DE2946640C2 - Sonde zur Messung von Magnetfeldern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Messung von Magnetfeldern mit einem Kernblech, das an seinen Enden vergrößerte Ein und Austrittsquerschnitte für den magnetischen Fluß aufweist, und mindestens einer über dem Kernblech teilweise angebrachten Wicklung.

Eine derartige Sonde ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 19 09 686 als ein Meßwandler zur Erfassung von Kurzschlußströmen elektrischer Leitungen bekannt. Der dort beschriebene Meßwandler weist einen stabförmigen Kern auf, der an seinen Enden vergrößerte Ein und Austrittsquerschnute für den magnetischen Ruß besitzt Dieser offene, stabförmige Eisenkern ist radial oder parallel geblecht Er stellt also einen Körper mit einem rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt dar. Dieser Meßwandler ist zur Feldstärkenmessung hinreichend starker Magnetfelder, wie sie beispielsweise von einem Kurzschlußstrom herrühren können, geeignet Dieser Meßwandler ist für die Messung sehr schwacher Magnetfelder nicht vorgesehen. Die Richtungsbestimmung eines relativ schwachen Magnetfeldes, wie das des Erdfeldes, ist mit einem derartigen Meßwandler nicht möglich.

Zur Magnetfeldmessung sind verschiedenartige Sonden bekannt Beispielsweise sind in der Zeitschrift ,Archiv für technisches Messen« J. 666, März 1957, Sonden abgebildet und beschrieben, die für verschiedene Anwendungszwecke geeignet sind (Seite 66). Dort ist auch eine Anordnung von zwei Sonden für ein KoerzitivkraftMeßverfahren beschrieben. Dabei soll in besonders einfacher Weise das Meßverfahren erd und störfeldunabhängig sein. Gemäß der Erfindung ist eine Magnetsonde anzugeben, die so beschaffen ist, daß mit ihr ein sehr schwaches Magnetfeld gemessen und die Magnetfeldrichtung bestimmt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnetsonde zu schaffen, die zur Messung sehr schwacher Magnetfelder, wie das Erdfeld, geeignet ist. Dabei soll die Sonde so ausgebildet sein, daß durch ihren geometrischen Aufbau an den Enden des Kernblechs eine möglichst große Oberfläche für den Ein und Austritt der Feldlinien geschaffen wird, wobei die Magnetsonde insgesamt relativ klein und leicht sein soll. Dabei soll die Magnetsonde so ausgebildet sein, daß sich mit ihr die Richtung des relativ schwachen Erdmagnetfeldes bestimmen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das innerhalb der jeweiligen Wicklung befindliche Teil des Kernblechs als schmaler Steg und das außerhalb der jeweiligen Wicklung liegende Teil des Kernblechs als spatenförmig verbreiterte Polenden mit jeweils in einer Ebene liegenden Polflächen ausgebildet ist, wobei die Breite der Polflächen ein Mehrfaches der Breite der Stege aufweist.

Der Vorteil einer Sonde mit solch einer geometrischen Form liegt in der scheinbaren Verstärkung des äußeren Magnetfeldes etwa im Verhältnis der Breite der Polflächen zur Breite der Stege. Die vergrößerten Polflächen dienen zur Vergrößerung der Dichte des Erdmagnetflusses in den Stegen der Magnetsonde. Dadurch wird eine größere Empfindlichkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Meßgenauigkeit erreicht.

Um die Magnetsonde möglichst klein und leicht auszuführen, ist es zweckmäßig, den Kern aus einem einzigen Kernblech auszubilden. Das hat den Vorteil, daß eine ein einziges, flaches Kernblech aufweisende Sonde sich in einfacher Weise fertigen läßt. Beispielsweise kann das Kernblech ein einfaches Stanzteil sein, das zudem auch unkompliziert gewickelt werden kann. In vorteilhafter Weise sind Ausführungsformen der Magnetsonde so ausgebildet, daß sie aufgrund der geometrischen Form und mittels mehrerer Wicklungen erlauben, beide Komponenten des Magnetfeldes zu bestimmen und die Magnetfeldrichtung zu brechnen. Auf diese Weise ist es möglich, einen »Kompaß« ohne bewegte Teile zu schaffen, der ein codiertes elektrisches Ausgangssignal liefert, das eine Funktion der Magnet-

feldrichtung ist Mit anderen Worten: Die Magnetsonde ist aus zwei bezüglich des Erfeldes senkrecht zueinander stehenden Sonden der obengenannten Grundform zu einem einzigen Bauelement kombiniert.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung besteht die Sonde aus einem dünnen Kemblech, das zwei zueinander einen Winkel bildende Stege aufweist, an deren freien Enden sich jeweils eine Polfläche befindet Die Verbindung der Stege bildet eine gemeinsame weitere Polfläche, die gegenüber den Stegen ebenfalls verbreitert ist Über jedem Steg sitzt eine Wicklung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform stehen die beiden Stege im rechten Winkel zueinander. Bei dieser Sonde läßt sich sowohl das Kernblech präzise und leicht fertigen als auch die Wicklungen leicht herstellen. Sie stellen aber etwas höhere Anforderungen an die Auswertung, da die gemessenen Komponenten des äußeren Magnetfeldes nicht senkrecht aufeinander stehen, d. h, aufgrund des asymmetrischen Aufbaus der Sonde entspricht der rechte Winkel der geometrischen Form der beiden Sondenteile nicht dem zu messenden Winkel zwischen beiden Feldstärkerichtungen.

Damit die zu messenden Komponenten des äußeren Magnetfeldes bei einer asymmetrischen Sondenform senkrecht aufeinander stehen, was — wie eingangs erwähnt — erforderlich ist, um die Magnetfeldrichtung auf einfache Weise errechnen zu können, ist vorteilhafterweise eine weitere Ausführungsform einer Sonde geschaffen worden. Bei dieser Anordnung stehen die zwei Stege im schiefen, insbesondere spitzen Winkel zueinander. Der Winkel ist so gewählt, daß die zu messenden Komponenten des äußeren Magnetfeldes senkrecht zueinander stehen. Diese Sonde bedingt eine geometrisch kompliziertere dritte Polfläche.

Eine Weiterbildung der Erfindung stellt eine Tförmige Sonde dar, bei der die beiden Stege miteinander fluchten, wobei an beiden Enden je eine verbreiterte Polfläche sowie zwischen den Wicklungen eine asymmetrisch verbreiterte Polfläche liegt Diese Sondenform zeigt eine geometrisch einfachere dritte Polfläche gegenüber der vorgenannten Ausführungsform. Sie läßt sich auch wesentlich einfacher wickeln.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeigt eine Sonde mit vier kreuzförmig verbundenen Stegen mit je einer Wicklung. An den freien Enden der Stege befinden sich die verbreiterten Polflächen. Diese symmetrische Anordnung erlaubt eine einfache Fertigung und Auswertung. Die Wicklungen sind leicht und billig aufzubringen, wei? eine offene Wickelfläche gegeben ist. Die jeweils koaxial liegenden Spulenwicklungen sind elektrisch verbunden. Die Sonde weist aber größere Dimensionen auf.

Eine weitere Ausführungsform ist in einer Sonde gegeben, bei der die vier Stege mit je einer Wicklung die Seiten und die Polflächen die Ecken eines Parallelogramms bilden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung hat die Sonde die Form eines Quadrates. Diese in sich vollkommen symmetrische Sonde ist sehr klein und ermöglicht eine hohe Meßgenauigkeit Die geschlossene Wickelfläche bedingt allerdings eine etwas teuere Herstellung der Spulenwicklungen. Jeweils achsenparallele Spulenwicklungen sind elektrisch verbunden.

Anhand der Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele kurz beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine einfache Magnetsonde,
F i g. 2 bis 6 kombinierte Magnetsonden.
In Fig. 1 besteht eine einfache Sonde aus einem

iü dünnen Kernblech, das in der Mitte einen schmalen Steg 5 mit einer darüber angebrachten Wicklung Waufweist Die Enden des Kernblechs sind außerhalb der Wicklung W um ein Mehrfaches der Stegbreite zu quadratischen Polflächen PX und P2 verbreitert Auf eine dermaßen vergrößerte Polfläche wirkt eine größere Anzahl von Feldlinien ein. Der damit erreichte verstärkte Magnetfluß im schmalen Steg 5 ermöglicht ein empfindliches und präziseres Messen der Feldstärke.
Fig.2 zeigt eine Lförmige Sonde. Hier stehen die zwei Stege 51 und S 2 mit je einer Wicklung Wl und W2 im rechten Winkel zueinander. Die freien Stegenden außerhalb der Wicklungen weisen die quadratischen großen Polflächen Pi und P2 auf. P 3 ist eine gemeinsame Polfläche, die so groß wie P1 bzw. P2 ist.

F i g. 3 zeigt eine Sonde, bei der die zwei Stege S1 und S2 mit je einer Wicklung Wl und W2 im spitzen Winkel zueinander stehen. Die freien Polflächen Pi und P 2 sind quadratisch. Die gemeinsame Polfläche P3 ist ein symmetrisches Vieleck.

Fig.4 zeigt eine Tförmige Sonde. Hier sind die beiden Stege 51 und 52 mit je einer Wicklung Wi und W2 in einer fluchtenden Linie angeordnet. Die freien Stegenden weisen die verbreiterten quadratischen Polflächen Pi, P2 auf. Zwischen den Wicklungen Wl und W2 ist asymmetrisch nach einer Seite eine dritte verbreiterte Polfläche P3 angeordnet, die die Form eines Rechtecks hat.

Fig.5 zeigt eine kreuzförmige Sonde. Hier besteht das Kernblech aus vier kreuzförmig im rechten Winkel zueinander verbundenen Stegen 51 bis 54 mit je einer Wicklung Wl bis W4. Die vier Enden des Kernblechs weisen außerhalb der Wicklungen vier große quadratische Polflächen Pi ... PA auf. Diese Sonde kann man als Kombination zweier Sonden der Grundform betrachten, die rechtwinklig über Kreuz angeordnet sind. Weil zur Erfassung einer Magnetfeldkomponente nur eine Wicklung einer Sonde der Grundform notwendig ist, sind jeweils zwei koaxial angeordnete Wicklungen Wl und W3 bzw. W2und W4 zu je einer Wicklungseinheit elektrisch verbunden.

F i g. 6 zeigt eine quadratische Sonde. Die vier Stege 51 bis 54 mit je einer Wicklung Wl bis W4 bilden mit den vier quadratischen Polflächen Fl bis F 4 als Ecken ein Quadrat. Wicklung Wl ist mit Wicklung W3 und Wicklung W2 mit Wicklung W4 zu jeweils einer Wicklungseinheit zur Erfassung je einer Magnetfeldkomponente elektrisch verbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Sonde zur Messung von Magnetfeldern mit einem Kernblech, das an seinen Enden vergrößerte Ein und Austrittsquerschnitte für den magnetischen Fluß aufweist, und mindestens einer über dem Kernblech teilweise angebrachten Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb der jeweiligen Wicklung (W) befindliche Teil des Kernblechs als schmaler Steg (S) und das außerhalb der jeweiligen Wicklung (W) befindliche Teil des Kernblechs als spatenförmig verbreiterte Polenden mit jeweils in einer Ebene liegenden Polflächen (P 1, P 2) ausgebildet ist, wobei die Breite der Polflächen ein Mehrfaches der Breite der Stege (5,) aufweist

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziges flaches Kernblech vorgesehen ist

3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernblech mindestens zwei zueinander einen Winkel (φ) bildende Stege (51,52) mit jeweils einer Wicklung (IVl₁ IV2) aufweist, daß die beiden Stege (51, 52) über eine gemeinsame verbreiterte Polfläche (P3) verbunden sind und die freien Enden des Kernblechs spatenförmig verbrei- « tere Polflächen (P 1, Pl) aufweisen.

4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (<p) zwischen den beiden Stegen (51,52) ein rechter Winkel ist.

5. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- -io net, daß der Winkel (φ) zwischen den beiden Stegen (51,52) ein spitzer Winkel ist.

6. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Steg (51, 52) zwei Wicklungen (IVl, IV2) angeordnet sind und « zwischen den Wicklungen (Wl, IV2) eine asymmetrisch verbreitere Polfläche (PZ) liegt.

7. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kyrnblech vier kreuzförmig verbundene Stege (51, 53 und 52, 54) mit je «0 einer Wicklung (Wl... W4) aufweist und an jedem freien Ende als Kernblech eine Polfläche (P 1... /M) gebildet ist.

8. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernblech vier Stege (51 «5 ... 54) mit je einer Wicklung (W 1... W4) die Seiten eines Parallelogramms mit jeweils einer Polfläche (Pi...P4) an jeder Ecke bildet.

9. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die gegenüberliegenden Wicklungen so (Wl und W3, W2 und W4) elektrisch verbunden sind.

10. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die achsenparallel liegenden Wicklungen (Wl und W3, W2 und W4) elektrisch verbunden sind.