DE2452615A1 - Verfahren zur messung der inneren feldstaerke in magnetischen werkstoffen - Google Patents

Verfahren zur messung der inneren feldstaerke in magnetischen werkstoffen

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DE2452615A1
DE2452615A1 DE19742452615 DE2452615A DE2452615A1 DE 2452615 A1 DE2452615 A1 DE 2452615A1 DE 19742452615 DE19742452615 DE 19742452615 DE 2452615 A DE2452615 A DE 2452615A DE 2452615 A1 DE2452615 A1 DE 2452615A1
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Erich Dr Ing Steingroever
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NIX STEINGROEVE ELEKTRO PHYSIK
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NIX STEINGROEVE ELEKTRO PHYSIK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/14Measuring or plotting hysteresis curves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

  • Verfahren zur Messung der inneren Feldstärke in magnetischen Werkstoffen.
  • Die Eigenschaften magnetischer Werkstoffe werden durch ihre Hysterese-Kurve B (H) und J <H) dargestellt, wobei J = B - /uO x H ist, mit H = innere magnetische Feldstärke im Werkstoff, /uO = magnetische Induktionskonstante, J = magnetische Polarisation und B = magneische Flußdichte.
  • Während der Messung der Flußdichte B mit einer die Werkstoff-Probe umfassenden Meßspule, die an ein Fluxmeter angeschlossen ist einfach ist, bereitet die Messung der inneren Feldstärke H in der Werkstoffprobe bei hohen Flußdichten B Schwierigkeiten.
  • Dies ist besonders der Fall bei hochkoerzitiven Werkstoffen, zu deren Sättigung hohe Feldstärken erforderlich sind, z.B. bei Werkstoffen der Art SmCo5.
  • Die bekannte Messung der inneren Feldstärke H in einem zwischen den Polen einesMeßjoches eingespannten Magneten mit einem neben dem Magneten angeordneten Feldmeßorgan (Hallsonde, magnetischer Spannungsmesser, rotierende oder vibrierende Spule) versagt, wenn die Pole des Meßjoches nicht eine sehr hohe magnetische Leitfähigkeit haben, also bei Flußdichten von mehr als etwa 1 Tesla. Dann sind die Polflächen des Meßjoches keine Aequipotentialflächen mehr und die Feldstärke neben dem Magneten ist nicht mehr gleich demjenigen im Meßjoch, sondern höher als diese.
  • Zur Messung der wirklichen inneren Feldstärke in magnetischen Werkstoffproben zwischen den Polen eines Magnetjoches wurde in der deutschen Patentanmeldung P 23 28 690.0 vorgeschlagen, die magnetische Feldstärke mit einer an ein Fluxmeter angeschlossenen C-förmigen Potentialspule zu messen, welche die Weicheisenpole des Meßjoches durchläuft und mit beiden Enden die Stirnseiten der zu messenden Probe berührt Bei der Messung hochkoerzitiver Werkstoffe können zwischen den Eisenpolen eines Meßjoches aber nur Feldstärken von ca. 30 kA/cm oder wenig mehr erreicht werden, die für die. Sättigung dieser Werkstoffe nicht ausreichen.
  • Die Erfindung besteht darin, die innere Feldstärke magnetischer Werkstoffe mit einer C-förmigen Potentialspule zu messen, die mit beiden Enden die Stirnseite der zu messenden Probe berührt und die Potentialspule und die Probe in einem offenen Magnetfeld anzuordnen. Als "offenes Magnetfeld" wird z.B. das Innere einer eisenfreien Spule mit einstellbarer Feldstärke bezeichnet.
  • Solche Spulen erlauben die Herstellung von Feldern von 100 kA/cm und mehr, wenn ihre Wicklung aus einem Supraleiter besteht.
  • Ein Beispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Darin bedeuten: 1 die zu messende Probe eines magnetischen Werkstoffes; 2 eine Feldspule, in deren Inneren die Probe 1 angeordnet ist; 3 die regelbare Stromversorgung der Feldspule, die aus dem Wechselspannungsnetz 4 gespeist wird; 5 eine die zu messende Probe eng umschließende Meßspule für die Flußdichte B, die an einen elektronischen Integrator oder Flußmesser 6 angeschlossen ist; 7 die erfindungsgemäße C-förmige Potentialspule für die innere Feldstärke H, die beide Enden der zu messenden Probe berührt und die mit dem elektronischen Integrator oder Fluxmesser 8 verbunden ist; 9 ein mit dem Regler 9a einstellbarer Rechenverstärker zur Berücksichtigung des von der Spule 5 umfassten Probequerschnitt; 10 ein mit dem Regler 11 einstellbarer Rechenverstärker zur Berücksichtigung der Windungsflächendichte (Windungsfläche x Windungszahl/Spulenlänge) der C-förmigen Potentialspule; 12 ein mit dem Regler 13 einstellbarer Rechenverstärker zur Berücksichtigung der Probenlänge; 14 ein mit dem Regler 15 einstellbarer Rechenverstärker zur Bildung der Differen B = zur x H = 16 ein'Schalter zur Einleitung des Wertes /uO x H in den Rechenverstärker 14j 17 ein Schreiber mit den Anschlüssen X für die Feldstärke H und Y für die Feldstärke B bzw. J " B - /uO x H Durch Einstellen der Feldstärke in der Feldspule 2 mit der Stromversorgung 3 wird die zu messende Probe 1 einem ansteigenden und wieder abfallenden Magnetfeld + H , dann einem ebenso ansteigena den und wieder abfallenden Magnetfeld - Ha ausgesetzt.
  • Die dabei auftretenden inneren Feldstärken H in der Probe sind kleiner als die äußeren Feldstärken H, nämlich H = Ha - N x J, worin J = B - /uO x H und N der Entmagnetisierungsfaktor sind.
  • Letzterer ist nicht konstant für alle Werte von J, sodass eine einfache Ermittlung der inneren Feldstärke H aus Ha im allgemienen nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wird die innere Feldstärke H mit der C-förmigen-Potentialspule 7 und dem Flußmesser 8 gemessen, welche der jeweiligen magnetischen Potentialunterschied zwischen den Enden der zu messenden Probe angeben.
  • Teilung des gemessenen Potentialunterschiedes H x Lm durch die Probenlänge Lm ergibt die innere Feldstärke H; die Probenlänge wird mit dem Regler 13 des Rechenverstärkers 12 eingestellt.
  • Das Verfahren nach der Erfindung kann auch zwischen den Eisenpolen eines einstellbaren Elektro- oder Dauermagneten durchgeführt werden, wenn die Pole soweit auseinander stehen, daß Probe und C-förmige Potentialspule zwischen ihnen Platz finden (Fig. 2).
  • Die Potentialspule nach der Erfindung ist ein- oder mehrlagig auf einen geraden, unmagnetischen Stab mit konstanter Windungsflächendichte ( = Windungsfläche x Windungszahl / Spulenlänge) gewickelt, der nach dem Bewickeln zu einem C gebogen worden ist.
  • Erfindungsgemäß kann die Potentialspule zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt sein; in Figur 3 besteht sie aus zwei geraden Teilen 18 und 19, die je ein Ende der zu messenden Probe 20 berühren und aus einem gebogenen Teil 21, der sich an die freien Enden der beiden anderen Teilspulen anschmiegt; die drei Teilspulen haben gleiche Windungsflächendichte und sind in Serie geschaltet, sodass sie zusammen den Potentialunterschied zwischen den Enden der Probe erfassen.
  • In Figur 4 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführung der C-förmigen Potentialspule dargestellt. An den beiden Enden der zu messenden Probe 22 sind die Teilspulen 23 und 24 angeordnet, parallel zu ihnen die dritte Teilspule 25. Sie ist länger als die Länge der beiden Teilspulen 23 und 24 mit der zwischen ihnen befindlichen Probe 23 und mit diesen in Serie geschaltet, wobei die Wicklungsrichtung durch die Pfeile angedeutet ist. Die längere Teilspule 25 besitt minen Parallelwiderstand 26, mit dem ihre Meßkonstante soweit herabgesetzt wird, daß sie wie eine Spule der Länge Lm + L1 + L2 wirkt. Diese Ausführung der Potentialspule besitzt den Vorteil, daß Proben mit verschiedenen Längen Lm eingespannt werden können wobei der Längenunterschied der Spule 24 zu der Summe der Längen L1 + L2 + Lm durch den Widerstand 25 ausgeglichen werden kann. Bedingung hierfür ist, daß die äußeren Enden der Teilspulen soweit von der zu messenden magnetischen Probe entfernt sind, daß sie sich in einem homogenen Magnetfeld befinden. Sie können auch so lang sein, daß sie aus der Feldspule 2 bis in den feldfreien Raum herausragen.
  • Die beschriebenen Potentialspulen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können auch so ausgebildet sein, daß sie sich von einem Ende der zu messenden Probe bis zur zentralen Zone in der Mitte der Probe erstrecken, also nur ein halbes C bilden. In diesem Falle wird die gemessene Potentialdifferenz H x 2 wird wird dem durch die halbe Probenlänge L2m,um dieinnere Feldstärke H zu erhalten.
  • Verwendung findet dieses erfindungsgemäße Verfahren mit dem beschriebenen Potentialspulen bei der Messung der Hysteresenkurven B (H) und J (H) der Sättigungsmagnetisierung oder der Koerzitivfeldstärke von magnetischen Werkstoffen und Magneten(Js und ja.c in Fig. 5).

Claims (10)

  1. Patentansprüche
    X Verfahren zur Messung der inneren Feldstärke in magnetischen Werkstoffen mit einer C-förmigen Potentialspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialspule und die zu messende Probe sich in einem offenen Magnetfeld befinden.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialspule und die Probe sich im Inneren einer eisenfreien Feldspule mit einstellbarer Feldstärke befinden.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialspule und die Probe sich im Luftspalt zwischen den Polen eines einstellbaren Elektro- oder Dauermagneten befinden.
  4. 4) Potentialspule zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein- oder mehrlagig auf einen geraden, unmagnetischen Stab gewickelt ist, der nach dem Bewickeln zu einem C gebogen worden ist.
  5. 5) Potentialspule zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt ist.
  6. 6) -Potentialspule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengehörenden Enden der Teilspulen sich auf Flächen gleichen magnetischen Potentiales befinden.
  7. 7) Potentialspule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengehörenden Enden der Teilspulen sich auf Flächen: ungleichen magnetischen Potentials befinden und daß die dabei mitgemessenen Potentialdifferenzen zwischen den zusammengehörenden Enden durch Parallel- und/oder Vorwiderstände zu den Teilspulen kompensiert werden.
  8. 8) Potentialspule nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich von einem Ende der Probe bis zur neutralen Zone erstreckt.
  9. 9) Verwendung der Potentialspule nach Anspruch 1 bis 8 bei der Messung der Hysteresekurven B (H) und J (H) von magnetischen Werkstoffen und Magneten.
  10. 10) Verwendung der Potentialspule nach Anspruch 1 bis 8 bei der Messung der Sättigungsmagnetisierung von magnetischen Werkstoffen und Magneten 11) Verwendung der Potentialspule nach Anspruch 1 bis 8 bei der Messung der Koerzitivfeldstärke von magnetischen Werkstoffen und Magneten.
DE19742452615 1973-11-09 1974-11-06 Verfahren zur messung der inneren feldstaerke in magnetischen werkstoffen Withdrawn DE2452615A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US414324A US3925724A (en) 1973-06-06 1973-11-09 Apparatus for measuring the hysteresis curve of magnetic bodies using a magnetic potential coil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2452615A1 true DE2452615A1 (de) 1975-05-28

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ID=23640963

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19742452615 Withdrawn DE2452615A1 (de) 1973-11-09 1974-11-06 Verfahren zur messung der inneren feldstaerke in magnetischen werkstoffen

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3138887A1 (de) * 1981-09-30 1983-04-14 Erich Dr.-Ing. 5300 Bonn Steingroever Verfahren und einrichtung zur messung der hysteresekurven von magnetischen werkstoffen
DE3305888A1 (de) * 1983-02-19 1984-08-23 Erich Dr.-Ing. 5300 Bonn Steingroever Geraet mit sonde fuer die messung von magnetischen potentialen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3138887A1 (de) * 1981-09-30 1983-04-14 Erich Dr.-Ing. 5300 Bonn Steingroever Verfahren und einrichtung zur messung der hysteresekurven von magnetischen werkstoffen
DE3305888A1 (de) * 1983-02-19 1984-08-23 Erich Dr.-Ing. 5300 Bonn Steingroever Geraet mit sonde fuer die messung von magnetischen potentialen

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