DE2504527C3

DE2504527C3 - Oszillografisches Ferrometer

Info

Publication number: DE2504527C3
Application number: DE19752504527
Authority: DE
Inventors: Vitaly Moritsovitsch Mogilevsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-04
Filing date: 1975-02-04
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2504527B2; DE2504527A1

Description

gc \gc J

und die verwendeten Bezeichnungen folgende Bedeutung haben:

ζ die längs der Achse der Elektronenkanone (43) gerichtete Momentankoordinate eines Punktes der Schnittlinie,

χ die senkrecht zur Achse (St) der Elektronenkanone (43) gerichtete Momentankoordinate eines Punktes der Schnittlinie,

gc längs der z-Koordinatenachse gerechneter Abstand des Ablenkmittelpunktes des an der Elektronenkanone am nächsten liegenden Ablenkplattenpaares (45) vom unteren Rand des anderen Ablenkplattenpaares (44),

θ Winkel zwischen der Achse (51) der Elektronenkanone (43) und der auf den Fluoreszenzschirm (46) gefällten Normale,

C Konstante, die mit geometrischen Abmessungen der am weitesten von der Elektronenkanone (43) liegenden Ablenkplatten (45) im Zusammenhang steht.

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen für schnelle magnetische Messungen, insbesondere auf oszillografische Ferrometer.

Sie kann für die Messung der magnetischen Charakteristiken von stabförmigen Probestücken und Erzeugnissen aus ferromagnetischen Werkstoffen in starken magnetischen Wechselfeldern des Ultraschallbereichs benutzt werden.

Schnellmessungen an magnetischen Probestücken und Erzeugnissen in starken magnetischen Wechselfeldern gewinnen eine große Bedeutung im Zusammenhang mit der schnellen Vergrößerung der magnetischen Energie von hartmagnetischen Werkstoffen, deren Koerzitivkraft bereits 2000 bis 20 000Oe erreicht, wobei für die Prüfung Magnetfelder von 10 bis 100 kOe erforderlich sind, und auch aus dem Grunde, daß bei großer technisch erreichbarer Sättigung (bei H_s = 1,5 H_m)eme Ähnlichkeit von Ummagnetisierungsschleifen zu Tage tritt und ihre Formen und Parameter vor allem durch die chemische Zusammensetzung der Prüflinge beeinflußt werden. Diese technischen Effekte gestatten es, die Schnelligkeit und Genauigkeit von Verlustmessungen zu erhöhen und die magnetischen Eigenschaften ohne Messung des Querschnitts von Prüflingen zu bestimmen.

Eine besonders große Bedeutung haben die magnetischen Präzisionsmessungen in einem breiten Frequenzbereich für die Defektometrie, da sie durch Änderung der Frequenz des ummagnetisierenden Feldes und

folglich durch Änderung der Tiefe, bis zu der das Feld in die Prüflinge eindringt, eine schichtweise erfolgende Introskopie von Probestücken und Erzeugnissen ermöglichen.

Bekannte oszillografische Ferrometer enthalten eine Magnetisierungseinrichtung, mit dieser verbundene Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanäle und einen Osziliografenblock zur Registrierung der Abbildung und der Formänderungen der Hystereseschleife.

Die Magnetisierungseinrichtung stellt einen Abwärtstransformator mit einer aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung dar, die mit einem einiagig gewickelten ellipsenähnlichen Solenoid mit konstantem Schritt der an der Ellipsoiderzeugenden liegenden Windungen verbunden isL

Bei den bekannten Ferrometern ist das Verhältnis des Abplattungsfaktors der Erzeugenden des ellipsenähnlichcn Solenoids zum relativen Radius der Arbeitsöffnung so gewählt, daß es eine Magnetfeldinhomco'enität von etwa 1 % im Arbeitsraum des Solenoids ergibt.

Eine derartige Ungleichmäßigkeit gibt keine Möglichkeit, für die Charakterisierung der Magnetisierungseinrichtung das absolute Verfahren der erzwungenen Kernpräzession zu benutzen, bei dessen Realisierung mit der Genauigkeit von 0,004% eine Ungleichmäßigkeit im mittleren Feldraum von 0,02% pro 1 cm in einem Volumen zugelassen wird, in dem eine Ampule mit einer Wasserstoff-, Lithium-, Deuteriumkerne enthaltenden Lösung angeordnet werden kann.

Bei der als Abwärtstransformator ausgeführten Magnetisierungseinrichtung ergibt ihr schmaler Frequenzbereich, der durch eine beträchtliche Streuinduktivität dieser Einrichtung bedingt ist, nicht nur einen schmalen Meßfrequenzbereich sowie Resonanzerscheinungen auf einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz und frequenzabhängige Meßfehler, sondern auch einen niedrigen magnetischen Wirkungsgrad der Magnetisierungseinrichtung, d. h. das Verhältnis der Maximalgröße des magnetischer. Feldes zur Gewichtseinheit, welches eine sehr wichtige Kennziffer von Einrichtungen zur Messung in starken magnetischen Feldern ist.

Der Magnetisierungs-Meßkanal enthält eine Meßspule und eine Kompensationsspule, und den Magnetisierungsfeld-Meßkanal bildet ein transformatorischer Feldstärkegeber, dessen Primärwicklung einen Teil der aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung des Abwärtstransformators darstellt. Die Ausführung der Sekundärwicklung des Feldstärkegebers ermöglicht eine Teilung seines Ausgangssignals. Einen bedeutenden Frequenzfehler weist ein zu diesem Zweck zur Verwendung kommender Feldstärkegeber in Form einer Toroidspule auf, die mit einem mehradrigen wendelförmig verdrillten Draht gewickelt wird und einen induktiven Teiler im Magnetisierungsfeld-Meßkanal bildet. Infolge von kapazitiven Strömen zwischen den Spulenabschnitten liegt der Fehler dieses Gebers bereits bei Frequenzen von über 30 kHz bei über 0,1 %.

Die magnetische Asymmetrie des Feldstärkegebers und des Umschalters der Teilungswicklung in bezug auf das Streufeld des Transformators und des Solenoids mit einem Prüfling führt zu einem Meßfehler infolge von Einstreuungen. Diesen Mangel weist auch die im Solenoidhohlraum angeordnete Kompensationsspule des Magnetisierungs-Meßkanals auf.

Im Osziliografenblock des bekannten Ferrometers wird eine Elektronenstrahlröhre angewandt, die aus einer Elektronenkanone, zwei Paaren von Ablenkplat

ten und einem Fluoreszenzschirm besteht (vgl. das USA.-Patent 33 58 224 und das japanische Patent 6 44 264).

Am Fluoreszenzschirm der Elektronenstrahlröhre der bekannten Ferrometer ergeben sich bedeutende geometrische Verzerrungen der registrierten Abbildung. Diese Verzerrungen sind durch unterschiedliche Bedingungen der Elektronenstrahlablenkung" in der mittleren Zone und in den Randzonen de» am weitesten von der Elektronenkanone entfernten Ablenkplattenpaares infolge einer Neigung der Elektronenkanone in bezug auf die Normale zum Fluoreszenzschirm bedingt.

Dieser Mangel ist besonders bei Messungen in einem Frequenzbereich von Bedeutung, in dem sich frequenzabhängige Formverzerrungen der Hystereseschleife ergeben.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Mängel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein oszillografisches Ferrometer zu entwickeln, bei dem ein erweiterter Meßfrequenzbereich und kleinere frequenzabhängige Meßfehler als bei den bekannten Ferrometern durch Änderung der Beziehung zwischen dem Abplattungsfaktor der Solenoiderzeugenden und dem Verhältnis des Radius der Solenoid-Arbeitsöffnung zur Solenoid-Halblänge sowie durch geänderte Ausführung der Sekundärwicklung des Abwärtstransformators, der Teilungswicklung des Feldstärkegebers und durch Änderung der Form der Ablenkplatten in der Elektronenstrahlröhre des Oszillografenblocks erreicht werden und frequenzabhängige Meßfehler durch Verringerung der Feldungleichmäßigkeit im Solenoid herabgesetzt werden, der Streufluß der Sekundärwicklung des Abwärtstransformators vermindert wird, kapazitive Ströme des Feldstärkegebers und Streuungen infolge seiner Unsymmetrie in bezug auf das Streufeld des Transformators und des Solenoids abgeschwächt werden und geometrische Verzerrungen der Hystereseschleife auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre verringert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im oszillografischen Ferrometer, enthaltend eine als Abwärtstransformator ausgeführte Magnetisierungseinrichtung mit einer aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung, die mit einem einlagig bewickelten Solenoid mit konstantem Windungsschritt an der Erzeugenden Verbindung hat, einen mit der Magnetisierungseinrichtung verbundenen Magnetisierungs-Meßkanal mit einer Meßspule und einer Kompensationsspu-Ie, einen ebenfalls mit der Magnetisierungseinrichtung verbundenen Magnetisierungsfeld-Meßkanal mit einem transformatorischen Feldstärkegeber, dessen Primärwicklung einen Teil der aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung des Abwärtstransformators bildet und dessen auf einem nichtmagnetischen Spulenkörper in Abschnitten gewickelte und mit einem Umschalter versehene Sekundärwicklung die Teilung des Ausgangssignals des Feldstärkegebers ermöglicht, sowie einen Osziliografenblock zur Registrierung von Abbildungen dynamischer Hystereseschleifen und ihrer Formveränderungen, das ellipsenähnliche Solenoid erfindungsgemäß einen Abplattungsfaktor der Erzeugenden K = 0,6179 und ein Verhältnis des Radius der Arbeitsöffnung (RiJ zur Solenoid-Halblänge (L) von RiIL - 0,4423 aufweist, wobei die Sekundärwicklung des Abwärtstransformators als eine den Kern des Abwärtstransformators umfassende hohle und räumlich geformte Windung ausgeführt ist und der Form der

Außenfläche des Abwärtstransformatorkernes entspricht, und ein Teil der Sekundärwicklung des Abwärtstransformators, der die Primärwicklung des Feldstärkegebers bildet, den Feldstärkegeberkern umfaßt, auf dem die Sekundärwicklung des Feldstärkege- ^ bers angeordnet ist.

Dadurch wird es möglich, den Frequenzbereich der Magnetisierungseinrichtung wesentlich zu erweitern und die Genauigkeit der Charakterisierung des Ummagnetisierungsfeldes mit Hilfe des absoluten Verfahrens der erzwungenen Kernpräzession zu steigern.

Die einzelnen Abschnitte der Sekundärwicklung des transformatorischen Feldstlrkegebers können zweckmäßigerweise aus zwei wendelförmig verdrillten Leitern gebildet werden, die zentralsymmetrisch am Umfang des nichtmagnetischen Spulenkörpers des Gebers angeordnet werden und miteinander gleichsinnig serienparallel so verbunden werden, daß der Mittelpunkt jedes vorhergehenden Abschnitts mit dem Anfang des nächstfolgenden Abschnitts Verbindung hat, und das Ende des vorhergehenden Abschnitts mit dem Mittelpunkt des nachfolgenden Abschnitts verbunden ist, und die Anfänge, die Mittelpunkte und die Enden, die als Anzapfungen diesen, an unbewegliche Kontakte eines Umschalters durch öffnungen angeschlossen sind, die in der Primärwicklung des Gebers ausgeführt sind und sich unter den Anzapfungen befinden, wobei der Umschalter unmittelbar an der Oberfläche der Primärwicklung des Gebers angeordnet ist.

Dadurch wird eine wesentliche Reduzierung des frequenzabhängigen Meßfehlers des Feldstärkegebers möglich.

Die Herabsetzung der geometrischen Verzerrungen der registrierten Abbildung wird dadurch erreicht, daß in der Elektronenstrahlröhre des Ferrometers gemäß der Erfindung jede Platte des von der Elektronenkanone am weitesten liegenden Ablenkplattenpaares an der zur Elektronenkanone gewandten Seite auf einer krummen Linie abgeschnitten ist, wobei die Form dieses krummlinigen Schnitts durch folgende Funktion gegebenist:

ζ = C

L (JL

Ec \gc

Hierbei bedeutet

45

z die längs der Achse der Elektronenkanone gerichtete Momentankoordinate eines Punktes der erwähnten Schnittstelle;

Af die senkrecht zur Achse der Elektronenkanone gerichtete Momentankoordinate eines Punktes der Schnittstelle;

g_c den längs der z-Koordinatenachse gerechneten Abstand des Ablenkmittelpunktes des an der Elektronenkanone am nächsten liegenden Ablenkplattenpaares vom unteren Rand des anderen Ablenkplattenpaares;

θ den Winkel zwischen der Achse der Elektronenkanone und der auf den Fluoreszenzschirm gefällten Normale;

C eine Konstante, die mit geometrischen Abmessungen der am weitesten von der Elektronenkanone liegenden Ablenkplatten im Zusammenhang steht.

Durch die erwähnte Maßnahme wird eine wesentliche Verringerung von geometrischen Verzerrungen der Hystereseschleife erreicht, deren Form gleichzeitig auch durch frequenzabhängige Verzeichnungen bei Messungen an Prüflingen im entsprechenden Frequenz bereich beeinflußt wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Magnetisierungseinrichtung des oszillografischen Ferrometers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 elektrisches Schaltbild des oszillografischen Ferrometers gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen erfindungsgemäß ausgeführten transformatorischen Feldstärkegeber,

Fig. 4 schematische Gesamtansicht der Elektronenstrahlröhre gemäß der Erfindung,

Fig. 5 Projektion der am weitesten von der Elektronenkanone liegenden Ablenkplatten der Elektronenstrahlröhre gemäß der Erfindung,

F i g. 6 eine andere Projektion derselben Platten gemäß der Erfindung,

Fig. 7 Schnittlinie jeder Ablenkplatte des am weitesten von der Elektronenkanone entfernten Ablenkplattenpaares gemäß der Erfindung.

Das oszillografische Ferrometer enthält eine Magnetisierungseinrichtung, Magnetisierungs- und Magnetisierungsfeld-Meßkanäle und einen Oszillografenblock zur Registrierung der Abbildung und der Formveränderungen der dynamischen Hystereseschleife eines Erzeugnisses oder eines Probestückes.

Die Magnetisierungseinrichtung ist als Abwärtstransformator 1 (Fig. 1) mit einer aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung 2 ausgeführt, die mit einem ellipsenähnlichen Solenoid 3 verbunden ist. Die Windungen des Solenoids 3 liegen an seiner Erzeugenden im konstanten Schritt, der Abplattungsfaktor (K) der Solenoiderzeugenden beträgt 0,6179 und das Verhältnis des Radius Ri. der Arbeitsöffnung 4 zur Solenoid-Halblänge L RJL = 0,4423.

Die Sekundärwicklung 2 ist als eine hohle räumlich geformte Windung 5 ausgeführt, die den Kern 6 des Abwärtstransformators 1 umfaßt Die Form der Windung 5 entspricht der Oberflächenform des Kernes 6. Die Windung 5 wird durch einen zylindrischen Körper 7 mit Rohr-Wassermantel 8 und mit einem Oberdeckel 9 sowie einem Unterdeckel 10 gebildet, wobei die Deckel 9 und 10 Ringnuten 11 zur Kühlung aufweisen. Eine hohle Mittelstange 12 der Sekundärwicklung 2 ist mit der Primärwicklung 13 des Feldstärkegebers 14 und der Stromzuführung 15 des Solenoids verbunden. Von den Deckeln 9 und 10 ist die Mittelstange 12 mit Hilfe von Ringbuchsen 16 isoliert. Die Solenoid-Stromzuführungen 15, die das Solenoid 3 mit der Mittelstange 12 und dem Oberdeckel 9 verbinden, weisen Kanäle 17 für eine Kühlflüssigkeit auf, wobei die Kanäle 17 mit dem Wassermantel 8 und den Nuten 11 in dem Oberdeckel 9 und dem Unterdeckel 10 kommunizieren, und der Unterdeckel 10 sowie die Mittelstange 12 Stutzen 18 zum Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit aufweisen.

Der Magnetisierungsfeld-Meßkanal enthält einen transformatorischen Feldstärkegeber 14 mit einem an seinen Ausgang 19 über einen Vorwiderstand 21 (Fig.2) angeschlossenen Integrator 20. In Reihe mit dem Integrator 20 liegt ein Phasenentzerrer 22, dessen Ausgang mit dem Oszillografenblock 23 ve rbunden ist. Am Ausgang des Integrators 20 liegt ein Eicngerät 24.

Beim transformatorischen Feldstärkegeber 14 ist die Primärwicklung 13 (Fig. 1) als eine räumlich geformte Windung ausgeführt, die einen nichtmagnetischen Toroidkern 25 (F i g. 3) mit einer Sekundärwicklung 26

umfaßt. Der Feldstärkegeber ist in bezug auf die Mittelstange 12 koaxial eingebaut, und seine Primärwicklung 13 ist mit der als räumliche Windung ausgeführten Sekundärwicklung 2 des Transformators 1 in Reihe geschaltet. Die Sekundärwicklung 26 des Feldstärkegebers 14 ist als Teilungswicklung mit einem Teilungsverhältnis von 1 : η ausgeführt und besteht aus einer n-Zahl von Spulenabschniuen, die mit zwei wendelförmig verdrillten und mit ihren Enden verbundenen Leitern gewickelt sind. Wie man aus dem Schaltschema (F i g. 3) des Feldstärkegebers entnehmen kann, liegen diese Spulenabschnitte zentralsymmetrisch am Umfang des Kernes 25 und sind miteinander gleichsinnig serienparallel so verbunden, daß der Mittelpunkt 27 (Fig. 2) und das Ende 28 jedes Spulenabschnitts mit dem Anfang 29 bzw. dem Mittelpunkt 30 des nächstfolgenden Spulenabschnitts Verbindung haben, und die Anzapfungen 31 an einen zentralsymmetrisch liegenden Paketumschalter 32 mit einem Gleitkontakt 32' und mit unbeweglichen Kontakten 32" durch öffnungen 33 (Fi g. 1) in der Primärwicklung 13 des Gebers 14, die unter den Anzapfungen liegen, angeschlossen sind, wobei der Umschalter 32 (Fig. 2) unmittelbar an der Außenfläche der Primärwicklung 13 des Feldstärkegebers angeordnet ist. Am Kern 25 des Gebers befindet sich eine Kompensationswicklung 34, die von der Primärwicklung 13 gegen Einwirkung von äußeren Feldern, auch gegenüber dem Streufeld des Prüflings 35 abgeschirmt ist. Die Kompensationswicklung 34 ist parallel zu Regelwiderständen 36 geschaltet, deren Schleifkontakte mit einer Meßspule 37 (Fig. 1) gegensinnig in Reihe liegen, die koaxial zum Magnetisierungsfeld orientiert ist. Im Innenraum der Meßspule 37 wird der Prüfling 35 fixiert.

Die zum Magnetisierungs-Meßkanal gehörende Meßspule 37 (Fig. 1) ist an den Vorwiderstand 38 des Integrators 39 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Eichgerät 40 des Magnetisierungs-Meßkanals und mit dem Eingang des Phasenentzerrers 41 verbunden ist. Der Ausgang des Phasenentzerrers 41 ist an den Eingang des Oszillografenblocks 23 angeschlossen.

Die Elektronenstrahlröhre 42 (F i g. 4) des zur Registrierung von Abbildungen und Formveränderungen dynamischer Hystereseschleifen der Prüflinge 35 (Fig. 1) dienenden Oszillografenblocks 23 (Fig. 2) enthält eine Elektronenkanone 43 (F i g. 4), zwei Paare von Ablenkplatten 44 und 45 sowie einen Fluoreszenzschirm 46.

Zur Elektronenkanone 43 gehört eine Katode 47 mit dahinter liegender Steuerelektrode 48 sowie eine Anode 49, die aus zwei Teilen besteht, zwischen denen eine Fokussierelektrode 50 angeordnet ist.

F i g. 5 zeigt eine Projektion der in der Elektronenstrahlröhre 42 (Fig.4) eingebauten Ablenkplatten 45, die weiter entfernt von der Elektronenkanone 43 (F i g. 4) liegen.

In F i g. 5 werden folgende Bezeichnungen verwendet:

ζ Koordinatenachse, die mit der Achse 51 der

Elektronenkanone 43 zusammenfällt;
X Koordinatenachse, die senkrecht auf der Achse 51

der Elektronenkanone 43 steht;
SS Fluoreszenzschirm 46;
Zt, Ablenkmittelpunkt der von der Elektronenkanone

weiter entfernten Ablenkplatten 45;
Z₁- Ablenkmittelpunkt der nahe der Elektronenkanone 43 liegenden Platten 44.

Mit gestrichelter Linie ist der Elektronenstrahl dargestellt, der mit Hilfe der Platten 44 um den Winkel γ von der Achse 51 der Elektronenkanone abgelenkt wird. Θ bezeichnet den Winkel 2'wischen der Achse 51 der *> Elektronenkanone 43 und der Normalen zum Fluoreszenzschirm 46.

g_t ist die längs der Koordinatenachse ζ gemessene

Entfernung des Ablenkmittelpunktes des von der Elektronenkanone 43 am nächsten liegenden Ablenkplattenpaares 44 vom unteren Rand 52 des anderen Ablenkplattenpaares 45.

Die Entfernung L₁. bestimmt man aus der Beziehung:

cos

•tg«

cos(j·

Hierbei bedeutet /o den Abstand des Ablenkmittelpunktes Zb des am weitesten von der Elektronenkanone 43 liegenden Ablenkplattenpaares 45 vom Fluoreszenzschirm 46 längs der Achse ζ gemessen.

In F i g. 6 ist eine andere Projektion der von der Elektronenkanone 43 weiter liegenden Ablenkplatten 45 der Elektronenstrahlröhre 42 (Fig.4) dargestellt. Hierbei werden folgende Bezeichnungen benutzt:

/ι längs der z-Achse gemessene Länge des ersten Teils dieser Platten 45 von dem der Elektronenkanone 43 zugewandten Rand 53 bis zum Knickpunkt M;
h längs der z-Achse gemessene Länge des zweiten Teils dieser Platten 45 vom Knickpunkt M bis zu dem Fluoreszenzschirm 46 zugewandten Rand 54 der Platten 45;

a\ minimaler Abstand der Platten 45 voneinander;
a2 gegenseitiger Abstand der Platten 45 im Knickpunkt M;

aj maximaler Abstand der Platten 45 voneinander;

α Knickwinkel der ersten Teile der Platten 45.

In Fig. 7 ist die Schnittlinie 55 jeder Platte des am weitesten von der Elektronenkanone 43 entfernten Ablenkplattenpaares 45 (Fig.4) gezeigt. Nach dieser Linie ist jede Platte 45 an der zur Elektronenkanone 43 gewandten Seite abgeschnitten.

Die Form dieses Schnitts ist durch die Funktion

ge V g, J

gegeben. Darin bedeutet

ζ die längs der Achse 51 der Elektronenkanone 43 gerichtete Momentankoordinate eines Punkts der Schnittlinie;

X die senkrecht zur Achse 51 der Elektronenkanone 43 gerichtete Momentankoordinate eines Punkts der Schnittlinie;

g_c längs der mit der Achse 51 der Elektronenkanone 43 ho zusammenfallenden z-Koordinatenachse gemessene Entfernung des Ablenkrnittelpunktes des am nächsten an der Elektronenkanone 43 liegenden Ablenkplattenpaares 44 vom unteren Rand 52 des anderen Ablenkplattenpaares 45;

f>s θ der Winkel zwischen der Achse 51 (Fig.7) der Elektronenkanone 43 (F i g. 4) und der Normale zum Fluoreszenzschirm 46;

C eine Konstante, die mit geometrischen Abmessungen

der von der Elektronenkanone 43 weiter entfernten Ablenkplatten 45 im Zusammenhang steht und aus der folgenden Beziehung ermittelt werden kann: ist, erhält man
2Ua

L₀ cos (-) d/_r

_ U₁

COS \

Ί 'π ^r

Cl₁ — Cl,

«3 - «2

Bezeichnet man mit D₀ die Ablenkungsweite des Elektronenbündels am Fluoreszenzschirm 46, mit (/, die Anodenspannung und mit i/die Spannung zwischen den Platten 45, so kann die Ablenkungsweite Oi für die zentrale Anordnung der Ablenkplatten 44, 45 der Elektronenstrahlröhre 42 aus folgender Beziehung ermittelt werden:

Vergleich der Gleichungen (5) und (9) ergibt

_ U L₀ cos (-) d/,

' 2Ua cos(>· + (·)) a_{

(10)

Um die Gleichung der in F i g. 7 dargestellten Schnittlinie 55 der Platten zu erhalten, ist von der Länge d/i,. zur Länge d/i, (längs der Plattenebene) überzügehen:

D₀ = L₀

Ι 3

α₃ - U₂

_mit

Für einen Strahl, der anfänglich durch das an der Elektronenkanone 43 näher liegende Ablenkplattenpaar 44 abgelenkt wird, ändert sich die Ablenkempfindlichkeit der von der Elektronenkanone weiter entfernten Platten 45, da erstens die effektive Länge dieser Platten 45 (längs des Strahles) größer wird und zweitens die Entfernung der Platten 45 vom Fluoreszenzschirm 46 (ebenfalls längs des Stra hles) eine andere ist.

Allgemein gilt:

^cos * j;

Uli-, — Uli-

COS-/

= arc tg---

2/,

, 11 ν

(Ρ)

"'^{so ist}

D_n

ι°

^γ (COS }' - Sin γ ■ tg θ) COS γ '

Das lnkrement Δ D beträgt bei einer Strahlauslenkung nach unten

ID = D_r- D₀ = D₀ tg}· · tg(}> + (■)). (5)

Bei einer Strahlauslenkung nach oben wird γ in der G leichung (5) zu ί — γ). 4ο

Es soll nun bestimmt werden, welche Formänderung des Anfangs der oberen Platten erforderlich ist, um Δ D zu kompensieren. Für einen Strahl, der durch die näher der Elektronenkanone 43 liegenden Platten 44 um den Winkel γ abgelenkt wird, gilt d Ίζ =

«i

cos λ

sm;.	Ü	sin (}· + ί	-02
	/	cos θ	«)
'■'„
"2"	I₁ O₃ -
sin	• sin (}■ +

cos (9

Für Koordinatenmomentanwerte eines Schnittpunktesinden Achsen zundxsetzen wir die Bezeichnungen

Für kleinere Winkel γ und θ ergibt sich anstelle der Gleichung (13):

^2Ua D -	L₀ · cos θ	Θ)	'i'„-	cos	}'	*Oi -*	"2
*u ^üy*	COS(y +		a₂ -				(6)
Hierbei ist		und
	h	I₁.. =
	COS }'

Γ = C..(v -I- Θ)

Für kleinere Ablenkwinkel kann man AD β dDy setzen. Dabei tritt als veränderliche Größe nicht nur A,,, sondern auch ai auf, da die Platten 44 nicht parallel sind. Deswegen ist fto

ΛΤί — d Dy a 1 1 ^ Dy α n\

^y ~ dly. ^l- da, '■ ^Ki .

Wenn man bemerkt, daß t>5

da, = -2d/,.. cosy (8)

In F i g. 4 ist diese Kurve dargestellt Im Spezialfall (bei einer Einstrahlröhre), wenn θ = O ist, verwandelt sich die in Fig. 7 gezeigte Kurve in einen Kreis. Und wirklich ist für den Kreis, der die x-Achse im Punkt Oberührt

₂ , _s _on __C0S() ^ In— (15)

wobei ο den Krümmungsradius und φ einen Winkel bedeutet, den dieser Radius mit der z-Achse bildet

Da οφ s gcy ist erhält man aus der Gleichung (14) bei θ = O und bei Berücksichtigung der Gleichung (15):

2c

Die entsprechende Schnittlinie 56 der Platten 45 ist in F i g. 7 als Strichlinie gezeigt.

Das Ferrometer funktioniert wie folgt.

Wenn die Wicklung des Solenoids 3 von einem Strom durchflossen wird, beträgt die Axialkomponente des Magnetfeldes an der Solenoidachse

H_x = 2.1 j

Hierbei ist

j\ die Liniendichte der Amperewindungen an der

Erzeugenden, ι s

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

Durch Entwicklung zur Maclaurin-Reihe nach a-Exponenten der dimensionslosen Funktion C

G = C(O) + C(O) -~ + G'^v(0) ^- +

2 4

und durch Auflösung des Gleichungssystems
G"(X = 0, K. R₁, L)
G^1V(.V = 0,K,R_LL) _yo

mit Hilfe eines Computers mit K als Abplattungsfaktor der Erzeugenden und RJL als relativer Radius der Arbeitsöffnung 4 wurden die Werte K = 0,6179 und Ri/L = 0,4423 ermittelt, bei denen die Koeffizienten bei x² und x* mit einer Genauigkeit bis zur sechsten Dezimalstelle zu Null werden. (Bei den Werten K = 0,617908 und RJL = 0,442305 werden diese Koeffizienten zu Null mit einer Genauigkeit bis zur achten Dezimalstelle). Ein im Solenoid 3 angeordneter Prüfling aus ferromagnetischem Werkstoff wird durch ein homogenes Magnetfeld ummagnetisiert, und in der Meßspule 37 wird eine EMK induziert, die der Zeitableitung des Magnetisierungsflusses im Prüfling 35 proportional ist. In der Wicklung des Gebers 14 wird gleichzeitig eine EMK erzeugt, die der Zeitableitung des Feldes proportional ist. Diese beiden EMK gelangen zu den entsprechenden Magnetisierungs- bzw. Magnetisierungsfeld-Meßkanälen, werden mit Hilfe der Integratoren 39 und 20 integriert, in der Phase durch die Phasenentzerrer 41 und 22 korrigiert und den Ablenkplatten 44 und 45 der im Oszillografenblock 23 eingebauten Elektronenstrahlröhre 42 zugeführt. In der Elektronenstrahlröhre 42 wird das von der Katode 47 erzeugte und in seiner Intensität durch Potentialänderung an der Steuerelektrode 48 gesteuerte Elektronenbündel im elektrischen Feld der Anode 49 und der Fokussierelektrode 50 fokussiert. Das in der Elektronenkanone 43 erzeugte und fokussierte Elektronenbündel durchläuft zwei Ablenkplattenpaare 44 und 45 und fällt auf den Fluoreszenzschirm 46. Dabei ruft das Elektronenbündel das Leuchten des Schirmes 46 hervor, welches die dynamische Hystereseschleife des Prüflings 35 abbildet. Die Parameter rlieser Hystereseschleife werden mit Hilfe der Eichgeräte 24 und 40 der Meßkanäle abgelesen, die in den Meßeinheiten des Magnetisierungsflusses und der Magnetfeldstärke geeicht sind.

Bei der vorgeschlagenen Magnetisierungseinrichtung ist die Homogenität des Magnetisierungsfeldes besser als bei den bekannten Einrichtungen und erstreckt sich auf den Bereich, der für die Anordnung der Ampulle der kernmagnetischen Resonanzeinrichtung ausreichend ist. Die Ausführung der Sekundärwicklung der Magnetisierungseinrichtung in der Art einer räumlich geformten Windung, die den Abwärtstransformator umfaßt und eine Abschirmung gegenüber den Streuflüssen gewährleistet, führt zum steilen Abfall der Streuinduktivität und damit zur Steigerung des magnetischen Wirkungsgrades sowie zur Erweiterung des Frequenzbereichs.

Dabei wird der Meßfehler wesentlich reduziert, der durch Streufelder und dadurch bedingte Einstreuungen in die Meß- und Kompensationsspulen hervorgerufen wird.

Die Abschirmung der Teilungswicklung des Gebers durch die als räumlich geformte Windung ausgeführte Primärwicklung des transformatorischen Gebers, die symmetrische Anordnung dieser Teilungswicklung infolge der zentralsymmetrischen Lage der Spulenab- ' schnitt am Kernumfang sowie infolge ihrer induktivgalvanischen Kopplung und geringe Einstreuungen in die Anzapfungen bewirken eine wesentliche Erweiterung des Frequenzbereichs.

Die infolge von frequenzabhängigen Verformungen der Abbildung der Hystereseschleife bei Messungen im Frequenzbereich entstehenden Meßfehler werden dadurch wesentlich verringert, daß im Oszillografenblock die erfindungsgemäß ausgeführte Elektronenstrahlröhre angewandt wird, die eine Herabsetzung von geometrischen Fehlern, vor allem eine Minderung der geometrischen Verzeichnungen ermöglicht, die infolge von ungleichen Strahlablenkungs-Bedingungen in der mittleren Zone und in den Randzonen der am Fluoreszenzschirm am nächsten liegenden Ablenkplatten entstehen, und die eine Verringerung von Trapezverzeichnungen bewirkt, die sich bei Mehrstrahlröhren infolge einer Neigung der Elektronenkanone, bezogen auf die Fluoreszenzschirm-Normale, ergeben, sowie zur wesentlichen Senkung von Meßfehlern führt, die im Zusammenhang mit frequenzabhängigen Verformungen der Hystereseschleife bei Messungen im Frequenzbereich stehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Oszillografisches Ferrometer, enthaltend eine als Abwärtstransformator ausgeführte Magnetisierungseinrichtung mit einer aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung, die mit einem einlagig bewickelten Solenoid mit konstantem Windungsschritt an der Erzeugenden Verbindung hat, einen mit der Magnetisierungseinrichtung ι ο verbundenen Magnetisierungs-Meßkanal mit einer Meßspuie und einer Kompensationsspule, einen mit der Magnetisierungseinrichtung ebenfalls verbundenen Magnetisierungsfeld-Meßkanal mit einem transformatorischen Feldstärkegeber, dessen Primärwicklung einen Teil der aus einer Windung bestehenden Sekundärwicklung des Abwärtstransformators bildet und dessen auf einem Kein in Abschnitten gewickelte und mit einem Umschalter versehene Sekundärwicklung die Teilung des Ausgangssignafs des Feldstärkegebers ermöglicht, sowie einen Oszillografenblock zur Registrierung von Abbildungen dynamischer Hystereseschleifen und ihrer Formänderungen, dadurch gekennzeichnet, daß das ellipsenähnliche Solenoid (3) einen Abplattungsfaktor der Erzeugenden K = 0,6179 und ein Verhältnis des Radius (R_L)der Arbeitsöffnung (4) zur Solenoid-Halblänge (L) von RJL = 0,4423 aufweist, wobei die Sekundärwicklung (2) des Abwärtstransformators (1) als eine den Kern (6) des Abwärtstransformators (1) umfassende hohle und räumlich geformte Windung (5) ausgeführt ist und der Form der Außenfläche des Abwärtstransformatorkernes (S) entspricht, und ein Teil der Sekundärwicklung (2) des Abwärtstransformators (1), der die Primärwicklung (13) des Feldstärkegebers (14) bildet, den Kern (25) des Feldstärkegebers (14) umfaßt, auf dem die Sekundärwicklung (26) des Feldstärkegebers (14) angeordnet ist.

2. Oszillografisches Ferrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Sekundärwicklung (26) des transformatorischen Feldstärkegebers (14) aus zwei wendelförmig verdrillten Leitern gebildet werden, die zentralsymmetrisch am Umfang des Kernes (25) des Gebers (14) angeordnet sind und miteinander gleichsinnig serienparallel so verbunden sind, daß der Mittelpunkt (30) jedes vorhergehenden Abschnittes mit dem Anfang (29) des nächstfolgenden Abschnittes Verbindung hat und das Ende (28) des vorhergehenden Abschnitts mit dem Mittelpunkt (30) des nachfolgenden Abschnitts verbunden ist, und die Anfänge (29), die Mittelpunkte (30) und die Enden (28) der Abschnitte, die als Anzapfungen (31) dienen, an unbewegliche Kontakte des Umschalters (32) durch öffnungen (33) angeschlossen sind, die in der Primärwicklung (13) des Gebers (14) ausgeführt sind und sich über den Anzapfungen (31) befinden, wobei der Umschalter (32) unmittelbar an der Oberfläche der Primärwicklung (13) des Feldstärkegebers (14) angeordnet ist.

3. Oszillografisches Ferrometer nach Ansprüchen 1 und 2, in dem die zur Registrierung der Abbildungen dynamischer Hystereseschleifen und (15 ihrer Formänderungen bestimmte Elektronenstrahlröhre des Oszillografenblocks eine Elektronenkanone zur Erzeugung eines fokussierten Elektronenbündels, zwei längs des Fortpflanzungsweges dieses Bündels hintereinanderliegende Ablenkplattenpaare und einen Fluoreszenzschirm enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte des von der Elektronenkanone (43) am weitesten liegenden Aülenkplattenpaares (45) an der zur Elektronenkanone (43) gewandten Seite entlang einer krummen Linie abgeschnitten ist, wobei die Form dieses krummlinigen Schnitts durch folgende Funktion gegeben ist: