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Magnetometer Zusatz zum patent 937309
Gegenstand des Patents 937 309
ist ein Magnetometer, insbesondere ein solches zur Bestimmung erdmagnetischer Daten,
welches ein von Torsionsfäden (oder -bändern) ganz oder teilweise in der Meßlage
gehaltenes Magnetsystem besitzt. Der dem Hauptpatent zugrunde liegende allgemeine
Erfindungsgedanke besteht darin, zur Temperaturkompensation des Magnetsystems die
Temperaturabhängigkeit des Fadentorsionsdrehmomentes heranzuziehen. In diesem Sinne
ist dort vorgeschlagen, die Torsionsfäden aus Material mit solchem thermoelastischen
Koeffizienten zu wählen, daß die Temperaturabhängigkeit des am Magnetsystem wirksamen
resultierenden Fädentorsionsdrehmomentes entgegengesetzt gleich der Temperaturabhängigkeit
des Drehmomentes des Magnetsystems ist. Im Falle eines Magnetometers, bei welchem
die horizontale Drehachse des Magnetsystems durch zwei Torsionsfäden bzw. -bänder
gebildet ist, bestehen letztere beispielsweise aus Material mit verschiedenem thermoelastischem
Koeffizienten. Es ist dann immer eine Zusammenstellung möglich, bei welcher der
Temperatureffekt des Magnetsystems und der des einen tordierten Fadens sich derart
addieren, daß ihr Gesamteffekt entgegengesetzt gleich dem Temperatureffekt des zweiten
Torsionsfadens ist. Eine solche Ausbildung des Systems ermöglicht eine bequeme Einstellung
der Temperaturkompensation, die für alle Feldintensitäten erhalten bleibt, sofern
man bei der Meßbereichverstellung
des Gerätes (Änderung der Fadentorsion)
nur dafür sorgt, daß- das Verhältnis der beiden Fadentorsionswinkel gleichbleibt.
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Die Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung solcher Magnetometer,
bei denen das Magnetsystem von horizontalen Torsionsfäden (bzw. -bändern) getragen
wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung - hierbei auf solche Magnetometer,
mit denen wahlweise die erdmagnetische Vertikal- und Horizontalintensität bestimmt
werden kann, indem durch entsprechende Fadentorsion das Magnetsystem in die jeweilige
Ausgangsmeßlage gebracht ist, in welcher die magnetische Achse des Systems horizontal
bzw. vertikal angeordnet ist.
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Die zuletzt erwähnte obige Ausbildung der Temperaturkompensation
gemäß dem Hauptpatent für Magnetometer mit von zwei horizontalen Torsionsfäden getragenem
Magnetsystem ist durchaus vorteilhaft, wenn nur die Temperaturabhängigkeit desjenigen
Drehmomentes des Magnetsystems zu kompensieren ist, welches von dem magnetischen
Feld hervorgerufen ist, also ein temperaturabhängiges mechanisches Restdrehmoment
(bedingt durch etwaige Massenunsymmetrie des Systems bezüglich seiner Drehachse)
nicht vorliegt. Es hat sich jedoch nun in der Praxis gezeigt, daß auch bei sorgfältigster
Herstellung des Systems ein kleines mechanisches Restdrehmomentdas überdies bei
der Z-und H-Messung von verschiedener Größe und verschiedenen Vorzeichen ist - nicht
ganz zu vermeiden ist und dessen Temperaturabhängigkeit daher ebenfalls beachtet
werden muß. Man kommt also in diesem Falle nicht umhin, auch die Temperaturabhängigkeit
dieses mechanischen Restdrehmomentes des Magnetsystems zu kompensieren, um eine
vollständige Temperaturkompensation zu erzielen.
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Hierzu ist der bisher vorgeschlagene, weiter oben angeführte Weg
weniger vorteilhaft.
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Statt dessen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Anordnung so
zu treffen, daß durch den einen Faden die Temperaturabhängigkeit des vom magnetischen
Feld hervorgerufenen Drehmomentes des Magnetsystems und durch den anderen Faden
die Temperaturabhängigkeit des mechanischen Restdrehmomentes des Magnetsystems kompensiert
wird. Hierbei besteht zweckmäßig derjenige Torsionsfaden, welcher der Kompensation
der Temperaturabhängigkeit des vom magnetischen Feld hervorgerufenen Drehmomentes
des Magnetsystems dient, aus zwei hintereinandergeschalteten Fadenteilen aus Material
mit verschiedenem thermoelastischem Koeffizienten. Der andere Torsionsfaden, welcher
der Kompensation der Temperaturabhängigkeit des mechanischen Restdrehmomentes des
Magnetsystems dient, kann durchgehend, d. h. aus einem Stück bestehen und in gewissen
Grenzen einen beliebigen, thermoelastischen Koeffizienten besitzen. Dieser Faden
kann natürlich aber auch, ebenso wie der andere, aus zwei hintereinandergeschalteten
Teilen bestehen.
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Mit einer solchen Ausbildung des Magnetometers ergeben sich folgende
Vorteile: Bei der Messung der Vertikal- oder Horizontalintensität braucht im Falle
einer erforderlichen Meßbereichverstellung nur die Torsion desjenigen (gegebenenfalls
aus zwei Teilen bestehenden) Fadens geändert zu werden, mit dem die Temperaturabhängigkeit
des vom magnetischen Feld hervorgerufenen Drehmomentes des Magnetsystems kompensiert
ist. Eine gleichzeitige Tordierung des zweiten Fadens ist - wie bei dem erwähnten
Vorschlag gemäß dem Hauptpatent unerläßlich - nicht mehr erforderlich.
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Bei der Messung von Z und H werden - wie erwähnt - am Magnetsystem
mechanische Restdrehmomente wirksam, die sich in ihren Vorzeichen und Größen unterscheiden.
Dementsprechend ist auch die notwendige Temperaturkompensation in beiden Fällen
eine andere. Geht man nun mit dem Magnetometer von der Z- zur H-Messung über bzw.
umgekehrt, so braucht man nur einmalig den zweiten Faden - also denjenigen, welcher
der Kompensation der Temperaturabhängigkeit des mechanischen Restdrehmomentes des
Magnetsystems dient - entsprechend zu tordieren. An dem Torsionskopf dieses Torsionsfadens
sieht man zweckmäßig von vornherein zwei entsprechende Markierungen oder besser
gleich Anschläge vor, welche die Torsionswinkel kennzeichnen, bei denen für die
Z-bzw. H-Messung die Kompensation der Temperaturabhängigkeit des jeweiligen mechanischen
Restdrehmomentes des Magnetsystems gegeben ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht in stark schematisierter Darstellung
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Mit I ist das einen Spiegel 2 tragende, um eine horizontale Torsionsachse
drehbare Magnetsystem eines in seinen Einzelheiten nicht weiter dargestellten Magnetometers
(Torsionsfeldwaage) bezeichnet, welches der wahlweisen Bestimmung (direkte Anzeige
und/oder Registrierung) der erdmagnetischen Vertikal- und Horizontalintensität dient.
Die horizontale Drehachse wird von den beiden Torsionsfäden 3. und 4, 4' gebildet,
die mit ihren einen Enden am System I und mit. ihren anderen Enden an Torsionsköpfen
5, 6 befestigt sind. Der linke Torsionsfaden besteht aus den beiden hintereinandergeschalteten
Fadenteilen 4, 4', die einen unterschiedlichen thermoelastischen Koeffizienten besitzen
und dient der Kompensation - der Temperaturabhängigkeit des vom magnetischen Feld
hervorgerufenen Drehmomentes des Magnetsystems.
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Die thermoelastischen Koeffizienten der Fadenteile, 4' sind so gewählt,
daß diese Temperaturabhängigkeit des Systems zusammen mit dem Temperatureffekt des
einen Fadenteils entgegengesetzt gleich dem Temperatureffekt des zweiten Fadenteils
ist. Der rechte Torsionsfaden 3 dient der Kompensation der Temperaturabhängigkeit
des mechanischen Restdrehmomentes des Magnetsystems.
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Der thernioelastische Koeffizient dieses Fadens und der Fadentorsionswinket
sind dementsprechend gewählt. Da - wie oben ausgeführt - das mechanische Restdrehmoment
des Magnetsystems unterschiedlich ist, je nachdem ob die magnetische Achse des Systems
waagerecht liegt (für die Bestimmung
der Vertikalintensität) oder
lotrecht verläuft (bei der Messung der Horizontalintensität), ist auch für diese
Messungen ein jeweils anderer Torsionswinkel am Kopf 5 einzustellen. Um dies zu
erleichtern, kennzeichnet man von vornherein diese beiden Torsionswinkel am Torsionskopf.
Zweckmäßig sieht man an letzterem, wie angedeutet, entsprechende (einstellbare)
Anschläge7, 7' vor, die im Zusammenwirken mit einem unmittelbar am Torsionskopf
sitzenden Anschlagstift 8 die notwendige Torsionskopfverstellung festlegen, die
erforderlich ist, um beim Übergang von der einen zur anderen Messung die Kompensation
der Temperaturabhängigkeit des jeweiligen mechanischen Restdrehmomentes des Magnetsystems
einzustellen. Bei einer Meßbereichverstellung des Gerätes darf dann nur der Torsionskopf
6 betätigt zu werden, um das Magnetsystem wieder in die Meßausgangslage zu bringen.