklung 5 liegt

Zum Magnetisierungsfeld-Meßkanal gehört auch ein Integrator 30, an dessen eingangseitigem Widerstand 31 die Spule 28 liegt und dessen Ausgang an den Phasenentzerrer 32 angeschlossen ist. Der Ausgang des letzteren dient als Ausgang des Magnetisierungsfeld-Meßkanals.

Um eine vollständige Dämpfung der Störschwingungen ohne Impulsformverzerrung und ohne Vergrößerung der Magnetisierungsgeber-Empfindlichkeit zu gewährleisten, wird um die Außenseite der Meßspule 12 dieses Gebers ein kurzgeschlossener Schirm 33 aus nichtmagnetischem Werkstoff mit großer elektrischer Leitfähigkeit gelegt. Das Verhältnis der Schirmlänge /i zur Länge /oder Meßspule 12 wird gleich oder größer als 1.2 gewählt.

Gemäß der Erfindung enthält die Schaltung zur Messung von Parametern der dynamischen Hystereseschleife einen Auftastwandler 34, dessen Eingang am Ausgang des Phasenentzerrers 32 des Magnetisierungsfeld-Meßkanals liegt und dessen Ausgang mit Hilfe eines Leiters 35 an die Steuerelektrode 36 einer Elektronenstrahlröhre 37 angeschlossen ist. An den Ausgang des Auftastwandlers 34 ist ein Umwandler 38 von Strom und Feldstärke in eine Gleichspannung geschaltet, dessen Ausgänge mit Leitern 39 und 40 an die /ur Polarität des Meßsignals empfindlichen Eichgeräte 41 und 42 angeschlossen sind.

Zur Schaltung für die Messung von Parametern gehören außerdem eine Baueinheit 43 zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität, deren Eingänge parallel zu den Eingängen der Integratoren 25 und 30 der Meßkanäle negen und deren Ausgang mit Hilfe eines Leiters 44 mit dem Eichgerät 41 verbunden ist, sowie eine Baueinheit 45 zur Berechnung von elektromagnetischen Gesamtverlusten, deren Eingänge mit den Eingängen und Ausgängen der Meßkanäle verbunden sind und deren Ausgang mittels eines Leiters 46 an das Eichgerät 41 angeschlossen ist.

Die Schaltung /ur Messung von Parametern enthält auch eine Funktionseinheit 47 zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachse iur Magnetisierung und Feldstärke. Die Eingänge dieser Funktionseinheit 47 sind mit den Ausgängen der Meßkanäle verbunden, während der Ausgang der genannten Einheit mit den Ablenkplatten 48 der Elektronenstrahlröhre 37 über einen automatischen Schalter 49 in Verbindung steht. Die Eingänge des automatischen Schalters 49 haben auch mit den Ausgängen der Phasenentzerrer 27 und 32 Verbindung.

Der Auftastwandler 34 besteht aus einer Reihenschaltung eines Sinus-Rechtecksignalwandlers 50, bei dem die Schwingungsperiode des sinusförmigen Signals beibehalten wird, einer Triggerschaltung 51 zum Halbieren der Folgefrequenz der Rechteckimpulse, eines Univibrators 52 mit einer von Null bis zur Feldperiodendauer T regelbarer Verzögerung, der mit einem anderen Univibrator 53 zur Formierung eines rechteckigen Auftastirr.pulses verbunden ist, welcher über einen Inverter-Verstärker 54 der Steuerelektrode 36 der Elektronenstrahlröhre 37 zugeführt wird.

Zum Umwandler 38 gehören Amplitudenmodulatoren 55 und 56 für die Meßkanäle der Magnetisierung und des Magnetisierungsfeldes. Die Amplitudenmodula-ο toren 55 und 56 sind an den Verstärker 54 angeschlossen und werden von den Ausgangs-Auftastimpulsen dieses Verstärkers 54 gesteuert. An den Ausgängen der Modulatoren 55 und 56 liegen Amplitudendetektoren 57 und 58, die mit den entsprechenden in Maßstabseinheiten der Magnetisierung und des Magnetisierungsfeldes geeichten Eichgeräten 41 und 42 verbunden sind.

Die Baueinheit 43 zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität enthält Amplitudenmodulatoren 59 und 60. die den Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanälen zugeordnet sind und vom Auftastimpuls vom Ausgang des Verstärkers 54 gesteuert werden.

Die Ausgänge der Modulatoren 59 und 60 sind mit den Eingängen der Amplitudendetektoren 61 und 62 der erwähnten Meßkanäle verbunden. Der Amplitudendetektor 61 hat mit einem Schalter 63 Verbindung, dessen Ausgang an einen Spannungs-Zeitintervallwandler 64 angeschlossen ist. Der Ausgang des Wandlers 64 ist mit einem Eingang der Triggerschaltung 65 verbunden.

deren zweiter Eingang an einen Taktimpulsgenerator 66 geschaltet ist. wobei der Ausgang der Triggerschaltung 65 mit den Steuereingängen des Schalters 63 und mit dem Eingang eines Amplitudenmodulators 67 verbunden ist, dessen anderer Eingang an den Ausgang des Amplitudendetektors 62 angeschlossen ist.

Der Ausgang des Amplitudenmodulators 67 ist über ein Filter 68 mit dem Eichgerät 41 verbunden, bei dem eine Skala in den Maßstabseinheiten der Permeabilität μ, geeicht ist.

Die Baueinheit 45 enthält eine Addierschaltung 69 mit einem Quadrator 70 an ihrem Ausgang und eine Subtraktionseinrichtung 71 mit einem Quadrator 72 am Ausgang, die mit den Eingängen einer Subtraktionsschaltung 73 verbunden sind, deren Ausgang an einen Integrator 74 angeschlossen ist, während der Ausgang des letzteren an den Eingang des Eichgeräts 41 geschaltet ist, das in den Maßstabseinheiten der Gesamtverluste geeicht ist.

Die Funktionseinheit 47 zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen für Magnetisierung und Feldstärke enthält erfindungsgemäß einen Maßstabsmarkengenerator 75, dessen Eingang mit dem Ausgang des zum Magnetisierungsfeld-Meßkanal gehörenden Phasenentzerrers 32 verbunden ist. Zur Funktionseinheit 47 gehören auch ein Sägezahnspannungsgenerator 76 und zwei in Reihe geschaltete Dezimal-Frequenzteiler 77 und 78. Die Anzahl von Frequenzteilern kann vergrößert werden und hängt vom erforderlichen Maßstab der Koordinatenachsen und von der gewünschten Genauigkeit der Parametermessung ab.

Der Eingang des ersten Teilers 77 ist an den Ausgang des Maßstabsmarkengenerators 75 angeschlossen, und der Ausgang des zweiten Teilers 78 ist mit dem Eingang des Sägezahnspannungsgenerators 76 verbunden.

Die Funktionseinheit 47 umfaßt außerdem Vergleichsschaltungen 79 und 80, deren Eingänge an die Ausgänge der Phasenentzerrer 27 bzw. 32 und an den

Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators 76 angeschlossen sind, sowie die erste Gruppe von Koinzidenzschaltungen 81 und 82, Schalter 83 und 84 und die zweite Gruppe von KoinzidenzEchaltungen 85 und 86.

Der Eingang der Koinzidenzschaltung 81 ist an den Ausgang der Vergleichsschaltung 79, der Ein_baiig der Koinzidenzschaltung 82 an den Ausgang der Vergleichsschaltung 80 und die Steuereingänge 87 und 88 der Koinzidenzschaltungen 81 und 82 an eine Triggerschaltung 89 angeschlossen, die ihrerseits mit dem Ausgang des zweiten Teilers 78 Verbindung hat Die Ausgänge der Koinzidenzschaltungen 81 und 82 liegen an den Eingängen der Schalter 83 bzw. 84, deren Ausgänge an den automatischen Schalter 49 angeschlossen sind. j₅

Die Eingänge der Koinzidenzschaltung 85 und 86 der zweiten Gruppe sind mit der Triggerschaltung 89, mit dem Ausgang des Maßstabsmarkengenerators 75 sowie mit dem Ausgang des ersten Frequenzteilers 77 verbunden, während die Ausgänge dieser Schaltungen 85 und 86 an die Eingänge des automatischen Schalters 49 angeschlossen sind. Die Ausgänge des automatischen Schalters 49 sind an die Ablenkplatten 48 der Elektronenstrahlröhre 2»7 geschaltet.

In Fig.2 ist die Baueinheit zur Prüfung der Phasenentzerrung gezeigt, zu der zweipolige Schalter 90 und 91 sowie ein Mischer 92 für Dreieck- und Maßstabsmarkenimpulse gehören.

Die tingänge des Mischers 92 liegen am Ausgang des Maßstabsmarkengenerators 75 und an einer beliebigen Zahl von Teilern 77 und 78. In der in Betracht kommenden Ausführungsvariante ist der Mischer 92 an den Teiler 77 angeschlossen. Der Ausgang des Mischers 92 wird über Kontakte 93 des Schalters 91 an den Phasenentzerrer 32 des Magnetisierungsfeld-Meßkannlj und über Kontakte 94 des Schalters 91 an den Ph^senentzerrer 27 des Magnetisierungs-Meßkanals geschaltet. Dabei verbindet der synchron mit dem Schalter 91 betriebene Schalter 90 mit seinen synchron umschaltbaren Kontakten 95 die Eingänge des Integrators 25 mit der Triggerschaltung 89, wenn der Mischer 92 an den Phasenentzerrer 32 angeschlossen ist, und schaltet mit seinen synchron umschaltbaren Kontakten 96 die Eingänge des Integrators 30 an die Triggerschaltung 89 an, wenn der Mischer 92 mit dem Phasenentzerrer 27 verbunden ist.

Über Kontakte des Schalters 90 ist an den Eingang des Integrators 30 des Magnetisierungsfeld-Meßkanals die Toroidspule 28 des Feldstärkegebers 28 angeschlossen.

Das oszillografische Ferrometer funktioniert folgenderweise.

Die Axialkomponente des magnetischen Feldes ist im Mittelpunkt des Luftzwischenraumes zwischen den Solenoiden 1 und 2 durch folgende Beziehung gegeben:

H_x= 2* j, J

- (2 ί ♦

(2)

Co

Hierbei bedeutet

j_s die Dichte der Amperewindungen an der Erzeugenden 4,

ψ Richtungswinkel des Elementarkreises,
P Legendre-Polynome,
ρο Radiusvektor des Elementarkreises.

G = G(O) + G"{0) J₁ + G^lv(0) j-

40

Die Funktion G stellt eine Kombination von höheren transzedenten und Elementarfunktionen dar und läßt sich nicht in ihrer endgültigen Form ausdrücken.

Durch Maclaurin-Reihenentwicklung der Funktion G nach Potenzen der Axialkomponente X und durch Zuhilfenahme einer Rechenmaschine wurden die angeführten Beziehungen der Werte von k, Rl, L, I ermittelt, bei denen der Koeffizient des Reihengliedes X² in der Reihe

55

zu Null wird.

F i g. 3 zeigt die Verteilung der axialen Feldkomponente in den beschriebenen ellipsenähnlichen Solenoiden (ausgezogene Kurven 97) und in den bekannten Solenoiden (gestrichelte Kurven 98), welcher die Wahl von Werten zugrunde liegt, die dem vorgegebenen Feldverlauf entsprechen. Aus den angeführten Kurven ist ersichtlich, daß in den beschriebenen Solenoiden mit dem erwähnten Verhältnis von geometrischen Abmessungen eine wesentliche Vergrößerung der Feldstärke und der Feldhomogenität erreicht wird.

Somit ist das Feld in den Luftzwischenräumen gleich stark wie das Feld im Mittelpunkt der Solenoide.und die Feldkomponenten auf dem Niveau Rl weisen praktisch keine Unterschiede gegenüber den Feldkomponenten an der Symmetrieachse auf, wie dies für ellipsenähnliche Solenoide kennzeichnend ist.

Fig.4 zeigt ein Beispiel für die Verteilung der Axialkomponente [ Ux(x)/U_x[Q)] und der Radialkomponenten des magnetischen Feldes [U₁(X) und UJxfi entlang der Längsachse des ellipsenähnlichen Solenoids. Aus dieser grafischen Darstellung kann man ersehen, daß die Radialkomponenten ein deutlich erkennbares Minimum im Punkt χ — 60 (bei rechtsgängiger Wicklung) im Bereich mit einer Länge von V₂ der Solenoidlänge aufweisen. Diesen besonderen Bereich kann man zweckentsprechend für die Anordnung der Stromkompensationsspulen benutzen.

Bei Messungen an einem Prüfling 7, der besonders eine rechteckige Hystereseschleife ergibt und ein breites Spektrum von höheren Magnetisierungsoberwellen aufweist, entstehen in einem durch die Windungskapazität der Meßspule 12 und die Streuinduktivität gebildeten parasitären Resonanzkreis gedämpfte hochfrequente Störschwingungen, die zur Verzerrung der Abbildung der Hystereseschleife führen. Der kurzgeschlossene Schirm 33 vermindert die Resonanzkreisgüte infolge der in ihm induzierten Wirbelströme und unterdrückt den Schwingungsvorgang. Bei einem Verhältnis der Schirmlänge zur Länge des Meßspule 12 von /i//o=l,2 werden die Störschwingungen in einem breiten Frequenzbereich unterdrückt und die Signalform U\o = kw\oSo dl/dt wird nicht entstellt. Dies gibt die Möglichkeit, den Konstantwert ws des Magnetisierungsgebers um mehr als zwei Ordnungen zu vergrößern.

609 584/132

ill

Von der EMK der Meßspule 12

= E_lmiosm{wt

£_3miosin(3wr + >, 3)

,."wird bei Vernachlässigung von Oberwellen höherer Ordnung die in Phase und Amplitude der ersten "Oberwelle entzerrte EMK der Stromkompensations-, spule 15 abgezogen:

IO

_;Von der EMK E_i3 (cot) der Potentialkompensationsspule 13, die bei sinusförmiger Spannung vernachlässigbar kleine Oberwellen ergibt, wird das nach Amplitude und Phase der ersten Oberwelle entzerrte Signal der zweiten Stromkompensationsspule 14 subtrahiert: 55 und 56 zugeführt und von den Detektoren 57 und 58 demoduliert, worauf sie von den Ausgängen der Detektoren 57 und 58 über die Leiter 39 und 40 auf die Eichgeräte 41 und 42 gegeben werden.

Gleichzeitig werden die Signale άΤ/dt oder dB/dt vom Feldstärkegeber und von der Meßspule 12 den Eingängen der durch denselben Auftastimpuls angesteuerten Amplitudenmodulatoren 59 und 60 zugeführt und von den Detektoren 61 und 62 demoduliert

Die differentielle magnetische Permeabilität f_d oder Suszeptibilität stellt ein Verhältnis d//df dar, und zur Bestimmung von Fd werden die den Größen d//di und dH/dtentsprechenden Spannungen in der Baueinheit43 ^geteilt:

wobei man das nach der Phase der dritten Oberwelle entzerrte Signal und <p3i3-u = <p3i6 erhält Das vom Phasenentzerrer 21 gelieferte Signal

wird mit dem Differenzsignal

£₁₂(,-.f) - £_!6{..»r) = £_Jmifisin(3f..i + ; 3)

summiert, das dem Summator 18 gegenphasig zugeführt wird, bei dem die Widerstände 22 und 24 entsprechend R] und R₂ gewählt sind, wobei man erhält

E_2x (R₁ R) = (E₁₂-E₁J(R₂ R).

und das Signal am Ausgang des Summators 18 beim Fehlen des Prüflings 7 in der Spule gleich 0 ist, während es bei eingeführten Prüfling 7 £",₈= /CW,₂ 5b d//dr mit einem konstanten Koeffizienten K wird.

Da die Stromkompensationsspulen 14 und 15 in einem Abstand von V₄ der Solenoidlänge vom rechten Solenoidende bei rechtsgängiger Wicklung angeordnet werden, wo sich nach F i g. 4 ein Minimum der radialen Feldkomponenten Hyund //zergibt, werden wesentlich mildere Forderungen an die Genauigkeit der koaxialen Orientierung der Spulen 14 und 15 in bezug auf die Solenoide 1 und 2 gestellt.

Das Signal des Feldstärkegebers gelangt nach seiner Integration und Phasenentzerrung zum Wandler 50. Die am Ausgang des letzteren entstehenden Rechteckimpulse lösen die Triggerschaltiing 51 und darauf den Univibrator 52 aus, dessen Rechteckimpulse mit vorgegebener Dauer mit ihrer Hinterflanke den Univibrator 53 ansteuern. Am Ausgang des Univibrators 53 weiden rechteckige Auftastimpulse formiert, deren Dauer viel kleiner als die Feldperiodendauer ist.

Der an der Steuerelekirode 36 der Elektronenstrahlröhre 37 erscheinende Auftastimpuls bezeichnet mit einer hellen Marke den Meßpunkt an der Hystereseschleife, die auf dem Schirm 97 der Elektronenstrahlröhre 37 bei Anlegung der Signale I(t) und H(t) von den Ausgängen der Integratoren 25 bzw. 30 an die Ablenkplatten 48 der Rohre 37 über den automatischen Schalter 49 abgebildet wird. Dabei werden die Parameter / und H in dem durch die Helligkeitsmarke bezeichneten Punkt der Schleife an den Eichgeräten 41 und 42 abgelesen. Um diese Ablesung zu ermöglichen werden die Signale I(t) und H(t) den durch den erwähnten Auftastimpuls angesteuerten Modulatoren I/(dH/dt) dH ■"*■

Zu diesem Zweck ruft der Taktimpulsgenerator 66, der die Recheckimpulse mit einer Periode T liefert den Kippvorgang in der Triggerschaltung 65 hervor, die den Schalter 63 und den Amplitudenmodulator 67 auftastet Zum Wandler 64 gelangt ein Signal vom Detektor 61 des Magnetisierungs-Meßkanals, das von diesem Wandler 64 in ein Zeitintervall te= I/U{dHldt) umgewandelt wird. Am Ende dieses Zeitintervalls erzeugt der Wandler 64 einen kurzen Impuls, der die Triggerschaltung 65 in den Anfangszustand bringt, bei dem der Schalter 63 und der Amplitudenmodulator 67 gesperrt sind. Weiterhin wiederholt sich der Zyklus der Teilungsvorgänge. Am Ausgang des Amplitudenmodulators 67 weist die Impulsfolge mit der Dauer f_Hund mit der Periode T die Amplitude U(dlldt) auf, deren Mittelwert bekanntlich wie folgt ermittelt wird:

35

40 Um = U (dJ dt)t„

_υιηκ

^Um~ ^K" U (dH/dt)

τ- ν ^dJ

Vm = K₁₁ — = ,,„

wobei Κμ der Maßstabskoeffizient ist. Vom Filter 68 gelangt das Signal zum Eichgerät 41.

Zur Gewährleistung einer genauen Messung der remanenten Magnetisierung /_r oder B_r schaltet der automatische Schalter 49 über eine Periode der Magnetisierungsfeldfrequenz periodisch die Phase des Signals Hum, und infolgedessen werden auf dem Schirm 97 der Elektronenstrahlröhre 37 die Hystereseschleife und ihr Spiegelbild in bezug auf die Achse /zusammen abgebildet. Die Helligkeitsmarke wird in den Kreuzungspunkten der Zweige dieser Schleifen fixiert, und l_r wird am Eichgerät 41 abgelesen. Gleichzeitig wird der Entmagnetisierungszustand der Prüflinge nach der Symmetrie bezüglich der Achse H der clifferentiellen Suszeptibilität in den zentrisch-symmetrischen Punkten der Schleife geprüft.

Für die Ermittlung von Gesamtverlusten werden die Signale d//d? oder dB/dt auf die Eingänge der Subtraktionseinrichtung 71 und der Addierschaltung 69 der Baueinheit 45 gegeben, in der am Ausgang der

Subtraktionsschaltung 73 die Verknüpfung

(d/4- H} - (d/- H? = AH ■ d] realisiert wird, wobei am Ausgang des Integrators 74 ein

Signal

^J34

= 4[⁷HdJ =

Jo

'rB

erscheint. Hierbei bedeutet k den Maßstabskoeffizienten der Verluste.

Mit Hilfe der Baueinheit 45 zur Berechnung von Verlusten w;^r<i das Ferrometer zum Mustei gerät für die Messung von Gesamtverlusten Ρ_γβ bei Sättigungsmagnetisierung I_n, gemacht, wenn ein konstantes Ablesungsniveau der Verlus-te am Eichgerät 41 erreicht wird.

Die Helligkeitsmarke wird dabei auf die Spitze der Schleife verschoben, und das Eichgerät 41 wird mit der Größe Im geeicht

Zwecks unmittelbarer Protokollierung von Messungen an Prüflingen durch Wiedergabe der Hystereseschleifen-Abbildung und für die Minderung der Ablesungsfehler infolge der durch die Elektronenstrahlröhre 37 bedingten nichtlinearen Verzerrungen und somit für die Vergrößerung des Ausnutzungsfaktors des Schirmes 97 ist in das Ferrometer die Funktionseinheit 47 zur Formierung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen für Magnetisierung und Feldstarke eingeführt, die folgenderweise funktioniert.

Der Maßstabsmarkengenerator 75, der synchron mit dem von der Magnetisierung H abgeleiteten Signal arbeitet, wobei die Frequenz des letzteren zweimal z. B. im Verhältnis 1:10 durch die Teiler 77 und 78 geteilt wird, gibt die Dauer der Sägezahnimpulse des Generators 76 vor.

Die Amplitude der vom Generator 76 gelieferten Sägezahnspannung wird bis auf die Werte der Signalamplituden H_m und I_m durch die Vergleichsschaltungen 79 und 80 begrenzt, deren ausgangsseitige Signale über eine Periode die Schalter 83 und 84 mit Hilfe der Koinzidenzschaltungen 81 und 82 öffnen, auf deren zweite Eingänge die Taktimpulse von der Triggerschaltung 89 gegeben werden, die ihrerseits durch Signale vom Teiler 78 gesteuert wird. Die von den

Schaltern 83 und 84 gelieferten Sägezahnsignale mit den Amplituden H_n, und I_m gelangen zum automatischen Schalter 49, der über eine Periode des Magnetisierungsfeldes diese Signale zu den Ablenkplatten abwechselnd mit der Zuführung von Signalen H(t) und I(t) weiterleitet

Durch Mischung der vom Generator 75 erzeugten Maßstabsmarkenimpulse und der Impulse vom Teiler 77 ergeben sich Impulse der Maßstabsskala, die mit Hilfe der Koinzidenzschaltungen 85 und 86 während der Pausen zwischen dem Sägezahnspannungsdurchgang den Ablenkplatten 48 zugeführt werden. Dadurch wird die gleichmäßige Helligkeit von Abbildungen der Schleife, der Achsen und der Dezimalmarken erreicht

Die Baueinheit zur Prüfung der Phasenentzerrung, zu der z. B. mechanische Kontaktschalter 90 und 91 sowie der Mischer 92 gehören, funktioniert folgenderweise. Bei der Durchführung der Prüfung schalten die in F i g. 2 mit gestrichelter Linie verbundenen Synchronkontakte des Schalters 90 den entsprechenden Meßkanal vom I- bzw. /Y-Geber ab und schließen den Ausgang der Triggerschaltung 89 an den Eingang des Integrators 30 bzw. 25 und den Ausgang des Dezimalmarkenmischers 92 an den Ausgang des anderen Meßkanals an.

Die Vorderflanke und die Hinterflanke der am Ausgang des Integrators 30 (25) erscheinenden Dreieckimpulses, der durch Integrierung des dem Eingang dieses Integrators zugeführten Rechteckimpulses erzeugt wurde, bilden auf dem Schirm 97 eine durch Deckung entstandene Linie, auf der die Dezimalmarken beim Fehlen von Phasenverzerrungen im Meßkanal zusammenfallen.

Außer einer Erhöhung der Genauigkeit und der Schnellwirkung ermöglicht dieser Aufbau im Vergleich mit dem bekannten Ferrometer auch eine kontinuierliche Prüfung der Phasenentzerrung durch Überlagerung mittels eines Schalters der Hystereseschleife eines Prüflings durch Markierungsflanken der Prüfimpulse auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   "--' 1. Oszillografisches Ferrometer mit einer Magnetisierungseinrichtung, die aus einem Abwärtstransformator mit einer durch eine Windung gebildeten Sekundärwicklung in Form eines hohlen elektrischen Leiters und einem an diese angeschlossenen ellipsenähnlichen Solenoid mit in konstantem Schritt an der Erzeugenden gewickelten und im Durchlauf gekühlten hohlen Windungen besteht, sowie mit einem Magnetisierungs-Meßkanal, der eine Meßspule und eine Stromkompensationsspule enthält, und mit einem Magnetisierungsfeld-Meßkanal, der einen Feldstärkegeber und eine Schaltung zur Messung von Parametern der dynamischen Hystereseschleife eines Prüflings mit einer Elektronenstrahlröhre aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungseinrichtung mindestens mit zwei gleichartigen ellipsenähnlichen koaxial und mit Luftzwischenräumen angeordneten Solenoiden (1 und 2) versehen ist, deren geometrische Abmessungen gegenseitig und mit der Länge des Luftzwischenraumes durch folgende Beziehung verknüpft sind:

   -± = -0,1368 k³ + 0,0822Jt² + 0,7168 Jt + 0.007

   - ■·■« U)

   /\ 0,6415

   e 0,1 -!-0,9

   in der Rl Radius der Arbeitsöffnung der ellipsenähnliehen Solenoide (1 und 2), L die halbe Länge eines ellipsenähnlichen Solenoids (1 oder 2), / die Länge des Luftzwischenraumes zwischen den ellipsenähnlichen Solenoiden (1 und 2) und k den Verengungskoeffizienten der Erzeugenden des Solenoids (I und 2) bedeutet, wobei im Zentrum des Luftzwischenraumes eine Meßspule (12) des Magnetisierungs-Meßkanals angeordnet ist, die Stromkc mpensationsspule (14) dieses Meßkanals koaxial mii dem Solenoid (I oder 2) liegt ein Hin- und ein Rückleiter (8 und 9), welche die gleichsinnig und in Serie geschalteten Solenoide (1 und 2) verbinden und einen Teil der aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung (5) des Abwärtstransformators (6) bilden, als hohle Zylinder ausgeführt sind und an ihren Stirnseiten durch Sammelrohre (10 und U) verbunden sind, wobei der Rückleiter (9) im Inneren des Hinleiters (8) und koaxial mit diesem angeordnet ist.
2. 2. Oszillografisches Ferrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kompensationssystem jeder Meßspule (12) eine zweite mit dem Magnetfluß der Solenoide (1 und 2) verkettete Stromkompensationsspule (15) und eine mit dem Magnetfluß des Abwärtstransformatorkernes verkettete Potentialkompensationsspule (13) eingeführt sind, wobei jede Stromkompensationsspule (14 oder 15) koaxial mit dem entsprechenden Solenoid (I oder 2) in einer Entfernung von V₄ der Solenoidlänge vom rechten Ende des Solenoids (1 oder 2) bei rechtsgängiger Wicklung angeordnet ist und eine Länge unter Vi₂ der Solenoidlänge hat, und eine der Stromkompensationsspulen (14) gegensinnig und in ' Reihe mit der Polentialkompensationsspule (13) über einen Amplituden- und Phasenentzerrer (16) für die erste Harmomische verbunden ist, während die andere Stromkompensatioiisspule (I⁴) über einen Amplituden- und Phasenentzerrer (17) für höhere Harmonische mit der Meßspule (12) des Magnetisierungs-Meßkanals gegensinnig und in Serie zusammengeschaltet ist.
3. 3. Oszillografisches Ferrometer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßspule (12) des Magnetisierungs-Meßkanals von ihrer Außenseite von einem kurzgeschlossenen Schirm (33) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit umgeben ist, wobei das Verhältnis der Schirmlänge zur Länge der Meßspule (12) gleich oder größer als 1,2 gewählt wird.
4. 4. Oszillografisches Ferrometer nach Anspruch 2 oder 3, der einen Integrator und einen mit diesem in Reihe liegenden Phasenentzerrer in jedem Meßkanal besitzt sowie Eichgeräte enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Messung von Paiametern der dynamischen Hystereseschleife mit folgenden Baugruppen und Einheiten ausgestattet ist: einem Auftastwandler (34), dessen Eingang an den Ausgang des Phasenentzerrers (32) im Magnetisierungsfeld-Meßkanal angeschlossen ist und dessen Ausgänge an der Steuerelektrode (36) der Elektronenstrahlröhre (37) liegen; einem Strom- und Feldstärkemomentanwert-Umwandler (38), der diese Werte in eine Gleichspannung umwandelt und dessen Eingang an den Ausgängen der Phasenentzerrer der Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanäle sowie am Ausgang des Auftastwandlers (34) liegt und dessen Ausgänge an die zur Meßsignalpolarität empfindlichen Eichgeräte (41 und 42) geschaltet sind; einer Baueinheit (43) zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität, deren Eingänge parallel zum Eingang des Integrators (30) des Magnetisierungsfeld-Meßkanals und zum Eingang des Magnetisierungs-Meßkanals sowie zum Ausgang des Auftastwandlers (34) liegen; einer Baueinheit (45) zur Berechnung von elektromagnetischen Gesamtverlusten, deren Eingänge mit Eingängen und Ausgängen des Magnetisierungs-Meßkanals und des Magnetisierungsfeld-Meßkanals verbunden sind; einer Funktionseinheit (47) zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen für Magnetisierung und Feldstärke, deren Eingänge mit dem Ausgang des Phasenentzerrers (27) im Magnetisierungs-Meßkanal und mit dem Ausgang des Magnetisierungsfeld-Meßkanals verbunden sind und deren Ausgang an die Ablenkplatten (48) der Elektronenstrahlröhre

   «f

   (37) über einen automatischen Schalter (49) angeschlossen ist, dessen Eingang am Ausgang des Phasenentzerrers (27) des Magnetisienngs-Meßkanals liegt, wobei die Ausgänge der Baueinheit (43) zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität und der Baueinheit (45) zur Berechnung von elektromagnetischen Gesamtverlusten an die entsprechenden Eichgeräte (41 und 4.°.) angeschlossen sind.
5. 5. Oszillografisches Ferrometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftastwandler (34) eine Reihenschaltung eines Sinus-Rechtecksignalwandlers (50) mit Beibehaltung derselben Schwingungsperiode, einer Triggerschaltung (51) zum Halbieren der Rechteckimpuls-Folgefrequenz, eines Univibrators (52) mit regelbarer Verzögerung von Null bis zur Feldperiodendauer, eines Univibrators (53) zur Formierung eines rechteckigen Auftastimpulses und eines Inverter-Verstärkers (54) enthält, dessen Ausgang an die Steuerelektrode (36) angeschlossen ist.
6. 6. Oszillografisches Ferrometer nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Baueinheit (43) zur Ausrechnung der differentiellen magnetischen Permeabilität oder Suszeptibilität folgende Funktionsgruppen vorgesehen sind: Amplitudenmodulatoren (59 und 60) für das Magneiisierungsfeld und die Magnetisierung, Amplitudendetektoren (61 und 62) des Magnetisierungsfeldes und der Magnetisierung, deren Eingänge an die Ausgänge der entsprechenden Amplitudenmodulatoren (59 und 60) angeschlossen sind, ein mit dem Ausgang des Amplitudendetektors (61) der Magnetisierung verbundener Schalter (63), ein mit diesem Schalter (63) verbundener Spannungs-Zeitintervall-Wandler (64), eine Triggerschaltung (65), bei der ein Eingang mit dem Spannungswandler (64), der andere mit einem Taktimpulsgenerator (66) und der Ausgang mit dem Schalter (63) verbunden sind; ein Amplitudenmodulator (67), dessen Eingänge an den Ausgang der Triggerschaltung (65) und an den Ausgang des Amplitudendetektors (61) der Magnetisierung angeschlossen sind und dessen Ausgang über ein Filter (68) mit dem Eingang eines Eichgerätes (41) verbunden Lt.
7. 7. Oszillografisches Ferrometer nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (45) zur Berechnung von elektromagnetischen Gesamtverlusten eine Addierschaltung (69), einen an diese angeschlossenen Quadrator (70), eine Subtraktionseinrichtung (71) und einen an diese geschalteten Quadrator (72), eine Subtraktionsschaltung (73) mit den an die Ausgänge der beiden Quadratoren (70 und 72) angeschlossenen Eingängen sowie einen Integrator (74) enthält, dessen Eingang an die Subtraktionsschaltung (73) und dessen Ausgang an ein Eichgerät (41) angeschlossen sind.
8. 8. Oszillografisches Ferrometer nach Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionseinheit (47) zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen aus folgenden Baugruppen aufgebaut ist: aus einem mit dem Ausgang des Phasenentzerrers (32) des Magnetisierungsfeld-Meßkanals verbundenen Maßstabsmarkengenerator (75), einem Sägezahnspnnnungsgenerator (76), aus wenigstens zwei in Serie geschalteten Frequenzteilern (77 und 78), wobei der Eingang des ersten Frequenzteilers (77) an den Ausgang des Maßstabsmarkengenerators (75) und der Ausgang des letzten Frequenzteilers (78) an den Eingang des Sägezahnspannungsgenerators (76) angeschlossen sind, aus Vergleichsschaltungen (79 und 80), deren Eingänge an die Ausgänge der Phasenentzerrer (32 und 27) und an den Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators (76) angeschlossen sind, aus einer ersten Gruppe von Koinzidenzschaltungen (81 und 82), bei denen ein Teil von Eingängen an die Ausgänge der entsprechenden Vergleichsschaltungen (79 und 80) geschaltet ist, eine Triggerschaltung (89), die mit den Steuereingängen (87 und 88) der Koinzidenzschaltung (81 und 82) der ersten Gruppe und mit dem letzten Frequenzteiler (78) verbunden ist, aus Schaltern (83 und 84), deren Eingänge an die Ausgänge der Koinzidenzschaltungen (81 und 82) der ersten Gruppe geführt sind und deren Ausgänge am Ausgang des automatischen Schalters (49) liegen, einer zweiten Gruppe von Koinzidenzschaltungen (85 und 86), wobei die Eingänge jeder von diesen Koinzidenzschaltungen (85 und 86) mit einer Triggerschaltung (89). mit dem Ausgang des Maßstabsmarkengenerators (75) und mit dem Ausgang des ersten Frequenzteilers (77) verbunden sind und die Ausgänge dieser Koinzidenzschaltungen (85 und 86) an den Eingängen des automatischen Schalters (49) liegen.
9. 9. Oszillografisches Ferrometer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Baueinheit zur Prüfung der Phasenentzerrung, die einen zweipoligen Schalter (90) und einen Mischer (92) für Dreieck- und Maßstabsmarkenimpulse enthält, dessen Eingänge an den Ausgang des Maßstabsmarkengenerators (75) und an eine beliebige Zahl von Teilern (77 und 78) in der Funktionseinheit (47) zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen angeschlossen sind und dessen Ausgang über Kontakte (93 und 94) des zweipoligen Schalters (90) abwechselnd mit den Phasenentzerrern (32 und 27) der Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanäle verbunden ist, wobei die synchron umschaltbaren Kontakte (95 und 96) des zweipoligen Schalters (91) die Eingänge der Integratoren (30 und 25) mit der Triggerschaltung (89) der Funktionseinheit (47) zur Formierung der Abbildung der mit Maßstabsmarken geeichten Koordinatenachsen verbinden, und zwar beim Anschluß des Phasenentzerrers (32) des Magnetisierungsfeld-Meßkanals an den Ausgang des Mischers (92) mit der Triggerschaltung (89) der Eingang des Integrators (25) des Magnetisierungs-Meßkanals verbunden wird, und bein¹ Anschluß des Phasenentzerrers (27) des Magnetisierungs-Meßkanals an den Ausgang des Mischers (92) die Triggerschaltung (89) an den Eingang des Integrators (30) des Magnetisierungsfeld-Meßkanals geschaltet wird.