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Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften
von magnetischem Material Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen
zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Probestücken von magnetischen
Materialien.
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Auf vielen Gebieten Ider Technik ist eine genaue Kenntnis der magnetischen
Eigenschaften eines magnetischen Stoffes erforderlich. So ermöglicht beispielsweise
in der Elektromaschinenindustrie die Auswahl eines magnetischen Materials von gewünschten
magnetischen Eigenschaften die Herstellung von Maschinen mit wesentlich besseren
Betriebseigenschaften und Wirkungsgraden. Es lassen sich nämlich durch geeignete
Auswahl von magnetischen Materialien mit hoher Permeabilität und geringen Hysteresis-
und Wirbelstromverlusten raumsparende Maschinen und Maschinen mit höherem Wirkungsgrad
herstellen. Es ist daher wichtig, Meßeinrichtungen zur Messung ,der magnetischen
Eigenschaften, nämlich wider Permeabilität, der Verluste usw., zu entwickeln.
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Die üblichen Mittel zur Messung der magnetischen Eigenschaften erforderten
die Herstellung von speziell geformten Probestücken und die Durchführung von Laboratoriumsversuchen
an diesen
Stücken. Dies stellt einen mühsamen und zeitraubenden
Weg dar, der auch zur Zerstörung des Materials führt, aus welchem das Probestück
entnommen wird, und ferner häufig die magnetischen Eigenschaften durch innere Spannungen
des Materials verändert. Außerdem liefern Laboratoriumsversuche an Probestücken
von Blechmaterial gewöhnlich nur Durchschnittswerte innerhalb des ganzen Probestücks.
Dlie Prüfung von kleinen Teilen des Probestücks erfordert das Bohren von Löchern,
um die Fiußdichte in einzelnen Teilen der Probe bestimmen zu können. Dabei wird
natürlich die Probe für andere Messungen zerstört, so daß dieser Weg kostspielig
ist. Außerdem ist bei -anisotropen Materialien eine vollständige Kenntnis verschiedener
Teile des Probestücks nicht zu erhalten. wenn man nicht eine große Anzahl von Löchern
in dem Probestück anbringt.
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Es ist auch bereits bekannt, Längsrisse in Röhren aus leitendem Material
dadurch festzustellen, daß man das zu untersuchende Rohr in eine mit einem Wechselstrom
erregte Spule einschiebt, so daß der Rohrquerschnitt dann wie eine kurzgeschlossene
Sekundärwicklung zu dieser Spule arbeitet und einen Kurzschlußwechselstrom führt.
Wenn der Rohrquerschnitt vollkommen homogen ist, d. h. das Rohr keine Längsrisse
aufweist, so ist der Spannungsabfall zwischen zwei benachbarten Punkten auf dem
Rohrumfang, der durch den Kurzschlußstrom hervorgerufen wird, an jeder Stelle des
Umfangs des Rohres gleich groß. Dieser Spannungsabfall wird dadurch gemessen, daß
an den beiden benachbarten Punkten zwei Sonden aufgesetzt werden und über einen
V;erstärker in einem Meßinstrument zur Anzeige gebrachtaverden. Dreht man nun das
Rohr gegenüber den Sonden um eine Längsachse und hält man den Sondenabstand konstant,
so ist auch der zwischen Iden Sonden auftretende Spannungsabfall konstant, sofern
sich zwischen den beiden Sonden kein Längsriß in dem Rohr befindet. Liegt jedoch
zwischen diesen beiden Sonden bei irgendeiner Stellung des Rohres ein Längsriß,
so vergrößert sich der Spannungsabfall zwischen den Sonden, so daß man also aus
dem Spannungsabfall auf eine Inhomogenität in dem Rohr schließen kann.
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Die Erfindung bezweckt daher, verbesserte Mittel zur Bestimmung der
magnetischen Eigenschaften eines magnetischen Materials zu schaffen und insbesondere
die Fluß dichte, die Verlustleistung, die Permeabilität und die magnetische Feldstärke
in magnetischen Materialien zu messen.
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Außerdem bezweckt die Erfindung, diese Größen an einer gewünschten
Stelle des Materials auf eine Weise zu messen, welche jdas gegebene Material unzerstört
läßt.
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Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine Einrichtung zur Messung der
längs der Oberfläche des Materials induzierten Spannung anzugeben, wobei das Material
von einem zeitlich veränderlichen magnetischen Fluß durchsetzt wird. Dabei soll
die Meßeinrichtung auch die Richtung der Flußlinien im magnetischen Material liefern.
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Ferner soll Idie erfindungsgemäße Einrichtung auch eine Darstellung
der Flußverteilung in dem magnetischen Material zu gewinnen gestatten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften
von magnetischem Material ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der zeitlichen
Änderung des Flusses durch einen gegebenen Querschnitt des Probestücks und somit
zur Messung Flußdichte im Probestück dieses Probestück mittels eines zeitlich veränderlichen
magnetischen Flusses, vorzugsweise eines sinusförmigen magnetischen Flusses, der
eine Komponente parallel zur Oberfläche des Probestücks besitzt, magnetisiert wird
und daß die Spannung senkrecht zur Richtung der Flußkomponente mittels zweier spitzer,
auf die Oberfläche 1des Materials aufgesetzter Sonden und eines Instrumentes von
hohem innerem Widerstand gemessen wird.
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In der Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
der Erfindung; Fig. 2 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Ausführungsform
,der Erfindung, Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer anderen
Ausführungsform, Fig. 4 ein Schaltbild für die Anordnung nach Fig. 3, Fig 5 eine
perspektivische Darstellung einer Haltevorrichtung für die Ausführungsform nach
Fig. 3, Fig. 6 eine vereinfachte perspektivischte Darstellung unter schematischer
Andeutung der Schaltung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, Fig. 7
eine Schaltung für die Ausführungsform nach Fig. 3 und 5 zur Herstellung einer Hysteresis-Schleife
des magnetischen Materials und Fig. 8 eine schematische Darstellung der Schaltung
für die Ausführungsformen nach Fig. 3 und 5 zur Messung der Permeabilität des magnetischen
Materials.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntn,is, daß, wenn ein magnetisches
Material mit einem zeitlich veränderlichen Fluß erregt wird, die Spannung zwischen
zwei Punkten auf der Oberfläche, die parallel zu wenigstens einer Komponente oder
zum ganzen zeitlich veränderlichen Fluß verläuft, der zeitlichen Änderung des Flusses
durch einen Querschnitt des Materials entspricht, Ider senkrecht zu dieser Flußkomponente
verläuft. Wenn also die beiden Punkte so gewählt werden, daß eine sie verbindende
Linie senkrecht zur Richtung der Flußkomponente verläuft, so liefert die induzierte
Spannung ein Maß für die maximale Änderung des Flusses durch einen Querschnitt des
Materials, dessen eine Seite durch die Verbindungslinie der beiden erwähnten Punkte
definiert ist. Wenn der Abstand der beiden Punkte und die Dicke des Querschnitts
des Materials bestimmt sind, kann aus der induzierten Spannung die Flußdichte an
der gewählten Stelle des Materials berechnet werden.
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Wie im folgenden noch erläutert, ermöglicht diese Erkenntnis die Messung
von magnetischen Eigen-
schaften in bequemer, wirtschaftlicher und
vielseitiger Weise.
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An Hand der Fig. I soll das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip
näher erläutert werden. In Fig. I ist ein magnetisches Material 1, beispielsweise
ein Stahlblech, dargestellt, welches von einem zeitlich veränderlichen magnetischen
Fluß durchsetzt wird, der mindestens mit einer Komponente parallel zur Oberfläche
2 und senkrecht zum Querschnitt a b c d verläuft, wie durch den Pfeil 3 angedeutet
ist. Wenn man den einen Querschnitt A einnehmenden magnetischen Fluß 40, als sinusförmåg
veränderlich bei einem Spitzenwert Bo der magnetischen Flußdichte B annimmt, so
gilt für den Scheitelwert UO der von diesem Fluß in der einmal geschlossenen Umrandungslinie
a b cd des Querschnitts A induzierten, gleichfalls sinusförmig veränderlichen Spannung
U U, = I08 2' 7l t 4 Bo (I) Wenn nun der Fluß 0 durch ab cd annähernd gleichförmig
ist und der Abstand c b verhältnismäßig klein zum Abstand ab ist, so ist die Spannung
U, zwischen den Punkten a und b (oder zwischen den Punkten c und d) etwa t/2 U und
der Spitzenwert U2 der Spannung zwischen den Punkten a und b annähernd t/2 Uo. Somit
ist die Spannung Ul proportional zu U und die Spannung U2 proportional zu UO. Wie
später noch auseinanderzusetzen, wird die Spannung zwischen den Punkten a und b
mittels zweier voneinander entfernter angespitzter Stifte gemessen, die an ein Voltmeter
angeschlossen sind. Somit läßt sich gemäß der Erfindung der Fluß und die Fluß<dichte
in einem bestimmten Querschnitt eines Materials ohne jede Beschädigung desselben
messen: Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein Stück 4 eines magnetischen Materials,
z. B. eines Stahlblechs, in die Öffnungen 5 und 6 eines U-förmigen lamellierten
magnetischen Jochs 7 eingesetzt.
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Das Joch 7 kann mittels einer Wicklung 8 auf einer beliebigen Stelle
desselben durch eine Wechselstromquelle g erregt werden. Man erkennt, daß der Teil
des Stahlbleches 4 zwischen den Öffnungen 5 und 6, d. h. zwischen den Schenkeln
10 und I I, den magnetischen Kreis des Jochs 7 schließt und daher der Länge nach
von einem zeitlich veränderlichen Fluß durchsetzt wird. Wie oben erläutert, erzeugt
dieser Fluß eine Spannung an der Oberfläche des Stahlbleches, welche ihrer Größe
nach der Flußänderung entspricht und senkrecht zur Richtung des Flusses verläuft.
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In Ausführung des Erfindungsgedankens werden zwei voneinander entfernte,
leitende, angespitzte Stifte 13 und 14 auf die Oberfläche 12 (oder auf die dazu
gegenüberliegende Oberfläche) des Materials 4 aufgesetzt und an einen Spannungsmesser
15 angeschlossen, um die längs der Oberfläche durch den veränderlichen magnetischen
Fluß induzierte Spannung zu messen. Wenn die Stifte 13 und I4 auf der Oberfläche
12 bei festem Abstand umeinander gedreilt werden, kann ein Maximum an Spannung abgelesen
werden, wenn die Verbindungslinie der beiden Stifte senkrecht zu der Flußrichtung
im Material 4 liegt. Umgekehrt ergibt sich ein Spannungsmi,tlimum bzw. die Spannung
Null, wenn 1die Verbindungslinie der Stifte in der Richtung der Fluß linien liegt.
Die Richtung der Flußlinien läßt sich also ebenfalls leicht bestimmen.
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Durch Drehung der Stifte 14 bis zum Ausschlag Null des Voltmeters
15 und durch schrittweise Verschiebung der beiden Stifte kann man also unter Beobachtung
einer Folge von Nullausschlägen die Richtung einer Fluß nie zeichnen. Ferner kann
man Idurch Festhalten des einen Stiftes und durch Verschiebung des anderen Stiftes
in der Längsrichtung des Stahlbleches 4 die Ablesung auf Idem Voltmeter 15 konstant
halten. Durch Wiederholung dieses Prozesses für verschiedene Ablesungen mit Einschluß
von Null läßt sich die Flußverteilung für das Stahlblech 4 gewinnen.
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Das Voltmeter 15 soll einen hohen Eingangswiderstand haben, da die
Spannung zwischen den Stiften 13 und 14 keinen hohen Strom an einen niedrigen Widerstand
liefern kann. Verschiedene Röhrenvoltmleter mit hohem Eingangswiderstand, die heute
im Handel sind, eignen sich für Iden genannten Zweck. In der Ausführungsform nach
Fig. 2 ist das Voltmeter 15 vorzugsweise ein Spannungsmesser, der den quadratischen
Mittelwert der induzierten Spannung angibt. Als Beispiel für 1die notwendige Empfindlichkeit
des Spannungsmessers I5 läßt sich aus Gleichung (I) der Spitzenwert der induzierten
Spannung zwischen den Stiften 13 und 14 zu annähernd 2,6 Millivolt bei 60 Hz oder
2,2 Millivolt bei 50 Hz berechnen, wenn die Flußdichte im Stahlblech 4 I6 000 Linien
je cm2 beträgt, die Dicke des Stahlbleches 0,35 mm und der Abstand zwischen ,den
Stiften 13 und 14 senkrecht zur Flußrichtung 25 mm. Das Voltmeter 15 läßt sich in
Einheiten des Gesamtflusses oder der Fluß dichte bei gegebenem konstantem Abstand
zwischen den Stiften I3 und 14 und b;ei gegebener konstanter Dicke des Bleches 4
eichen. Wahlweise können auch die Werte des Gesamtflusses und der Flußdichte aus
der Gleichung (I) nach Einsetzen der bekannten Größen Ider Frequenz, <der induzierten
Spannung, des Abstandes der Stifte und der Dicke des Bleches berechnet wenden. Die
induzierte Spannung nahezu gleich der Hälfte der Umfangs spannung des betrachteten
Querschnitts zu setzen, setzt voraus, daß die Dicke ;des Bleches klein im Vergleich
zu dem Abstand der Stifte ist.
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Wird dieselbe Spannungsmessung jedoch an einem Blech vorgenommen,
dessen Dicke nicht im Vergleich zum Abstand der Spitze verschwindet, so ist in die
Beziehung (1) zwischen Maximalinduktion B0 und induzierter Spannung U außer dem
Faktor 1/2 ein Verkleinerungsfaktor einzusetzen, der annähernd gleich dem Streckenverhältnis
ab : (ab + b c) zu setzen ist.
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Nach .dem Vorstehenden ist es also für die Er findung wichtig, daß
die Stifte 13 und 14 mit der Oberfläche des Materials guten Kontakt machen.
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Wenn dieser Kontakt nicht hergestellt wird, zeigt das Voltmeter 15
nicht an. Da magnetische Ma-
terialien im allgemeinen mit einer
Schicht von schlecht leitfähigen Oxylden oder einer isolierenden Lackschicht usw.
überzogen sind, sollen vorzugsweise die Stifte, wie in Fig. 2 dargestellt, angespitzt
werden, damit sie bis zur leitfähigen Oberfläche des Materials durchdringen. Wenn
natürlich die Materialoberfläche gut gereinigt ist, brauchen die Stifte nicht so
spitz zu sein, jedoch ist die Verwendung zu stumpfer Stifte zu vermeiden, weil darunter
die Genauigkeit der Querschnittsbestimmung leidet.
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Es ist bekannt, daß die Fläche der Hysteresis-Schleife ein Maß für
den Leistungsverlust des vom zeitlich veränderlichen Fluß durchsetzten Materials
liefert. Ebenso ist es bekannt, daß die Spannung längs der Oberflache des magnetischen
Materials proportional der zeitlichen Änderung der Flußdichte B ist. In Ausführung
des Erfindungsgedankens wird diese Spannung gewonnen und mit einer Spannung, welche
proportional der zeitlichen Anderung der magnetischen Feldstärke innerhalb des Materials
ist, kombiniert, um zu einer Einrichtung zu gelangen, welche die Verlustleistung
in einem bestimmten Teil des magnetischen Materials zu messen gestattet. In der
Ausführungsform nach Fig. 3 und der zugehörigen Schaltung nach Fig. 4 ist eine solche
Meßeinrichtung dargestellt, welche aus zwei leitenden Stiften 16 und I7 und einer
magnetischen Jochanordnung I8 besteht, <die sich zum Aufsetzen auf ein Blech
Ig des magnetischen Materials eignet. Die Stifte I6 und I7 sind vorzugsweise mit
Spitzen 20 und 21 versehen. Die magnetische Jochanordnung besitzt zwei lamellierte
Schenkel 23 und 24 und einen Eisenkern 25, in dem sich der eine Luftspalt 26 befindet.
Um den Kern 25 herum und um den Lauf' spalt ist eine Wicklung 27 vorgesehen, innerhalb
deren eine Spannung proportional dem den Luftspalt 26 durchsetzenden Fluß erzeugt
wird. Wenn das Blech 19 von einem zeitlich veränderlichen Fluß durchsetzt wind,
von welchem mindestens eine Komponente in der Richtung des Pfeiles 28 liegt, werden
die Spitzen der Stifte 16 und 17 mit einer Verbindungslinie, die senkrecht zu dieser
Flußkomponente liegt, aufgesetzt, so daß eine Spannung entsprechend der zeitlichen
Änderung dieser Flußkomponente zwischen den Klemmen 29 und 30 auftritt. Die Jochanordnung
18 wird mit ihren Schenkeln 23, 24 auf das Blech 19 derart aufgesetzt, daß die Verbindungslinie
der Schenkelenden senkrecht zur Verbindungslinie der Spitzen der Stifte I6 und 17
verläuft. Die zeitlich veränderliche Spannung an den Klemmen 3I, 32 der Wicklung
27 ist dann proportional zur zeitlichen Änderung der magnetischen Fetltdstärke-im
Blech 19.
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Die lamellierten Schenkel 23 und 24 ebenso wie das Joch 25 sollen
geringe Verluste und hohe Permeabilität haben, so daß die magnetomotorische Kraft
arn Luftspait 26 annähernd gleich der magnetomotorischen Kraft zwischen den Enden
der Schenkel 23 und 24 ist. Wenn die magnetomotorische Kraft am Luftspalt 26 gleich
derjenigen zwischen den auf dem Blech aufliegenden Schenkel enden ist, so ist die
Spannung in der Wicklung 27 proportional der zeitlichen Änderung der magnetischen
Feldstärke im Blech 19 zwischen den Schenkeln 23 und 24. Dementsprechend kann an
den Stiften I6 und I7 und an den Klemmen 3I und 32 je eine Spannung abgenommen werden,
welche der zeitlichen Änderung der Flußdichte und der zeitlichen Änderung der magnetischen
Feldstärke in dem Blech 19 entspricht, wobei der räumliche Meßbereich im Blech 19
durch die Stellung der Stifte t6, I7 und der Schenkel 23, 24 gegeben ist.
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Wie in der Schaltung nach Fig. 4 dargestellt, in welcher auch die
Klemmen 29 bis 32 aus Fig. 3. eingetragen sind, wird die Spannung zwischen den Klemmen
29 und 30 der Eingangsseite einer widerstandsgekoppelten Verstärkerstufe 33 zugeleitet,
und zwar über die Leitung 34. Die Stufe 33 enthält einen Gitteraibleitwinderstand
35, der zwischen Erde und Gitter 36 der Hochvakuumröhre 37 liegt.
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Die Anodenspannung wird - über einen Widerstand 38 aus der Spannungsquelle
B + der Anode 39 zugeleitet. Die Vorspannung für die Röhre 37 wird dadurch ein RC-Glied
40, 4I in der Kathodenzuleitung erzeugt. Die Stufe 33 liegt über eine Leitung 44
in Kaskade mit einer weiteren Verstärkerstufe 43, wobei die Leitung 44 einen Blockkondensator
45 enthält, an den der Gitterableit' widerstand 46 der Stufe 43 angeschlossen ist.
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Dieser Gitterableitwiderstand liegt am Gitter 47 einer Hochvakuumröhre
48 mit der Kathode 49 und der Anode 50. Der Anode 50 wird ihre Spannung ebenfalls
von der Stromquelle B + über einen Wilderstand 5I zugeführt. Die Gittervorspannung
für die Röhre wird ebenfalls wieder durch ein Parallel-RC-Glied 52, 53 in der Zuleitung
zur Wat'hode 49 erzeugt. Die Ausgangsspannung der Stufe 43 liegt über eine Leitung
55 und einen Blockkondensator 56 an der Eingangsklemme 57 eines Wattmeters 54. Die
andere Klemme 5S der Wattmeterspule ist geerdet.
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Die Spannung zwischen den Klemmen 31 und 32 wird dem Eingangskreis
einer Verstärkerstufe 59, und zwar über eine Leitung 60, zugeleitet. Die Ausgangsspannung
der Stufe 59 liegt über ein Integrationsglied 61 am Einganggkreis einer weiteren
Verstärkerstufe62. Die Stufe 59 enthält eine Hochvakuumrö'hre 63 mit Ano&e 64,
Gitter 65 und Kathode 66, während die Stufe 62 eine Hochvakuumröhre 67 mit Anode
68, Gitter 69 und Kathode 70 enthält. Diese beiden einzelnen Stufen sind ebenso
ausgebildet wie die Stufen 33 und 43.
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Die Ausgangsspannung der Stufe 42 wird über eine Leitung 7I an eine
Klemme 72 des Wattmeters 54 übertragen, und zwar ü<ber einen Blockkondensator73.
Die andere Klemme 74 dieser Wattmeterspule ist ebenfalls geerdet.
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Man erkennt nunmehr, daß, wenn die Stifte i6 und I7 und die erwähnte
Jochanordnung 18 so angebracht werden, wie oben beschrieben, das Wattmeter 54 eine
Anzeige entsprechend dem Leistungsverlust im Blech 19 liefert, sofern die Spannungen
an den Klemmen 57, 58 sowie 72, 74 proportional
HdB sind. Da jedoch
die Spannung an den Klemmen 29, 30 proportional der zeitlichen Änderung der Fluß
dichte B im Blech 19 ist, während die Spannung an den Klemmen 3I, 32 proportional
der zeitlichen Änderung der magnetischen Feldstärker im Blech 19 ist, könnte eine
reine Verstärkung dieser, Spannungen in identischen Verstärkeistufen nur das Produkt
dBdH liefern und nicht Spannungen proportional HdB. Aus diesem Grund ist das Integrationsglied
6I, bestehend aus dem Widerstand 75 und einem Kondensator 76, zwischen <die Stufen
59 und 62 eingefügt. Der Widerstand 75 und der Kondensator 76 sind ziemlich groß,
so daß die Zeitkonstante des Integrationskreises 6I verhältnismäßig lang wird.
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Die Spannung am Kondensator 76 zwischen dem Punkt 77 und Erde ist
daher direkt proportional der magnetischen Felldstärke im Blech 19. CDa die Spannung
am Kondensator 76 über die Leitung 78 dem Eingang der Stufe 62 zugeleitet wird,
ist die Ausgangs'spannung dieser Stufe der magnetischen Feldstärke im Blech 19'
proportional und das Produkt der am Wattmeter liegenden Spannungen proportional
HdB, so daß dieses Wattmeter den Leistungsverlust im Blech 19 anzeigt.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 .und 4 kann geeicht werden, wenn
man die Stifte I6 und I7 und die erwähnte Jochanordnung I8 auf die Oberfläche eines
dünnen, mit einem <bekannten magnetischen Fluß erregten Bleches aufsetzt. Es
ist zu beachten, daß die Meßgenauigkeit von dem Vorhandensein eines Phasenverschiebungswinkds
Null in den Verstärkerstufen abhängt. Diejenigen Hilfsmittel, die man anwenden muß,
um genau den Phasenwinkel Null in einer zweistufigen Verstärkerstufe zu gewährleisten,
sind bekannt und beispielsweise in dem Lehrbuch »Vacuum Tube Amplifiers« von V a
11 e y und W a 1 m a n, Radiation Laboratory Series, Bd. I8 (I948), beschrieben.
Der Integrationskreis 6I kann auch zwischen die Stufen 33, 43 statt zwischen die
Stufen 59, 62 eingefügt werden. Im letzteren Fall entsprechen die Spannungen, die
dem Wattmeter 54 zugeleitet werden, dem Produkt BdH, welches ebenfalls ein Maß für
denLeistungsverlust im Blech 19 liefert.
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In isotropen Materialien verlaufen die Flußlinien parallel zu den
Feldlinien H, und daher liefert <die beschriebene Lage der Stifte I6 und 17 und
der erwähnten Jochanordnung I8 ein Maß für den Leistungsverlust in einem isotropen
Material.
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Wenn man nur einen Teil des Leistungsverlustes zu messen wünscht,
kann die Lage Ider Stifte 16 und I7 und der Jochanordnung I8 zueinander und zu dem
Material geändert werden. Außerdem sind die Flußlinien und die magnetische Feldstärke
in anisotropen Materialien häufig nicht parallel zueinander, und im letzteren Fall
muß die Winkellage der Jochanordnung I8 gegenüber den Stiften I6, I7 verschoben
werden, um ein Maximum der gemessenen Leistung zu erhalten. Dementsprechend ist
zu beachten, daß die Stifte 16, 17 und die Jochanordnung I8 auch anders als rechtwinklig
zueinander angeordnet werden können. Im allgemeinen wird bei anisotropen Materialien
das Maximum der Leistung am Wattmeter 54 bei einer solchen Anordnung der Stifte
I6, I7 auftreten, bei der die Verbindungslinie der Stifte senkrecht zum betrachteten
Fluß anteil liegt, und bei einer solchen Lage der Jochanordnung I8, daß eine Verbindungslinie
der Schenkel 23,24 parallel zur magnetischen Feldstärke H liegt.
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Der Integrationskreis 61 braucht nicht in der dargestellten Form
ausgeführt zu werden, sondern kann auch die Form anderer bekannter Integrationsschaltungen
annehmen. Beispiele für solche anderen Schaltungen sind in dem Buch »Electronic
Time Measurements« von C h a n c e, H u 1 s i z e r, MacNichol und Williams, Radiation
Laboratory Series, Bld. 20, (I949), oder »Electronic Instruments« von G r e e n
w o o d, H 0 1 da m und M a c R a e, Radiation Laboratory Series, Bd. 21, (I948),
beschrieben. Das Wattmeter 54 muß eine angemessene Empfindlichkeit für die Größe
seiner ihm zugeführten Meßwerte besitzen und kann ein Licihtzeigerwatbmeter in Kombination
mit einem astatischen Lichtzeiger-Dynamometer nach Idem Aufsatz von R i ch a r son
in der »General Electric Review«, Oktober 1945, 5.59, sein.
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In Fig. 5 ist eine Meßeinrichtung 79 mit Stiften I6, I7 und einer
Jochanordnung I8 dargestellt. Die Stifte 16 und I7 Ibesitzen einen festen Abstand
von,einander, da sie in einem Halter 80 aus Isoliermaterial eingefügt sind. Innerhalb
dieses Halters 80 sind die Stifte 16, I7 verschiebbar und stehen unter Idem Druck
Ider Federn ski., 82. Der magnetische Kern 22 wird mit seinen Schenkeln mittels
der Schrauben 83, von denen zwei nicht mit dargestellt sind und die in ein Stück
84 aus nicht magnetischem Material, z. B. aus Messing oder Kunststoff, eingeschraubt
sind, derart gehalten, daß die Schenkel einen festen Abstand haben. Die beiden Schrauben
83, welche durch die lamellierten Schenkel des Jochs hindurchlaufen, liegen mit
ihren Köpfen an den Deckplatten 85 an, um die Schenkel im richtigen Abstand voneinander
zu halten. Die Längen der Schenkel 23, 24 sind so gewählt, daß ihre unteren Enden
weniger weit vom Halter I8 entfernt sind als die Ebene, in der die Spitzen der Stifte
16, I7 liegen. Wenn daher die Meßeinrichtung 79 auf die Oberfläche eines zu untersuchenden
Materials aufgesetzt wird, gleiten die Stifte I6, I7 im Halter 80 gegen den Druck
der Blattfedern 8I, 82, bis die Schenkel 23, 24 -die Materialoberfläche berühren.
Dadurch wird - sichergestellt, (daß die Stifte 16, 17 jede Oxydschicht oder Isölierschicht
auf der Oberfläche des Materials durchdringen und den erforderlichen Kontakt herstellen.
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Der Kern 22 des Jochs i8 kann gewünschtenfalls aus einem geeigneten
nicht magnetischen, Mat,erial, z. B. aus einem Kunststoff, hergestellt wenden und
eine nicht- mit dargestellte Wicklung tragen, in welcher eineSpannung proportional
der zeitlichen Änderung der Feldstärke H induziert wird. In diesem Falle muß sich
die Wicklung über
die ganze- Länge des Joches erstrecken, und ihre
beiden Enden müssen gut an dem zu untersuchenden Material anliegen. Das nicht magnetische
Joch braucht keinen Luftspalt zu besitzen und keine besondere Form aufzuweisen,
solange es einen Träger für die Windung bildet. Wenn natürlich die Wicklung selbsttragen<d
ist, kann das nicht magnetische Joch völlig fortgelassen werden, jedoch müssen die
beiden Wicklungsenden stets gut an dem zu untersuchenden Material anliegen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das magnetische Joch 25 des
durchlaufenden magnetischen Kerns 22 mit einer Wicklung 27 versehen, welche durch
eine zeitlich veränderliche Spannung 86 erregt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung
macht es überflüssig, eine besondere - Erregung für das zu untersuchende Material
19 vorzusehen, da nämlich das magnetische Feld der Wicklung 27 das Blech 19 in lder
gewünschten Weise über das durchlaufende magnetische Joch ,22 durchsetzt. Der Strom
in der Spule 27 ist nunmehr annähernd proportional der magnetischen Feldstärke H
im Blech 19 und nicht mehr proportional der zeitlichen Änderung der magnetischen
Feldstärke wie bei Fig. 3 und 4 Es ist daher nunmehr keine Integration mehr notwendig,
und die Spule 27 kann unmittelbar (oder über Verstärker) zu einem Wattmeter 87 geführt
wenden. Wenn auch das magnetische Joch 22 mit sehr niedrigem magnetischem Widerstand
ausgeführt wird, so besteht längs desselben doch immer noch ein gewisser magnetischer
Spannungsabfall. Dieser Abfall beeinträchtigt die Genauigkeit der Meßeinrichtung
nach Fig. 6, und die Anordnung nach Fig. 6 eignet sich daher besser zum Vergleich
der Leistungsverluste bei konstanter Flußdichte in verschiedenen magnetischen Materialien.
Man kann sie also als eine Vergleichseinrichtung auf die Oberfläche solcher verschiedener
Materialien aufsetzen und den Strom in der Wicklung 27 verstellen, bis ein gewünschter
fester Ausschlag am Voltmeter 88 auftritt. Sodann wird die Einrichtung nach Fig.
6 auf ein anderes Material aufgesetzt und der Strom in der Wicklung 27 variiert,
bis das Voltmeter 88 wieder denselben Ausschlag zeigt. Die beiden Ablesungen des
Wattmeters 87 sind dann ein Maß für den Leistungsverlust in den beiden Materialien.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.3 wurde erläutert, daß die Spannung
zwischen den Stiften I6 und I7 proportional der zeitlichen Änderung der Fluß dichte
B innerhalb des Materials und die Spannung an der Wicklung 27 proportional der zeitlichen
Änderung der magnetischen Feldstärke A innerhalb des Materials ist. Wenn beide Spannungen
integriert werden, -sind die resultierenden Spannungen daher proportional B und
H. Wenn diese integrierten S,pannungen den vertikalen und den horizontalen Ablenkplatten
einer Braunschen Röhre zugeführt werden, wird die Hysteresis-Schleife dieses Materials
dargestellt. In der Ausfülhrungsform nach Fig. 7 ist eine einfache Möglichkeit einer
derartigen Schaltung veranschaulicht.
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Die Spannung zwischen den Stiften I6 und I7 der Ausführungsform nach
Fig. 3 wird den vertikalen Platten 89 und go einer Braunschen Röhre 91 über einen
Vorverstärker 92, einen Integrator 93 und einen Endverstärker 94 zugeführt, von
denen der letztere eine Ausgangsgröße proportional der Flußdichte B liefert. Die
Spannung an der Wicklung 27 der Ausführungsform nach Fig. 3 liegt an den waagerechten
Ablenkplatten 95, 96 der Röhre 91 über einen Vorverstärker 97, einen Integrator
98 und einen Verstärker 99. Der letztere liefert eine Ausgangsspannung proportional
der magnetischen Feldstärke H. Daher wird die Hysteresis-Schleife 99' auf der RöhregI
dargestellt. Man sieht, daß die Verstärlcer und Integratoren dieser Ausführungsform
ebenso beschaffen sein können wie die entsprechenden Bestandteile der Ausführungsform
nach Fig. 3 und 4.
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In der Ausführungsform nach Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie
die Erfindung zur Bestimmung der Permeabilität eines magnetischen Materials benutzt
werden kann. In Fig. 8 werden die Ausgangsspannungen der Verstärker 94 und 99 mittels
der Gleichrichter IOO und IOI gleichgerichtet und einem Quotientenmesser 102 zugeleitet,
welcher den Quotienten der Gleichspannungen anzeigt. Der Quotientenmesser 102 kann
so ausgeführt werden, wie in der »Elektrotechnischen Zeitschrift«, Bd. 64 (1943),
S. 258, beschrieben.
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Wie bei Fig. 7 erläutert, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers
94 proportional der Flußdichte B im Material und daher die Aujsgangsspannung des
Gleichrichters IOO ebenfalls proportional dieser Flußdichte. Die Ausgangsspannung
des Verstärkers 99 ist proportional der magnetischen Feldstärke und daher die Ausgangsspannung
des Gleichrichters IOI ebenfalls dieser Feldstärke proportional. Die Anzeige des
Quotientenmessers 102 liefert also ein Maß für die magnetische Permeabilität.
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Mittels der Ausführungsform nach Fig. 8 können entweder Mittelwerte
oder Spitzenwerte der magnetischen Permeabil ität gewonnen werden.
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Wenn die Schalter IO5 und 106 eingelegt werden, werden die Kondensatoren
103 und IO4 parallel zu den Eingangsklemmen des Quotientenmessers IO2 gelegt, und
der Quotientenmesser zeigt daher Spitzenwerte an. Wenn die Schalter geöffnet werden,
werden Mittelwerte angezeigt.