DE319340C - Verfahren zur Messung magnetischer Feldstaerken - Google Patents

Description

• Verfahren -zur Messung magnetischer Feldstärken. Bei der Messung von Magnetfeldern tritt häufig der Wunsch auf, die Größe der Feldstärke an einer möglichst eng begrenzten Stelle kennen zu lernen. Dieser Wunsch kann etwa dadurch veranlaßt sein, daß mechanische Bedingungen den der Messung zugänglichen Ort sehr eng machen oder er kann aus der Notwendigkeit entspringen, in einem ausgedehnten Felde die Feldstärke möglichst genau von Punkt zu Punkt zu kennen, etwa um das Integral der Feldstärke über eine vorgeschriebene Bahnkurve zu ermitteln. Die bisher angewandten Methoden der Feldstärkemessung weisen sämtlich bestimmte Nachteile auf, die in der Anwendung auf diesen speziellen Zweck besonders hervortreten; eine Probespule oder eine Wismutspirale können nicht unter gewisse, für viele Zwecke noch viel zu beträchtliche Dimensionen heruntergedrückt werden, während z. B. ein Probemagnetchen das Feld durch die Einführung von Eisen verändert. Das vorliegende Verfahren ist in beiden Rücksichten viel vorteilhafter, also besonders für den besonderen Zweck, genaue Lokalwerte der Feldstärke zu erhalten, geeignet. Naturgemäß ist es aber ganz allgemein anwendbar.
• Es ist bekannt, daß in Leitern, die sich in einemMagnetfelde bewegen, elektromotorische Kräfte induziert werden, deren Sinn stets dadurch bestimmt ist, daß, sobald; Ströme zustande kommen, die ponderomotorischen Kräfte zwischen ihnen und dem Magnetfeld die Bewegung hemmen. Der Erfindungsgedanke setzt nun voraus, daß aus der messenden Beobachtung der Bewegung auf die Stärke des magnetischen Feldes geschlossen wird. In dieser Allgemeinheit würde der Gedanke indes nicht patentfähig sein; denn es ist bereits bekannt, eine kleine Spule im Magnetfeld schwingen zu lassen und aus dem Verhältnis der Dämpfungskonstanten in offenem und geschlossenem Zustande unter Kenntnis der Windungsfläche auf das Magnetfeld zu schließen. Dies Verfahren erfordert indessen wiederum genügend freien Raum, um eine Spule unterzubringen und hat zudem den Nachteil, daß die Lage, die die Spulenebene in der Ruhelage gegen die Kraftlinien einnimmt, bekannt sein muß. Das neue Verfahren führt vielmehr grundsätzlich den Gedanken ein, die Messung dadurch in einfachster Weise zu bewirken, daß auf eine Herausführung der Ströme überhaupt verzichtet wird. Damit fällt die Notwendigkeit weg, dem Probeleiter überhaupt die verwickelte Form einer Spule zu geben, er kann ganz einfach gstaltet, etwa massiv sein. Hiermit wird zunächst erreicht, daß er sehr klein sein kann. Um ferner von der Feldrichtung unabhängig zu werden, .ist ein rotationssymmetrischer Leiter, der sich um seine Achse dreht, zweckmäßig; es besteht dann nur noch die Bedingung, daß die zu messende Feldstärke in der zur Achse senkrechten Ebene liegt, ihre Richtung in dieser Ebene geht nicht mehr ein. Besonders günstig erscheint eine Kugel. Die Kugelform hat zudem den Vorteil, daß die theoretischen Grundlagen, aus denen sich die Kräfte berechnen lassen, bekannt sind, also das Magnetfeld absolut berechnet werden kann.
• Es ist zweckmäßig; den bewegten Probekörper, sobald es der zur Verfügung stehende Raum gestattet, in eine feste Hülle einzuschließen, die ein für allemal zum Meßinstrument gehören kann. Dadurch wird eine stets gleichbleibende Umgebung geschaffen, so daß zunächst die Luftdämpfung durch die Annäherung an äußere feste Teile nicht verändert wird. Zweckmäßig ist außerdem diese Hülle aus gut leitendem Material, so daß auch in elektrischer Hinsicht die unmittelbare Umgebung völlig bestimmt ist. Dann sind auch die Rückwirkungen zweiter Ordnung, die der Probekörper durch die von ihin rückwärts in umgebenden Leitern induzierten Ströme erfährt - und die die im Magnetfelde auftretende Dämpfung nochmals steigern -, definiert und die Wirkung der Annäherung äußerer Leiter zurückgedrückt. Ist ferner der Probekörper mit der Hülle leitend verbunden, so sind elektrostatische Kräfte, die die Bewegung störend verändern könnten, ausgeschlossen.
• Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die mittlere Feldstärke in einem Kugelraum von 2 mm Durchmesser bestimmt wird, ist in der Figur in seinen wesentlichen Teilen schematisch dargestellt. Eine Kupferkugel K von 2 mm Durchmesser trägt an einer starren Verbindung ein Spiegelehen S von t X 2 mm Größe und hängt an einem feinen leitenden Faden F. Es ist von einer leitenden Hülle H umgeben, die in der Höhe von S ein Fensterchen L trägt, das zweckmäßig aus einem Stück einer positiven Linse besteht. H ist zweckmäßig, etwa in der in der Figur angegebenen Weise, unten verjüngt, um den messenden Teil möglichst klein zu gestalten. Zur Messung wird die Kugel- durch rasches Vorbeifahren mit einem Stahlmagneten in Torsionsschwingungen versetzt. Aus dem Drekrement der Schwingungen, die finit Spiegel und Skala beobachtet werden, wird, nach vorhergehender Eichung oder absolut, die Feldstärke bestimmt, die am Ort der Kugel herrscht. Es hat sich gezeigt, daß an Kupferkörperchen dieser Größe selbst bei Atmosphärendruck die Luftdämpfung noch so gering ist,. 'daß Feldstärken von Zehnern Gauß bequem -wahrgenommen, und von Hunderten Gauß genau gemessen werden können.
• Ohne weiteres ist ersichtlich, daß man in einem passend evakuierten Mantel viel weiter kommen kann, so daß noch geringere Feldstärken meßbar werden. Wie ferner schon aus der Theorie hervorgeht, nach der die auf den gedämpften kugeligen' Leiter wirkende Kraft einen Ausdruck von der Form des Trägheitsmoments enthält, ist die Größe des Dekrements unabhängig von der Größe der Kugel, so daß der Prüfkörper beliebig verkleinert werden kann, ohne das vom magnetischen Felde herrührende Dekrement zu verringern. Das Meßverfahren nach dem Erfindungsgedanken erlaubt demnach prinzipiell eine beliebig feine lokale Austastung magnetischer Felder. Aus demselben Grunde erfährt eine Hohlkugel dieselbe Dämpfung wie eine Vollkugel; soll also die Methode zum Zweck der Messung starker Felder unempfindlicher gemacht werden, so wird zweckmäßig ein Teil des bewegten Körpers aus nichtleitendem Material hergestellt, so daß die Dämpfung an ihm nicht angreift, etwa einer leitenden Hohlkugel ein nichtleitender Kern gegeben.
• Nach dein Erfindungsgedanken sind, wie ersichtlich, auch beliebige weitere Ausführungsformen denkbar. Grundsätzlich kann z. B. jedes Verfahren, eine Dämpfung zu messen, darauf angewandt werden, besonders zweckmäßig die Beobachtung aperiodischer Zustände. Dies ist einer der Fälle, in denen sich die Ausführung als Zeigerinstrument empfiehlt.

Claims (7)

1. PATFENT-ANsPIzÜcHE: z. Verfallen zur Messung magnetischer Feldstärken, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem im Magnetfeld bewegten Leiter, dessen Bewegungen messend beobachtet werden, durch das Magnetfeld induzierten Ströme vermöge der Gestaltung des Leiters in Bahnen geleitet werden, die sich innerhalb des Bereiches der zu messenden Feldstärke schließen.
2. 2. Meßinstrument zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper rotationsymmetrisch gestaltet ist und die zur Messung dienende Bewegung um seine Figurenachse stattfindet.
3. 3. Meßinstrument nach Anspruch t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper Kugelform begitzt. d..
4. Meßinstrument nach Anspruch z bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Messung dienende Bewegungsbeeinflussung in, der Dämpfung einer Rotationsbewegung besteht.
5. 5. Meßinstrument nach Anspruch r bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper sich innerhalb einer festen Hülle bewegt, die-derart mit dem Instrument verbunden ist, daß _ die nächste Umgebung des Meßkörpers eine mechanisch und elektrisch bestimmte ist. ä.
6. Meßinstrument nach Anspruch z bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Meßkörper umgebenden Hülle eine Atmosphäre von geringer innerer Reibung, etwa ein Vakuum, hergestellt ist.
7. 7. Meßinstrument - nach Anspruch r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit durch Hinzufügen nichtleitender Teile zum Meßkörper auf bekannte Bruchteile herabgesetzt werden kann.