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Magnetometer, insbesondere zur Bestimmung erdmagnetischer Daten
Die
Erfindung betrifft ein Magnetometer, insbesondere ein solches zur genauen Bestimmung
erdmagnetischer Daten, welches ein von. einem oder mehreren Torsionsfäden (oder
Torsionsbändern) ganz oder teilweise in der Meßlage gehaltenes Magnetsystem besitzt.
Im besonderen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Magnetometer
mit einer weitestgehend vollkommenen, zugleich aber auch einfachen Temperaturkompensation
zu versehen, die bei allen auftrebenden magnetischen F ddstärken wirksam bleibt,
ohne daß es bei Meßbereichverstellungen besonderer Nachjustierungen bedarf.
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Bei Magnetometern der eingangs bezeichneten Art mit beispielsweise
horizontaler Magnetsystemdrehachse ist man zur Erreichung einer Temperaturkompensation
des Magnetsystems bisher z. B. so vorgegangen, daß man das temperaturabhängige magnetische
Drehmoment durch ein in entgegengesetzter Richtung wirksames mechanisches, durch
die Schwere gegebenes temperaturabhängiges Drehmoment entsprechender Größe auszugleichen
suchte.
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Das zu diesem Zweck erforderliche Anbringen entsprechender Stäbe aus
Material mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten und geeigneter Jusltiereinrichtungen
am Magnetsystem bedeutet aber eine unerwünschte Gewichtszunahme des Systems. In
den meisten Fällen wird die Zugbelastung der horizontal gespannten Fäden unzulässig
groß.
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Außerdem erfordert aber auch die genaue Einsltellung der Temperaturkompensation
leinen erheblichen Aufwand; vor allem muß sie sehr vorsichtig vorgenommen werden,
damit die Fäden nicht reißen. Bei Magnetometern mit vertikaler Tor-
sionsachse
andererseits - z. B. zur Messung der Horizontalintensität - ist eine analoge Temperaturkompensation
überhaupt nicht möglich, da ein durch die Schwere gegebenes mechanisches Ausgleichsdrehmoment
gar nicht zur Verfügung steht.
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Man muß sich iin diesen Fällen anders zu helfen versuchen, beispielsweise
derart, daß man anstrebt, das magnetische Moment des Magnetsystems selbst für sich
temperaturunabhängig zu machen, und zwar durch Anbringen von temperaturabhängigem
magnetischem Induktionsmaterial, z. B. Thermoperm, Thermoiloy (Firmenbezeichnungen).
Dilese Art der Temperaturkompensation hat man überdies auch bei Magnetometern angewendet,
bei welchen das Magnetsystem eine horizontale Drehachse besitzt. Für Präzisionsinstrumente
ist jedoch die Temperaturabhängigkeit dieses Materials nicht genügend linear, so
daß praktisch nur für einen sehr begrenzten Temperaturbereich eine wirksame Temperaturkompensation
erzielbar ist.
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Gegenüber diesen bekannten, erwiesenermaßen noch erhebliche Mängel
aufweisenden Einrichtungen zur Temperaturkompensation weist die Erfindung einen
grundsätzlich anderen, Ibesseren Weg, um bei Magnetometern der eingangs bezeichneten
Art eine praktisch volLkommene Temperaturkompens ation in einfacher Weise zu erzielen,
wobei es gleichgültig ist, ob die Drehachse des Magnetsystems eine Horizontal- oder
eine Vertikalachse ist. Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, die
Temperaturabhängigkeit des Faden-Torsionsdrehmoments zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit
des Magnetsystems heranzuziehen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Torsionsfäden (bzw.-bänder)
aus Material mit solchen thermoelastischen Koeffizienten herzustellen, daß die Temperaturabhängigkeit
des am Magnetsystem wirkt atmen Faden-tbzw. resultierenden Fäden-Torsionsdrehmoments
entgegengesetzt der Temperaturabhängigkeit des Drehmoments des Magnetsystems ist.
Hierbei soll unter »Drehmoment des Magnetsystems« verstanden sein das Gesamtdrehmoment,
welches sich zusammensetzt aus dem durch das magnetische Feld hervorgerufenen Drehmoment
des Magnetsysteens, sowie. aus einem eventuell noch vorhandenen mechanischen Drehmoment,
das durch Massenunsymmetrie des Systems bezüglich seiner Drehachse gegeben ist.
Da man jedoch im allgemeinen eine Massensymmetrie anstrebt und in der Praxis auch
weitesgehend erreicht, so ist in den meisten Fällen das Restdrehmoment praktisch
Null und das »Drehmoment des Magnetsystems« identisch mit dem reinen magnetischen
Drehmoment.
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Hat man es beispielsweise mit einem Magnetometer zu tun, bei dem
das Magnetsystem von zwei horizontalen Torsionsfäden (oder -bändern) getragen wird,
so kann man im Rahmen des Erfindungsvorschlages beide Fäden aus dem gleichen Material
mit entsprechend gewähltem thermoelastischem Koeffizienten herstellen. Die Tordierungsrichtung
der beiden am System angreifenden Fäden muß dann unterschiedlich sein, damit die
von den beiden Fäden erzeugten Drehmomente im gleichen Sinne am System wirksam sind.
Bei entsprechender Wahl des thermoelastischen Koeffizienten kann man dann - wie
gesagt - erreichen, daß die Temperaturabhängigkeit dieses am System wirksamen Gesamt-Fadentoprsionsdrehmoments
entgegengesetzt gleich der Temperaturabhängigkeit des Drehmoments des Magnetsystems
ist.
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In weiterer Ausbildung der ERfindung wird vorgeschlagen, die beiden
Torsionsfäden aus Material mit verschiedenen thermoelastischen Koeffizienten zu
wählen. Es ist dann grundsätzlich immer eine Zusammenstellung möglich, bei welcher
der Temperatureffekt des Magnetsystems und des einen tordierten Fadens sich derart
addieren, daß ihr Gesamteffekt entgegengesetzt gleich dem Temperatureffekt des zweiten
Torsionsfadens ist Mit diesem Vorschlag ergibt sich nämlich noch folgender besonderer
Vorteil: Es wird nicht immer ohne weiteres gelingen, von vornherein die in Frage
kommenden Werte für den thermoelastischen Koeffizienten so genau zu treffen, daß
eine völlige Temperaturkompensation sofort erreicht wird. Man braucht dann aber
nur die beiden Fäden nachträglich verschieden stark zu tordieren, d. h. ihren jeweiligen
Anteil an der Temperaturkompensation entsprechend zu wählen, um die vollständige
Kompensation zu erreichen. Letztere bleibt dann für alle magnetischen Fadenintensitäten
erhalten, sofern man bei der Meßbereichverstellung des Gerätes nur dafür sorgt,
daß das Verhältnis der beidenFadentorsionswinkel gleichbleibt.
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Bei einem Magnetomerter, bei welchem das Magnetsystem lediglich an
einem vertikalen Torsionsfaden aufgehängt ist, erfolgt die Temperaturkompensation
zweckmäßiig wie folgt: Die Aufhängung des Magneten geschieht nicht an einem einheitlichen,
durchgehenden Faden (aus Material mit entsprechendem thermoelastischem Koeffizienten),
sondern an einem aus zwei hintereinander angebrachten Teilen gebildeten, wobei die
Fadenteile aus Materialien mit verschiedenem thermoelastischem Koeffizienten bestehen.
Letztere sind wieder so gewählt, daß der Temperatureffekt des Magnetsystems zusammen
mit dem Tempeatureffekt des einen Fadenteils entgegengesetzt gleich dem Temperatureffekt
des zweiten Fadenteils ist.
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Ist durch die Wahl der thermoelastischen Koeffizienten die erwartete
Temperaturkompensation noch nicht völlig erreicht, so kann durch Variierung des
Durchmessers und/oder der Länge der Fadenteile diese genaue Einstellung der Temperaturkompensation
herbeigeführt werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht in stark schematisierter Darstellung
zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Bei dem in seinen Einzelheiten nicht weiter dargestellten Magnetometer
nach Abb. 1 zur Messung und/oder Registrierung der endmagnetischen Horizontalintensität
wird ein Magnetsystem I von einem vertikalen Torsionsfaden in der Meßlage gehalten.
Mit 2 ist ein mit einer Teilung 3 versehener Torsionskopf bezeichnet. Der Torsionsfaden
besteht aus zwei hintereinandergeschalteten' Teilen 4
und 5 verschiedenen
Durchmessers und vlerschier dener Länge aus Materialien mit unterschiedlichem thermoelastischem
Koeffizienten, z. B. aus Quarz und Wolfram. 6 ist ein am Magnetsystem sitzender
Spiegel. Das Verhältnis der Länge und Durchmesser der Fadenteile 4 und 5 ist so
gewählt, daß die Temperaturabhängigkeit des am Magnetsystem wirksamen Fadfentors.
ionsrdrehmoments. entgegengesetzt gleich der Temperaturabhängigkeit des Drehmoments
des Magnetsystems ist In Abb. 2 ist ein Magnetometer zur Messung und/oder Registrierung
der erdmagnetischen Vertikalintensität angedeutet. Hier ist das einen Spiegel 1
tragende Magnetsystem 2 um eine horizontale Achse drehbar gelagert, die von zwei
waagerechten Torsionsfäden 3 und 4 gebildet wird.
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5 und 6 sind die zugehörigen Torsionsköpfe, die eine Teilung 7 bzw.
8 tragen. Die das Magnetsystem in der Meßlage haltenden Torsionsfäden bestehen wieder
aus Materialien mit unterschiedlichem thermoelastischem Koeffizienten, z. B. aus
Quarz und Wolfram. Die Torsionsrichtung der Fäden ist so gewählt, daß der Temperatureffekt
des Magnetsystems und der des einen Fadens sieh addieren und ihr Gesamteffekt entgegengesetzt
dem Temperatureffekt Ides zweiten Fadens ist. Ist mit der Auswahl des Materials
der Fäden di'e Temperaturkompensation dieser Anordniing noch nicht völlig erreicht,
so kann man durch verschieden starkes Tordieren der Fäden, d. h. durch Verändern
ihres Anteils an der Temperaturkompensation, die vollkommene Abgleichung in einfacher
Weise nachträglich erzielen. Die Kompensation bleibt für alle magnetischen Feldintensitäten,
d. h. bei jeder Meßbereichverstellung, erhalten, wenn bei der hierzu vorgenommenen
Verstellung der Torsionsköpfe darauf geachtet wird, daß das Verhältnis der bei der
T'emperaturkompen'sation eingestellten Torsionswinkel Idas gleiche bleibt. Hierzu
dienen die an den torsionsköpfen angebrachten Teilungen 7 und 8.
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Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung, wenn bei bekannten Verfahren
zur Temperaturkompensation zusätzlich von der neuen Temperaturkompensation Gebrauch
gemacht wird.