DE943781C

DE943781C - Device for measuring or detecting the magnetization of samples with an inhomogeneous own field

Info

Publication number: DE943781C
Application number: DEL11995A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Konrad Peter Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-04-04
Filing date: 1952-04-04
Publication date: 1956-06-01

Description

Einrichtung zur Messung oder zum Nachweis der Magnetisierung ein inhomogenes Eigenfeld besitzender Proben Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung oder zum Nachweis der Magnetisierung ein inhomogenes Eigenfeld besitzender, vorzugsweise stabförmiger Proben. Es sind zu diesem Zweck bereits Magnetometer mit Magnetisierung der Probe in offener Magnetisierungsspule ohne Schlußjoch bekannt, bei denen die Feldmessung außerhalb der Magnetisierungsspule an einem Punkt durchgeführt wird, in dem nur das Eigenfeld der Probe, nicht aber das der Magnetisierungsspule herrscht. Ein Restfeld der Magnetisierungsspule wird durch zusätzliche Kompensationsspulen, die mit der Magnetisierungsspule in Reihe geschaltet sind, kompensiert.Device for measuring or detecting the magnetization of an inhomogeneous Self-field possessing samples The present invention relates to a method for Measurement or for the detection of the magnetization having an inhomogeneous self-field, preferably rod-shaped samples. There are already magnetometers for this purpose Magnetization of the sample in an open magnetization coil without a final yoke known, in which the field measurement is carried out outside the magnetizing coil at one point in which only the sample's own field, but not that of the magnetizing coil prevails. A residual field of the magnetizing coil is generated by additional compensation coils, which are connected in series with the magnetizing coil, compensated.

Es ist auch bekannt, eine solche Messung im Innern der Magnetisierungsspule in der Nähe der magnetischen Pole der Probe vorzunehmen, wo die Eigenfeldstärke wesentlich höhere Beträge annimmt als außerhalb der Magnetisierungsspule, und die Wirkung der Feldstärke der Magnetisierungsspule dadurch von der Messung auszuschließen, daß die Richtung, in der die Feldstärke gemessen wird, senkrecht steht auf der Richtung des Magnetisierungsspulenfeldes. Man wählt als Aufpunkt für die Messung zweckmäßigerweise eine Stelle in der Nähe der Pole der Probe, an der die Eigenfeldstärke der Probenpole senkrecht zu der Feldrichtung der Magnetisierungsspule steht. It is also known to carry out such a measurement inside the magnetizing coil close to the magnetic poles of the sample, where the intrinsic field strength assumes much higher amounts than outside the magnetizing coil, and the To exclude the effect of the field strength of the magnetizing coil from the measurement, that the direction in which the field strength is measured is perpendicular to the direction of the magnetizing coil field. It is expedient to choose the starting point for the measurement a point near the poles of the sample at which the self-field strength of the sample poles perpendicular to the field direction of the magnetizing coil.

Vorzugsweise wird eine solche Anordnung für Koerzimeter benutzt, bei denen es bei der Magnetisierungsmessung nur darauf ankommt, denjenigen Magnetisierungsstrom einzustellen, bei den die Magnetisierung gerade Null wird. Hier handelt es sich um eine Nullmethode, bei der es nicht auf eine gute Konstanz der Meßanordnung, sondern nur auf deren hohe Empfindlichkeit ankommt. Eine für Magnetisierungsmessungen ausreichende Konstanz ist bei diesem Verfahren, insbesondere bei Verwendung von Feldmeßgeräten mit beweglichen Systemen, wie z. B. Magnetometernadeln oder Drehspulsystemen mit Hilfserregerstrom, nicht zu erwarten.Such an arrangement is preferably used for coercimeters which only depends on the magnetization measurement, the magnetization current at which the magnetization is just zero. Here it is A zero method, which does not depend on a good constancy of the measuring arrangement, but rather all that matters is their high sensitivity. A sufficient one for magnetization measurements This method is constant, especially when using field measuring devices with moving systems such as B. magnetometer needles or moving coil systems with Auxiliary excitation current, not expected.

Bei derartigen Feldmeßsystemen entsteht durch die zur eigentlichen Meßeinrichtung senkrechte Feldkomponente der Magnetisierungsspule eine zusätzliche Richtkraft, die die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der nicht zu messenden Feldkomponente der Magnetisierungsspule steigert oder schwächt. Dieser Nebeneffekt macht eine solche Anordnung für Magnetisierungs- und Induktionsmessungen ungeeignet. Für Koerzimeter, bei denen das Meßsystem nur als Nullindikator benutzt wird, ist die Empfindlichkeitsänderung zwar grundsätzlich kein Hindernis für die Anwendung, praktisch ist sie jedoch sehr störend, da die elastischen Richtkräfte des Systems groß sein müssen gegenüber der beschriebenen Richtkraftänderung durch das Magnetisierungsspulenfeld. Der maximale Empfindlichkeitsbereich wird dadurch so sehr beschränkt, daß der Vorteil der Messung in der Nähe der Probenpole unter Umständen gar nicht wahrgenommen werden kann. In such field measurement systems, the actual Measuring device vertical field component of the magnetizing coil an additional Directional force that determines the sensitivity as a function of the field component that is not to be measured the magnetizing coil increases or weakens. This side effect makes one such Arrangement unsuitable for magnetization and induction measurements. For coercimeters, in which the measuring system is only used as a zero indicator is the change in sensitivity In principle, it is not an obstacle to its use, but it is very practical disturbing, since the elastic directional forces of the system must be large compared to the change of directional force described by the magnetizing coil field. The maximum This limits the sensitivity range so much that the advantage of the measurement may not be perceptible near the sample poles.

Auch andere Feldmeßeinrichtungen, z. B. mit Feldmeßgenerator oder mit ballistischen Meßverfahren mit Schwenk- oder Abziehspulen für die Feldmessung, werden durch das Magnetisierungsspulenfeld gestört, wenn dieses Feld groß ist gegenüber der zu messenden Eigen,feldkomponente der Probe. Es bedarf dann einer sehr genauen Justierung der Richtung, in der die Feldrkomponente gemessen wird. Selbst der kleinste Fehler in der Winkellage des Feldmeßgenerators oder in der Kommutierungssclialtphase seines Kollektors bringt bereits einen erheblichen Fehler in die Messung, da eine dem Winkelfehler entsprechende Komponente des Magnetisierungsspulenfeldes mitgemessen. wird. Hierzu gehören beispielsweise Geräte, bei denen die Probe in ein homogenes Magnetfeld eingebracht wird und vor der Stirnfläche der Probe eine Spule angeordnet ist, die in Richtung der magnetischen Achse der Probe Schwingungen ausführt. Eine höhere Meßgenauigkeit besitzen demgegenüber Einrichtungen zum Messen der magnetischen Größen, die astatische Magnetsysteme verwenden, die beispielsweise im Inneren einer offenen Magnetisierungsspule untergebracht sind. Bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen dieser Art befindet sich das astatische Magnetsystem jedoch in einer unsymmetrischen Lage zur Probe. In dieser Lage besitzt das astatische Magnetsystem jedoch nicht seine größte Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit hängt ab von Größe und Richtung der Kraftvektoren auf dem Magnetsystem. Sie ist dann am größten, wenn die Kraftvektoren gegenläufig und gleich groß sind, was bei der bekannten unsymmetrischen Anordnung nicht der Fall ist. Mit den steigenden Genauigkeitsanforderungen ergibt sich aber auch das Bedürfnis, die Meßeinrichtung so aufzubauen, daß sie die größtmögliche Empfindlichkeit besitzt. Other field measuring devices, e.g. B. with field measurement generator or with ballistic measuring methods with swivel or pull-out coils for field measurements, are disturbed by the magnetizing coil field when this field is large opposite the natural field component of the sample to be measured. A very precise one is then required Adjustment of the direction in which the field component is measured. Even the smallest Error in the angular position of the field measurement generator or in the commutation phase its collector already brings a considerable error in the measurement, since a The component of the magnetizing coil field corresponding to the angle error is also measured. will. This includes, for example, devices in which the sample is in a homogeneous Magnetic field is introduced and a coil is arranged in front of the end face of the sample which vibrates in the direction of the magnetic axis of the sample. One In contrast, devices for measuring the magnetic have higher measuring accuracy Sizes that use astatic magnet systems, for example inside a open magnetizing coil are housed. With those that have become known so far However, the astatic magnet system is in one device of this type asymmetrical position to the sample. In this position the astatic magnet system possesses however, not its greatest sensitivity. The sensitivity depends on the size and direction of the force vectors on the magnet system. It is greatest when the force vectors are opposite and of the same size, which is the case with the known asymmetrical Arrangement is not the case. With the increasing accuracy requirements but also the need to build the measuring device so that it is the largest possible Has sensitivity.

Erfindungsgemäß wird daher eine Einrichtung zur Messung oder zum Nachweis der Magnetisierung ein inhomogenes Eigenfeld besitzender, vorzugsweise stabförmiger Proben im homogenen Feld einer offenen Magnetisierungsspule mit einer für homogene Felder astatischen Feldmeßeinrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Feldmeßeinridhtung mittels zweier getrennter Meßorgane den Richtungsunterschied der Eigenfeldstärke der Probe in zwei symmetrisch zur Probe liegenden Feldmeßräumen erfaßt. Bei einer derartigen Einrichtung können die beiden Feldmeßräume mit einem gemeinsamen Feldmeß-Drehspulsystem mit doppelter Wicklung gemessen werden. Hierzu lassen sich Feldmeß-Generatorspulen gleichen Windungsquerschnittes verwenden, die auf einer gemeinsamen Generatorachse mit parallelen Spulenachsen angebracht und mit gegenläufigem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind. According to the invention, therefore, a device for measuring or for Proof of magnetization with an inhomogeneous self-field, preferably rod-shaped samples in the homogeneous field of an open magnetization coil with a proposed for homogeneous fields astatic field measuring device characterized is that the Feldmeßeinridhtung by means of two separate measuring organs the difference in direction the self-field strength of the sample in two field measuring rooms symmetrically to the sample recorded. In such a device, the two field measuring rooms with one common field measuring moving coil system with double winding can be measured. For this Field measurement generator coils with the same winding cross-section can be used mounted on a common generator axis with parallel coil axes and are connected in series with opposite winding directions.

Fig. I und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. In die Magnetisierungsspule I wird eine vorzugsweise stabförmige oder prismatische Probe 2 in reproduzierbarer Lage eingebracht. Zur Messung der Magnetisierung dient ein Drehspulsystem 3, das in Fig. 2 in der Seitenansicht dargestellt ist. Es besteht aus einem an den Spannbändern 4 und 5 aufgehängten Glimmerblättchen 6 als Spulenträger. Die Wicklung setzt sich aus zwei Einzelwicklungen 7 und 8 mit gleichen Windungsflächen zusammen, die mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind und über die Spannbänder 4 und 5 mit einem konstanten Hilfsstrom erregt werden. Figs. I and 2 show an embodiment of the inventive concept. A preferably rod-shaped or prismatic one is inserted into the magnetizing coil I Sample 2 introduced in a reproducible position. Serves to measure the magnetization a moving coil system 3, which is shown in Fig. 2 in the side view. It exists from a mica flake 6 suspended from the tensioning straps 4 and 5 as a coil carrier. The winding consists of two individual windings 7 and 8 with the same winding areas together, which are connected in series with opposite winding directions and over the tensioning straps 4 and 5 are excited with a constant auxiliary current.

Der Ausschlag wird z. B. mittels Lichtzeiger und Spiegel g abgelesen. Das Eigenfeld der Probe 2 ist durch zwei Kraftlinien 12 dargestellt, die von den Polen der Probe 2 ausgehen und die äußeren Schenkel der Wicklungen 7 und 8 infolge der Inhomogenität des Eigenfeldes der Probe in verschiedenen Richtungen schneiden. Dabei sind die Kraftvektoren 10 und II, dereh Richtung senkrecht zu den Wicklungsschenkeln 7 und 8 und senkrecht zu den Kraftlinien ist, gegenläufig und gleich groß, so daß die Empfindlichkeit des dadurch bedingten Ausschlages am größten ist.The rash is z. B. read by means of light pointer and mirror g. The self-field of the sample 2 is represented by two lines of force 12, which from the Poles of sample 2 go out and the outer legs of windings 7 and 8 as a result the inhomogeneity of the sample's own field cut in different directions. The force vectors 10 and II, the direction of which is perpendicular to the winding legs 7 and 8 and is perpendicular to the lines of force, in opposite directions and of equal size, so that the sensitivity of the resulting deflection is greatest.

Die Abmessungen des Drehspulsystems und der Abstand von dem Probenende werden zweckmäßig so dimensioniert und die Anordnung so getroffen, daß die Drehachse des Drehspulsystems die verlängerte Probenachse senkrecht schneidet und. die Außenschenkel der Wicklungen 7 und 8 an der Stelle des Eigenfeldes der Probe liegen, an der das Produkt von Radialkomponente der Eigenfeld- stärke und des Achsabstandes einen Maximalwert besitzt. Bei langen Probestäben ist der optimale Schenkelabstand aO zwischen den Außenschenkeln 7 und 8 der Wicklungen gleich dem 2 1 2-fachen Betrag des Abstandes p des nahen Probenpoles von der Drehachse des Drehspulinstrumentes. aO = 2 1 2p. Für hochempfindliche Einrichtungen wird man die Außenschenkel der Wicklungen 7 und 8 in möglichste Nähe dieser optimalen Meßstelle bringen. The dimensions of the moving coil system and the distance from the sample end are expediently dimensioned and the arrangement made so that the axis of rotation of the moving coil system intersects the extended sample axis perpendicularly and. the outer thighs of the windings 7 and 8 lie at the point of the sample's own field at which the Product of the radial component of the self-field thickness and center distance has a maximum value. The optimal distance between the legs is for long test rods aO between the outer legs 7 and 8 of the windings equal to 2 1 2 times the amount the distance p of the near sample pole from the axis of rotation of the moving coil instrument. aO = 2 1 2p. The outer legs of the windings are used for highly sensitive devices Bring 7 and 8 as close as possible to this optimal measuring point.

Die Wicklung der Magnetisierungsspule wird in an sich bekannter Weise z. B. durch große Länge oder durch erhöhte Windungszahl je Längeneinheit an den Enden der Magnetisierungsspule so dimensioniert, daß die Feldstärke der Magnetisierungsspule in dem von dem Drehspulsystem eingenommenen Meßraum homogen ist. Eine Einrichtung der beschriebenen Art kann vorzugsweise als Koerzimeter dienen. Das Drehspulsystem wird dann lediglich zum Nachweis des Nulldurchganges der Magnetisierung benutzt. Die Koerzitivkraft ist bei diesem Nulldurchgang gleich der Feldstärke der Magnetisierungsspule, die sich aus dem Magnetisierungsstrom errechnen läßt. Die Einrichtung kann aber auch benutzt werden, um z. B. die Sättigungsinduktion bzw. Sättigungsmagnetisierung sehr schwach ferromagnetischer Körper zu bestimmen oder auch die Suszeptibilität paramagnetischer oder diamagnetischer Körper. Diese Möglichkeiten ergeben sich aus der nach dem Erfindungsgedanken gegebenen, gegenüber bekannten Meßeinrichtungen erheblich gesteigerten Empfindlichkeit der Messung des Eigenfeldes der Probe. The winding of the magnetizing coil is made in a manner known per se z. B. by great length or by increased number of turns per unit length to the Ends of the magnetizing coil dimensioned so that the field strength of the magnetizing coil is homogeneous in the measuring space occupied by the moving coil system. An institution of the type described can preferably serve as a coercimeter. The moving coil system is then only used to verify the zero crossing of the magnetization. The coercive force at this zero crossing is equal to the field strength of the magnetizing coil, which can be calculated from the magnetizing current. But the facility can can also be used to e.g. B. the saturation induction or saturation magnetization to determine very weak ferromagnetic bodies or the susceptibility paramagnetic or diamagnetic body. These possibilities arise from the given according to the inventive idea, compared to known measuring devices significantly increased sensitivity of the measurement of the sample's own field.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel des Erfindungsgedankens, bei dem für die Messung des Eigenfeldes der Probe ein Meßgenerator benutzt wird. Fig. 3 shows a further example of the inventive concept in which a measuring generator is used to measure the sample's own field.

In die Magnetisierungsspule 3I wird ebenso wie bei Fig. I die Probe 32 eingebracht. Der Feldmeßgenerator hat zwei Generatorspulen 33 und 34 mit parallelen Spulenachsen, die zur gemeinsamen Drehachse 35 senkrecht stehen und deren Wicklungen bei gleichem Windungsquerschnitt mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind. Die beiden Enden der Doppelwicklung sind an die Kollektorlamellen des Kollektors 36 angeschlossen, von dem die gleichgerichtete Meßspannung mit den beiden Bürsten 37 abgenommen wird. Der Antrieb erfolgt zweckmäßig mit einem Elektromotor 38 über eine unmagnetische lange Welle 3I, so daß die ferromagnetischen Teile des Motors und seine Streufelder die Messung nicht stören. Die für homogene Felder astatische Anordnung hat gegenüber dem an sich bekannten Drehkoerzimeter den Vorteil, daß weder die Erdfeldstärke noch die zur Drehachse des Generators senkrechte Komponente der Magnetisierungsspulenfeldstärke wirksam ist, die entsteht, wenn di Drehachse nicht genau parallel zur Magnetisierungsspulenachse justiert wird. Die magnetische Wirkungsweise ist im übrigen die gleiche. wie zu Fig. I und 2 beschrieben, nur daß die beiden Meßstellen nicht am gleichen Probenende, sondern an verschiedenen P robenenden angebracht sind.As in FIG. 1, the sample is placed in the magnetizing coil 3I 32 introduced. The field measurement generator has two generator coils 33 and 34 with parallel Coil axes which are perpendicular to the common axis of rotation 35 and their windings with the same winding cross-section connected in series with opposite winding directions are. The two ends of the double winding are on the collector lamellas of the collector 36 connected, of which the rectified measuring voltage with the two brushes 37 is removed. The drive is expediently carried out with an electric motor 38 a non-magnetic long shaft 3I, so that the ferromagnetic parts of the motor and its stray fields do not interfere with the measurement. The astatic one for homogeneous fields Arrangement has the advantage over the known Drehkoerzimeter that neither the earth's field strength nor the component of the perpendicular to the axis of rotation of the generator Magnetizing coil field strength is effective, which arises when the axis of rotation is not is adjusted exactly parallel to the magnetizing coil axis. The magnetic mode of action is otherwise the same. as described for Fig. I and 2, only that the two Measuring points are not attached to the same sample end, but to different sample ends are.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for measuring or demonstrating the Magnetization has an inhomogeneous self-field, preferably rod-shaped Samples in the homogeneous field of an open magnetization coil with one for homogeneous Fields astatic field measuring device, characterized in that the field measuring device the difference in direction of the intrinsic field strength by means of two separate measuring elements of the sample is recorded in two field measuring rooms which are symmetrical to the sample.

2. Device according to claim I, characterized in that the two Field measuring rooms with a common field measuring moving coil system with double winding be measured.

3. Device according to claims I and 2, characterized in that the two field measurement rooms with two field measurement generator coils of the same winding cross-section are measured on a common generator axis with parallel coil axes attached and connected in series with opposite winding directions.

Referred publications: German patent specifications No. 700 048, 709 048.