DE894136C - Schaltungsanordnung zur Messung der Permeabilitaet von Eisenkernen fuer UEbertrager und Spulen - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Messung der Permeabilität von Eisenkernen für Ubertrager und Spulen Zur Messung der Permeabilität von Eisenkernen, wie sie für Übertrager und Spulen gebraucht werden, sind Schaltungen bekanntgeworden, bei denen der zu messende Kern von zwei Wicklungen umgeben wird, von denen eine von Meßwechselstrom durchflossen wird, während an der anderen die Spannung gemessen wird. Bei der bisher am weitesten durchgebildeten dieser Schaltungen wird mit Hilfe eines Koordinatenschreibers die Hystereseschleife des zu untersuchenden Bleches aufgezeichnet. Aus diesem Diagramm muß der Wert der Permeabilität errechnet werden. Hierin liegt ein insbesondere für die fabrikationsmäßig erforderliche schnelle Messung großer Stückzahlen, die oftmals von nur angelernten Kräften durchgeführt werden muß, schwerwiegender Nachteil.
• Gegenstand der diesen Nachteil vermeidenden Erfindung ist eine Schaltung zur Messung der Permeabilität von Eisenkernen für Übertrager und Spulen, insbesondere der Fernmeldetechnik, bei der der Kern in eine Primär- und Sekundärwicklung eingelegt wird, von denen erstere von Meßwechselstrom durchflossen wird. Erfindungsgemäß wird die Spannung an der Sekundärwicklung durch ein Anzeigegerät zumindesten angenähert ins Verhältnis zum Primärstrom gesetzt, wobei das Anzeigegerät unmittelbar in Permeabilitätswerten oder prozentualen Abweichungen vom Sollwert der Permeabilität geeicht ist.
• Die Erfindung ist im folgenden an Hand zweier in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• In Fig. I fließt ein von einer Stromquelle mit der Spannung U0 und dem inneren Widerstand Ri erzeugter Strom J durch einen Hilfsübertrager Uel in die Primärwicklung eines Übertragers Ue2, dessen Eisen- kern der Prüfling ist. Der Übertrager Oel ist vorzugsweise ohne Eisenkern ausgebildet bzw. so bemessen, daß seine Sekundärspannung U, entsprechend der Gleichung U1 = # . q1 . n1' n1" . J (I) l1 genügend proportional der Frequenz und der Amplitude des Primärstromes J ist. In der Gleichung bedeutet a> die Kreisfrequenz des Meßwechselstromes J kl den Querschnitt des Kraftlinienweges im Übertrager Ue1, 1, die Länge dieses Kraftlinienweges, ni' die Windungszahl der Primärwicklung und ni" die Windungszahl der Sekundärwicklung.
• Der Übertrager Ue2 liefert eine Sekundärspannung U2, die entsprechend der Gleichung U2 = w q2 21 2" J (2) 2 sowohl von der Amplitude und Frequenz des Stromes J als auch von der Permeabilität des Prüflings abhängt.
• In der Gleichung (2) bezeichnet u die Permeabilität, q2 den Querschnitt des Kraftlinienweges im Üb ertrager Ue2 12 die Länge dieses Kraftlinienweges, n2, die Windungszahl der Primärwicklung und n211 die Windungszahl der Sekundärwicklung des Üb ertragers Ue2.
• Aus den Gleichungen I und 2 ergibt sich durch Division die Beziehung Um (3) worin k eine Konstante bezeichnet. Man erkennt, daß die gesuchte Größe, die bekanntlich keine Konstante ist, sondern von der Frequenz und der vom Meßstrom erzeugten Feldstärke abhängt, dem Verhältnis der beiden Spannungen U2 und U1 direkt proportional ist.
• Ein Quotientenmesser kann das Verhältnis der beiden Spannungen und daher die Permeabilität direkt anzeigen.
• Da der Drehspulquotientenmesser Q nur Gleichspannungen verarbeiten kann, werden die Spannungen U2 und U1 vor ihrer Zuführung zu dem Quotientenmesser in Gleichrichtern G1 und G2 gleichgerichtet. Bei kleineren Meßfeldstärken ist es gegebenenfalls erforderlich, die Spannungen U2 und U, in Verstärkern V1 und V2 zu verstärken.
• Durch einen über die Sekundärwicklung des Übertragers Ue2 geschalteten hochohmigen Spannungsteiler T kann der Meßbereich des Quotientenmessers Q erweitert werden. Ein solcher Spannungsteiler ermöglicht es auch, einen Quotientenmesser zu verwenden, der einen sehr engen Meßbereich von z. B. o,8 bis 1,2, d. h. i 20 0/o' besitzt, und mit diesem Gerät die Abweichungen der Permeabilität von dem am Spannungsteiler T eingestellten Sollwert anzuzeigen. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, den Spannungsteiler in Permeabilitätswerten zu eichen.
• Ein zwischen dem Spannungsteiler T und dem Verstärker V2 eingeschalteter Umschalter S1 dient dem Zweck, die Eingänge der beiden zum Quotientenmesser führenden Pfade an die gleiche Spannung zu legen, so daß etwa eingetretene Änderungen der Verstärker V, und V2 und der Gleichrichter G1 und G2 ausgeglichen werden können. Bei Verwendung zweier aufklappbarer Käfigspulen als Meßwicklungen ist es zweckmäßig, das Umlegen des Schalters S, mit dem eines Schalters S8 für die Überbrückung der Primärwicklung des Übertragers Ue2 derart zu koppeln, daß zuerst die Kontakte von S, und dann die von S2 geschlossen werden. Dadurch wird vermieden, daß das Meßwerk des Quotientenmessers Stöße erhält, die dadurch entstehen, daß bei vorzeitigem Schließen der Kontakte zuerst die Spannung U1 bzw. der entsprechende Strom an bzw. in der einen Spule des Quotientenmessers auftritt.
• Die Schaltung nach Fig. I hat den großen Vorteil, daß der Quotientenmesser Q die Abhängigkeit der Permeabilität von der Feldstärke und der Frequenz unmittelbar anzeigt, so daß es möglich ist, die Frequenz- und Feldstärkeabhängigkeit der Permeabilität des Prüflings direkt aufzunehmen. Dazu muß der Strom J und seine Frequenz gemessen werden. Ebenso kann der Einfluß eines überlagerten Gleichfeldes unmittelbar gemessen werden. Für diesen Zweck werden die Schaltelemente in den beiden zum Quotientenmesser führenden Pfaden vorteilhafterweise so bemessen, daß beide Pfade sowohl hinsichtlich Amplitude als auch Frequenz möglichst gleiche und kleine Verzerrungen haben. Die Verstärkungsgrade in beiden Pfaden brauchen nicht unbedingt gleich zu sein. Um den Einfluß der Verzerrungen, die durch die Feldstärkeabhängigkeit der Permeabilität des Prüflings entstehen, auszuschalten, kann es zweckmäßig sein, erstens den linearen Widerstand R1 -groß gegen den Widerstand der Primärwicklung von Ue2 zu machen, damit der Strom J und das von ihm erzeugte Feld sinusförmig bleiben, und zweitens durch einen Tiefpaß die Spannung U2 von den entstandenen Verzerrungen zu befreien.
• Während es für Fabrikationszwecke angebracht ist, dem Quotientenmesser einen engen Bereich, z. B.
• 0,8 bis I,2 entsprechend i 2001ob zu geben, ist es bei Laboratoriumsmessungen angenehmer, einen Bereich von etwa 0,3 bis I oder 0,I bis I auf dem Quotientenmesser zu haben und durch eine Stufung des Spannungsteilers T, bei der der Endwert des Meßbereiches jeweils mit den Faktoren I, 3, I0, 30 usw. oder I, 10, 100, I000 usw. multipliziert erscheint, den gesamten gewünschten Meßbereich zu erfassen. Man kann dann die Messung der Permeabilität in ähnlich bequemer Weise durchführen wie mit den bekannten Strom- und Spanhungsmessern eine Strom- bzw. Spannungsmessung.
• Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die für die Messung der prozentualen Abweichung der Permeabilität von ihrem Sollwert wegen ihres geringeren Aufwandes besonders vorteilhaft ist. Die Schaltung unterscheidet sich von der nach Fig. I im wesentlichen dadurch, daß an Stelle des Quotientenmessers ein normales Drehspulmeßinstrument Verwendung findet. Die Verwendung eines solchen Instrumentes ist möglich, da es sich hier um kleinere Abweichungen vom Sollwert handelt. In diesem Falle kann nämlich der Quotient U2 #U = I + U1 U mit genügender Genauigkeit auch einfach durch Messung der Differenzspannung S U = U2 - U, gemessen werden. Mittels eines Umschalters S2 kann entweder die Spannung U, oder U2 über einen Verstärker V3 mit nachgeschaltetem Gleichrichter G3 an das Meßinstrument M gelegt werden, wobei durch eine zwischen G3 und M eingeschaltete Hilfsgleichspannung Uh der Meßbereich des Instrumentes M so weit unterdrückt wird, daß nur noch ein schmaler Anzeigebereich verbleibt. Der am Spannungsteiler T3 abgegriffene Teil der Spannung U2 wird durch entsprechende Bemessung und Einstellung des Spannungsteilers für die verschiedenen Sollwerte des Prüflings immer auf den gleichen Wert eingestellt. Der Verstärker V3 und die Hilfsspannung Uh sind so bemessen, daß das Instrument M stets auf der Marke 01o steht, wenn der Prüfling jeweils den richtigen Sollwert besitzt. Die Hilfsspannung Vh hat dann den Wert V = V,.
• Durch richtige Wahl der Hilfsspannung Uh kann erreicht werden, daß eine Abweichung der Permeabilität des Prüflings von dem am Spannungsteiler T3 eingestellten Sollwert um z. B. i 20 01o gerade noch im Anzeigebereich des Instrumentes M liegt. Um im Betrieb etwaige Frequenz oder Amplitudenschwankungen des Meßstromes J und Verstärkungsschwankungen der zwischen dem Umschalter S2 und dem Instrument M liegenden Schaltungsteile durch Regelung des Verstärkers V3 auszugleichen, kann der Schalter S2 auf die Spannung U, umgeschaltet werden.
• Bei Verwendung zweier aufklappbarer Käfigspulen als Meßwicklungen ist es zweckmäßig, das Umlegen des Schalters U2 mit der Betätigung der Käfigspulen zwangsläufig zu koppeln, derart, daß bei geöffnetem Käfig die Spannung U, um Verstärker V3 liegt. Damit in dieser Stellung der Strom J fließen kann, wird durch einen mit dem Schalter S zwangsläufig gekoppelten Schalter S3 die unterbrochene Primärwicklung überbrückt.
• PATENTANSPROCHE: I. Schaltungsanordnung zur Messung der Permeabilität von Eisenkernen für Übertrager und Spulen, insbesondere in Geräten der Fernmeldetechnik, bei der der Kern in eine Primär- und Sekundärwicklung eingelegt wird, von denen erstere von Meßwechselstrom (J) durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U2) an der Sekundärwicklung durch ein Anzeigegerät (Q, M) zumindesten angenähert ins Verhàltnis zum Strom (J) in der Primärwicklung gesetzt wird und daß das Anzeigegerät unmittelbar in Permeabilitätswerten oder prozentualen Abweichungen vom Sollwert der Permeabilität geeicht ist.

Claims (1)

1. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (J) in der Primärwicklung, z. B. mittels eines Hilfsübertragers (Ue,), eine Spannung (U,) erzeugt und daß diese Spannung und die Spannung (U2) an der Sekundärwicklung über Gleichrichter (G1, G2) einem Drehspulquotientenmesser (Q) zugeführt werden, der direkt in Permeabilitätswerten geeicht ist.

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen (U1, U2), insbesondere bei kleinen Meßfeldstärken, in mindestens zum Teil regelbaren Verstärkern (V,, V2) verstärkt werden.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß über die Sekundärwicklung des Meßübertragers (Ue2) zwecks Erweiterung des Meßbereiches des Quotientenmessers (Q) ein hochohmiger Spannungsteiler (T) geschaltet ist.

   5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein Quotientenmesser (Q) mit sehr engem Meßbereich, z. B. o,8 bis I ,2, benutzt und die Abweichungen der Permeabilität von einem am Spannungsteiler (T) eingestellten Sollwert angezeigt werden.

   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (T) in Permeabilitätswerten geeicht ist.

   7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Quotientenmesser (Q) mit einem Bereich von I: 3 verwendet wird und der Spannungsteiler (T) derart gestuft ist, daß der Endwert des Meßbereiches jeweils mit den Faktoren I, 3, IO, 30 usw. multipliziert erscheint.

   8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Umschalters (S1) die Eingänge der beiden zum Quotientenmesser (Q) führenden Pfade jeweils an die gleiche Spannung (z. B. U1) gelegt werden können.

   9. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U2) an der Sekundärwicklung des Meßübertragers mittels eines in Permeabilitätswerten geeichten Spannungsteilers so geteilt wird, daß die abgegriffene Teilspannung für die verschiedenen Sollwerte der Permeabilität des Prüflings konstant ist und daß diese Teilspannung, gegebenenfalls nach Verstärkung, gleichgerichtet und einem normalen Drehspulmeßinstrument (M) zugeführt wird, das in prozentualen Abweichungen vom Sollwert der Permeabilität geeicht ist.

   10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Hilfsgleichspannung (U>» der Meßbereich des Instrumentes (M) so weit unterdrückt wird, daß Snur noch ein schmaler Anzeigebereich verbleibt.

   II. Schaltungsanordnung nach Anspruch g und IO, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Umschalters (S2) an Stelle der am Spannungsteiler (T3) abgegriffenen Teilspannung die Spannung (U,) an der Sekundärwicklung des Hilfsübertragers (um,) dem Meßinstrument (M) zugeführt werden kann, wobei der Umschalter (S2>) zwischen dem Spannungsteiler (T3) und den zur Verstärkung und/oder Gleichrichtung der Meßspannung dienenden Schaltungsteilen (Va, G3) eingeschaltet ist.