DE4102928A1 - Magnetic field measuring device - has core acting as flux divider with flux gate in auxiliary flux path - Google Patents
Magnetic field measuring device - has core acting as flux divider with flux gate in auxiliary flux pathInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung magnetischer Felder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for measurement magnetic fields according to the preamble of claim 1.
Solche Einrichtungen eignen sich zur Messung von magnetischen Feldern, insbesondere von Gleichfeldern. Je nach Bauart der Einrichtung ist die Empfindlichkeit unterschiedlich.Such devices are suitable for measuring magnetic Fields, especially of equal fields. Depending on the type of Setup, the sensitivity is different.
Bei Einrichtungen zur Messung magnetischer Felder wird oftmals das Prinzip des Flußtor-Magnetometers (Fluxgate) verwendet. Dabei wird in den zu messenden magnetischen Kreis ein Element eingefügt, das mittels einer Spule periodisch in die magnetische Sättigung gebracht wird. Dadurch wird der zu messende Fluß periodisch unterbrochen. Mittels einer weiteren Spule kann ein Wechselspannungssignal entnommen werden, das dem zu messenden Fluß proportional ist. Eine Einrichtung dieser Art ist aus der EP-PS 00 65 589 bekannt.With devices for measuring magnetic fields is often the principle of the fluxgate magnetometer (fluxgate) is used. An element becomes in the magnetic circuit to be measured inserted periodically into the magnetic by means of a coil Saturation is brought. This will make the flow to be measured periodically interrupted. Another coil can be used AC voltage signal are taken from that to be measured Flow is proportional. A facility of this type is out EP-PS 00 65 589 known.
Bei einer solchen Messung findet aber zwangsläufig eine Unterbrechung des zu messenden Flusses statt, wodurch der Skineffekt entsteht und die Messgenauigkeit ungünstig beeinflußt wird. Deshalb sind der Messung kleiner Flüsse Grenzen gesetzt. Bei bestimmten Anwendungen, etwa der Messung von Sauerstoff gehalten in Gasen, werden magnetische Brückenschaltungen eingesetzt, bei denen strikt gefordert wird, daß der zu messende Fluß nicht unterbrochen wird.Such a measurement inevitably finds one Interruption of the flow to be measured takes place, whereby the Skin effect occurs and the measurement accuracy adversely affected becomes. That is why there are limits to the measurement of small flows. In certain applications, such as measuring oxygen held in gases, become magnetic bridge circuits used where it is strictly required that the person to be measured River is not interrupted.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Messung kleinster Flüsse, insbesondere von Gleichfeldern, geeignete Einrichtung zu schaffen, die den Magnetkreis nicht beeinflußt und deren Ausgangssignal auf einfache Weise zur definitiven Meßgröße gewandelt werden kann.The invention has for its object one for measurement smallest rivers, especially of equal fields, suitable To create device that does not affect the magnetic circuit and their output signal in a simple way for definitive Measured variable can be converted.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The stated object is achieved by the features of Claim 1 solved. Advantageous developments of the invention result from the subclaims.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 ein Schema einer Einrichtung zur Messung von Magnetfeldern, Fig. 1 is a diagram of a device for measuring magnetic fields,
Fig. 2 den Feldlinienverlauf im Kern des Sensors bei abgeschaltetem Flußtor, Fig. 2 shows the field line course in the core of the sensor, switch off the flux gate,
Fig. 3 den Feldlinienverlauf im Kern des Sensors bei erregtem Flußtor. Fig. 3 shows the field line course in the core of the sensor when the river gate is energized.
In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Kern. Dieser ist ein ebenes, dünnes Blech und besteht aus einem magnetisch leitendem Material, beispielsweise Mumetall. Mit Vorteil besteht der Kern 1 aber aus Metallglas, weil sich damit bei hohen Erregungs frequenzen der Skineffekt besser unterdrücken läßt. Der Kern 1 weist einen ersten Ausschnitt 2 auf, durch den der Kern 1 in seiner Längsrichtung in zwei Zweige aufgeteilt wird, nämlich in einen Meßstrang 3 und in einen Nebenstrang 4. Innerhalb des Nebenstrangs 4 sind zwei weitere Ausschnitte 5 angeordnet, deren Längsachse quer zur Durchflutungsrichtung 6 angeordnet ist. Durch diese Ausschnitte 5 wird innerhalb des Nebenstrangs 4 ein Steg 7 gebildet, der den Kern einer Erregerwicklung 8 darstellt. Der Nebenstrang 4 bildet so zusammen mit der Erregerwicklung 8 ein Flußtor.In FIG. 1, 1 is a core. This is a flat, thin sheet and is made of a magnetically conductive material, such as Mumetall. Advantageously, the core 1 is made of metal glass, because it can suppress the skin effect better at high excitation frequencies. The core 1 has a first cutout 2 through which the core 1 is divided in its longitudinal direction into two branches, namely into a measuring strand 3 and into a secondary strand 4 . Two further cutouts 5 are arranged within the secondary line 4 , the longitudinal axis of which is arranged transversely to the direction of flow 6 . Through these cutouts 5 , a web 7 is formed within the secondary strand 4 , which represents the core of an excitation winding 8 . The secondary line 4 thus forms a river gate together with the excitation winding 8 .
Um den Meßstrang 3 ist eine Meßwicklung 9 gelegt. Die Erreger wicklung 8 wird von einer Erregerquelle 10 gespeist. Das Signal der Meßwicklung 9 wird einer Auswerteschaltung 11 zugeführt.A measuring winding 9 is placed around the measuring strand 3 . The excitation winding 8 is fed by an excitation source 10 . The signal from the measuring winding 9 is fed to an evaluation circuit 11 .
Wenn die Erregerwicklung 8 nicht erregt ist, ergibt sich die durch die Fig. 2 dargestellte Durchflutung des Kerns 1. Die Durchflutung teilt sich gleichmäßig auf den Meßstrang 3 und den Nebenstrang 4 auf. Das Verteilungsverhältnis kann durch die geometrische Gestaltung beeinflußt werden. Vom Gesamtfluß Φtot geht ein Teilfluß Φm durch den Meßstrang 3, der andere Teilfluß Φ1 durch den Nebenstrang 4. If the excitation winding 8 is not excited, the flow through the core 1 shown in FIG. 2 results. The flow is divided equally between the measuring line 3 and the secondary line 4 . The distribution ratio can be influenced by the geometric design. From the total flow Φ tot , a partial flow Φ m passes through the measuring line 3 , the other partial flow Φ 1 through the secondary line 4 .
Wird die Erregerwicklung 8 so stark erregt daß der Steg 7 in Sättigung geht, so wird entsprechend Fig. 3 der Gesamtfluß Φtot durch den Meßstrang 3 geleitet. Zusätzlich zum Teilfluß Φm geht also auch der Teilfluß Φ1 durch den Meßstrang 3. Wird nun durch die Erregerquelle 10 eine sinusförmige Spannung auf die Erreger wicklung 8 gegeben, wobei die Spannung knapp größer ist als zur Erreichung der Sättigungsfeldstärke Hsat nötig, so wird in der Meßwicklung 9 eine Spannung induziert, deren Größe dem Produkt aus Windungszahl der Meßwicklung 9, der Frequenz der Erregungs spannung und der Flußdifferenz Φtot-Φm proportional ist. Diese Flußdifferenz ist gleich groß wie der Teilfluß Φ1. Es gilt dabei u = 4 × n × f × Φ1, wobei u die induzierte Spannung, n die Windungszahl der Meßwicklung 9, f die Erregerfrequenz und Φ1 der schon erwähnte umgeleitete Teilfluß ist.If the excitation winding 8 is excited so much that the web 7 goes into saturation, the total flux Φ tot is passed through the measuring strand 3 according to FIG. 3. In addition to the partial flow Φ m , the partial flow Φ 1 also passes through the measuring line 3 . If the excitation source 10 now gives a sinusoidal voltage to the excitation winding 8 , the voltage being slightly greater than is necessary to achieve the saturation field strength H sat , a voltage is induced in the measuring winding 9 , the magnitude of which is the product of the number of turns of the measuring winding 9 , the frequency of the excitation voltage and the flux difference Φ tot -Φ m is proportional. This flow difference is the same as the partial flow Φ 1 . The following applies: u = 4 × n × f × u 1 , where u is the induced voltage, n the number of turns of the measuring winding 9 , f the excitation frequency and Φ 1 is the diverted partial flow already mentioned.
Die Tatsache, daß die Größe der induzierten Spannung von der Frequenz abhängig ist, wird vorteilhaft zur Einstellung der Empfindlichkeit genutzt. Je höher die Frequenz, desto größer die Empfindlichkeit. Die erreichbare Empfindlichkeit liegt bei einer Erregerfrequenz von 200 kHz etwa bei 200 Volt pro Windung und Tesla. Damit lassen sich Magnetfelder der Größenordnung von 10-5 bis 10-7 Tesla messen.The fact that the magnitude of the induced voltage depends on the frequency is advantageously used to adjust the sensitivity. The higher the frequency, the greater the sensitivity. The sensitivity that can be achieved at an excitation frequency of 200 kHz is approximately 200 volts per turn and Tesla. This allows magnetic fields of the order of 10 -5 to 10 -7 Tesla to be measured.
Die Aufteilung der Teilflüsse Φm und Φ1 ist abhängig von der Geometrie des Kerns 1 und kann einmalig bestimmt werden. Sie ergibt sich aus der Dimensionierung des Kerns 1 bei gleichbleibender Dicke aus dem Verhältnis der Breite des Meßstrangs 3 und der schmalsten Stelle des Nebenstrangs 4. Die schmalste Stelle ist jene neben den Ausschnitten 5. Somit kann auch das Verhältnis x = Φ1/Φtot bestimmt werden. Der Wert x ist dabei eine Kennzahl für die Einrichtung. Somit kann bei Messungen von der Flußänderung Φ1 auf den Gesamtfluß Φtot geschlossen werden. Auch durch dieses Verhältnis kann die Empfindlichkeit beeinflußt werden.The division of the partial flows Φ m and Φ 1 depends on the geometry of the core 1 and can be determined once. It results from the dimensioning of the core 1 with a constant thickness, from the ratio of the width of the measuring strand 3 and the narrowest point of the secondary strand 4 . The narrowest point is that next to cutouts 5 . Thus the ratio x = Φ 1 / Φ tot can also be determined. The value x is a key figure for the facility. In this way, measurements of the flow change Φ 1 can be deduced from the total flow Φ tot . The sensitivity can also be influenced by this ratio.
Bei Erregung der Erregerwicklung 8 mit einer sinusformigen Spannung wird in der Meßwicklung 9 eine sinusähnliche Spannung induziert. Da die Abweichung dieser Spannung von der Sinusform nur klein ist, ist es bei tiefen Frequenzen (kleiner als 10 kHz) vorteilhaft, die Spannung direkt mit einem Wechselspannungs- Effektivwert-Meßgerät zu erfassen. Die Auswerteschaltung 11 ist in diesem Fall ein solches Wechselspannungs-Effektivwert- Meßgerät. Bei höheren Frequenzen als 10 kHz wird als Auswerte schaltung 11 vorteilhaft eine gleichrichtende Verstärkerstufe mit nachfolgender Glättung und ein den Spitzenwert der Meßspannung erfassendes Drehspulinstrument eingesetzt. In jedem Fall aber ist in der Auswerteschaltung 11 noch eine Verstärkerstufe vorhanden, deren Verstärkungsfaktor dem Wert 1/x = Φtot/Φ1 entspricht.When the excitation winding 8 is excited with a sinusoidal voltage, a sinusoidal voltage is induced in the measuring winding 9 . Since the deviation of this voltage from the sinusoidal shape is only small, it is advantageous at low frequencies (less than 10 kHz) to measure the voltage directly using an AC rms value measuring device. In this case, the evaluation circuit 11 is such an AC rms value measuring device. At frequencies higher than 10 kHz, a rectifying amplifier stage with subsequent smoothing and a moving coil instrument detecting the peak value of the measuring voltage are advantageously used as the evaluation circuit 11 . In any case, there is still an amplifier stage in the evaluation circuit 11 , the gain factor of which corresponds to the value 1 / x = Φ tot / Φ 1 .
Mit Vorteil hat der Kern 1 eine Dicke von 15 bis 100 µm. In Verbindung mit der des schon als vorteilhaft genannten Verwendung von Metallglas wird damit erreicht, daß auch der Entmagnetisierungsfaktor klein ist.The core 1 advantageously has a thickness of 15 to 100 μm. In connection with the use of metal glass, which has already been mentioned as advantageous, it is achieved that the demagnetization factor is also small.
Die beschriebene Einrichtung kann man als geshuntetes Flußtor- Magnetometer auffassen, bei dem der zu messende magnetische Fluß nie unterbrochen wird. Durch das Schließen des Flußtors wird der magnetische Teilstrom Φ1 vom Nebenstrang 4 auf den Meßstrang 3 umgeleitet.The device described can be understood as a shunted fluxgate magnetometer, in which the magnetic flux to be measured is never interrupted. By closing the flux gate, the partial magnetic current Φ 1 is diverted from the secondary line 4 to the measuring line 3 .
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH40690A CH679701A5 (en) | 1990-02-08 | 1990-02-08 |
Publications (1)
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DE4102928A1 true DE4102928A1 (en) | 1991-08-14 |
Family
ID=4186313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914102928 Withdrawn DE4102928A1 (en) | 1990-02-08 | 1991-01-31 | Magnetic field measuring device - has core acting as flux divider with flux gate in auxiliary flux path |
Country Status (2)
Country | Link |
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CH (1) | CH679701A5 (en) |
DE (1) | DE4102928A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002097463A3 (en) * | 2001-05-25 | 2003-07-10 | Sentron Ag | Magnetic field sensor |
CN111701871A (en) * | 2020-06-23 | 2020-09-25 | 中国科学院上海高等研究院 | Magnetic core selection device and method for magnetic balance direct current sensor |
-
1990
- 1990-02-08 CH CH40690A patent/CH679701A5/de not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-01-31 DE DE19914102928 patent/DE4102928A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002097463A3 (en) * | 2001-05-25 | 2003-07-10 | Sentron Ag | Magnetic field sensor |
US7038448B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-05-02 | Sentron Ag | Magnetic field sensor |
CN111701871A (en) * | 2020-06-23 | 2020-09-25 | 中国科学院上海高等研究院 | Magnetic core selection device and method for magnetic balance direct current sensor |
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Publication number | Publication date |
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CH679701A5 (en) | 1992-03-31 |
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