DE642723C - Vorrichtung zur Ausnutzung der Erscheinung sprunghafter Ummagnetisierung gewisser magnetisierbarer Stoffe fuer Schalt- oder Messzwecke - Google Patents

Description

Seit einigen Jahren ist durch die physikalische Literatur bekanntgeworden, daß gewisse Ferromagnetika, z. B. nach einer mechanisch-thermischen Vorbehandlung und unter mechanischen Spannungen stehend, eine Hystereseschleife aufweisen, die der in Abb. 2 dargestellten in ihren wesentlichen Zügen entspricht. H bedeutet das magnetisierende Feld oder den Magnetisierungsstrom, / die Magnetisierungsintensität des Ferromagnetikums. Das "Besondere an einer solchen Magnetiisierungsschleife ist, daß bei gewissen Feldwerten unstetige Änderungen der Magnetisierung stattfinden. Ist ein mit solchen Eigenschäften, versehenes Ferromagnetikum etwa als zylindrischer Kern ausgebildet und wird das magnetisierende Feld etwa durch eine über den Kern geschobene Magnetisierungsspule hervorgerufen, so ist ein solcher Magneti- sierungssprung nicht etwa bedingt durch eine plötzliche Änderung des Magnetisierungsstromes, sondern er wird allein ausgelöst durch das Vorhandensein 'einer ganz bestimmten magnetisierenden Feldstärke. Ein Magnetisierungssprung erfolgt also z. B. auch bei äußerst langsamer kontinuierlicher Änderung des Feldes und ebenso- bei' schnellen Änderungen, wenn dabei nur der Feldwert durchschritten wird, bei dem überhaupt ein Magnetisierungssprung. erfolgen kann. Die Stromart, die das magnetisierende Feld hervorruft, kann deswegen eine ganz beliebige sein:

jedesmal, wenn 'ein für ein bestimmtes Ferromagnetikum charakteristischer Momentanwert des Magnetisierungsstromes erreicht ist, erfolgt der Magnetisierungssprung. Ein solcher Augenblickswert kann z. B. auch durch den Scheitelwert eines Wechselstromes gegeben, sein. Der in Abb. 2 gezeichnete Fall eines Ferromagnetikums mit Magnetisierungssprung ist der 'einfachste mögliche. Weitere Möglichkeiten sind, daß die Sprünge nicht symmetrisch, liegen oder daß, mehrere Sprünge vorhanden sind.

Die oben beschriebene Erscheinung wurde *5 von Forner im Jahre 1925 entdeckt tmd von ihm zum erstenmal zusammenfassieinid dargestellt in »Le Journal de Physique«, Band 7, 1926, S. 109. Fo rrer entdeckte Magnetisierungssprünge zunächst an reinem Nickel als Ferromagnetikum. Später wurden sie auch bei Legierungen von Eisen, Kobalt und Nickel gefunden. Dem Erfinder selbst gelang es, Magnetisierungssprünge auch bei · handelsüblichem Eisen hervorzurufen.

Die Erfindung betrifft 'eine Vorrichtung, in der der oben beschriebene magnetische Effekt für Schalt- und Meßzwecke verwertet werden soll. Sie besteht darin, daß in einer von Wechselstrom oder von Gleichstrom ver- 6c änderlicher Stärke durchflossenen Magnetisierungsspule eine erste Sekundärspule mit einem bei bestimmten Feldwerten eine sprunghafte Änderung der Magnetisierung aufwei-

senden ferromagnetischen Kern und eine mit dieser in Reihe geschaltete kernlose zweite Sekundärspule derart angeordnet sind, daß die in den beiden Sekundärspulen von der Primärspule erzeugten Ströme sich aufheben und nur der durch die sprunghafte Ummagnetisierung des ferromagnetischen Kernes in der ersten Sekundärspule erzeugte Strom stoß in dem an die Spulen angeschalteten ίο Schalt- oder Meßgerät zur Wirkung kommt. In Abb. ι ist die Vorrichtung beispielsweise dargestellt.

Der in einer Haltevorrichtung befindliche magnetische Kern / mit den oben beschriebenen magnetischen Eigenschaften ist koaxial von der Induktionsspule / und der Magnetisierungsspule m umgeben (im Querschnitt gezeichnet). Die Spule ik kompensiert die direkte Einwirkung von m auf /. Eine weitere Spule k gestattet, unabhängig vonwz ein magnetisches Zusatzfeld hervorzurufen. Bei Verwendung der Vorrichtung zu Meßzwecken können ferner zusätzliche magnetische Felder, die auf den Kern wirken sollen, außerhalb der Vorrichtung erzeugt sein. Ein solches Feld wäre z. B. das magnetische Feld der Erde.

Das ganze Gebilde von Kern mit Spulen

hat etwa zylindrische Form und ist in der Abb. ι mit ζ bezeichnet. Über ein Kabel /, das die nötigen Leitungen enthält, ist der Teil 2 mit einer Schalttafel s verbunden, die die erforderlichen Schaltelemente und Stromanschliisse besitzt. Es sind beispielsweise die Strömkreise I, II und III gezeichnet.

Ein großes Anwendungsgebiet hat die Erfindung dor,t, wo es sich darum handelt, das Überschreiten .eines bestimmten Gleichstromwertes oder eines momentanen Stromwertes irgendeiner anderen Stromart anzuzeigen oder dabei einen gewünschten Vorgang auszulösen. Da ein .elektrischer Strom und ein magnetisches Feld vollkommen äquivalent sind, kann die Aufgabenstellung auch *5 lauten, das Überschreiten eines bestimmten magnetischen Feldwertes anzuzeigen. Soll das - Überschreiten eines Stromwertes kontrolliert werden, so wird der Strom der Spule m in einem Maße zugeführt, daß gerade bei dem Schwellwert der Magnetisierungssprung ausgelöst wird, wobei dann der in der Spule i auftretende Induktionsstoß einen gewünschten Vorgang auslöst.

Gegenüber bekannten ähnlichen Vorrichtungen hat diese Erfindung den Vorteil, daß der durch den Magnetisierungssprung hervorgerufene Induktionsstoß mit außerordentlicher Schärfe das Überschreiten eines bestimmten Stromwertes anzeigt, denn der Magnetisierungssprung erfolgt praktisch in unendlich kurzer Zeit. Ein weiterer Vorteil gegenüber bekannten ,ähnlichen Vorrichtungen ist der, daß der den Anzeigevorgang auslösende Teil keine mechanisch beweglichen Teile aufweist.

Eine besondere Anwendung kann die Erfmdung zur Messung magnetischer Feldstärken finden. Zu diesem Zweck wird nach Abb. ι der Teil ζ mit seiner Achse in die Richtung der zu messenden Feldkomponente Hy gebracht. Der Strom in Kreis III '7° wird nun so eingestellt, daß k das zu mesr sende Feld gerade kompensiert. Aus Spulenkonstante und Stromstärke berechnet sich dann die gemessene magnetische Feldstärke.

Der Zustand der Kompensation wird in Kreis I erkannt, und zwar daran, daß, falls die Magnetisierungsschleife von / an sich symmetrisch ist, die Magnetisierungssprünge bei positiven und negativen Feldänderungen bei absolut gleichen Feldwerten einsetzen. Eine Abänderung der Meßmethode besteht darin, daß das. zu messende Feld nicht durch k kompensiert wird, sondern aus der sich bei Nichtkompensation ergebenden Unsymmetrie der Magnetisierungsschleife von / erhalten wird.

Der wesentliche Vorteil dieser Vorrichtung zum Messen magnetischer Feldstärken gegenüber anderen bekannten Instrumenten liegt darin, daß der eigentliche auf das magnetische Feld reagierende Teil 2 eine handliche zylindrische Form hat, ohne bewegliche Einzelteile, und ferner darin, daß die Vorrichtung jede beliebige Feldbomponente einfach dadurch zu messen gestattet, daß die Achse von ζ in die Richtung der Feldkomponente gebracht wird.

Die Erfindung gestattet es auch, den infolge des Magnetisierungssprunges auftretenden Induktionsstoß an sich zu verwerten. Die Induktionsspannung erreicht nämlich wegen der außerordentlich kurzen Zeit, in welcher ein Magnetisierungssprung erfolgt, erhebliche Werte. Gegenüber den üblichen Hochspannungsinduktoren ergeben sich große Vorteile. Es kann der übliche 5operiodische Wechselstrom benutzt werden, da die Geschwindigkeit der Stromänderung ohne Bedeutung für die induzierte Spannung ist. Der magnetisierende Strom kann niedrig gehalten werden, da der Kern/ mit praktisch vernachlässigbarem Entmagnetisierungsfaktor ausgeführt werden kann. Deswegen wiederum kann die Induktionsspule i den Kern unmittelbar umgeben, was eine erhebliche Ersparnis an Raum und Material bedingt.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur Ausnutzung der Erscheinung sprunghafter Ummagnetisierung iao gewisser magnetisierbarer Stoffe für Schalt- oder Meßzwecke, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß in 'einer von Wechselstrom oder von Gleichstrom veränderlicher Stärke durchftossenen Magnetisierungs'-spule leine erste Sekundärspule mit einem bei bestimmten Feldwerten eine sprunghafte Änderung der Magnetisierung aufweisenden ferromagnetischen Kern und eine mit dieser in Reihe geschaltete kernlose zweite Sekundärspule derart angeordnet sind, daß die in den beiden Sekundärspulen von der Primärspule erzeugten Ströme sich aufheben und nur der durch die sprunghafte Ummagnetisierung des ferromagnetischen Kernes in der iersten Sekundärspule erzeugte Stromstoß in dem an die Spillen angeschalteten Schalt- oder Meßgerät zur Wirkung kommt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in, der An-Ordnung eine weitere zur Vormagnetisierung des Kernes dienende, von Gleichstrom regelbarer Stärke durchfLossene Spule vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern so ausgebildet ist, daß er einen praktisch vernachlässigbaren Entmagnetisierungsfaktor aufweist, und daß die Magnetisierungsspulen eine solche Länge besitzen, daß sich der ferromagnetische Kern in einem praktisch homogenen Felde befindet.
4. 4. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 zum Messen magnetischer Feldstärken, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit ihrer magnetischen Achse in Richtung der zu messenden Feldkomponente gebracht wird und die Feldstärken der Magnetisierungsspule, bei welchen die Induktionsstöße auftreten, gemessen werden.
5. 5. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 als Anzeige- oder Schaltgerät, welches bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der zu überwachende Gleich- oder Wechselstrom der Magnetisierungsspule zugeführt und die Schalt- oder Anzeigevorrichtung an die Sekundärspule angeschlossen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen