DE1466721B2 - Ferrometer for oscillographic measurement of magnetic characteristics of hard magnetic material samples - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum oszillographischen Messen von magnetischen Kennwerten durch Erzeugung eines oszillographischen Bildes der dynamischen Hystereseschleife ferromagnetischer magnetisch harter Werkstoffe. Man kennt solche Vorrichtungen unter den Namen Ferrographe, Ferrotester, Hysteresoskope.The invention relates to devices for the oscillographic measurement of magnetic characteristic values by generating an oscillographic image of the dynamic hysteresis loop more ferromagnetic magnetically hard materials. Such devices are known under the names Ferrographe, Ferrotester, Hysteresoscopes.

Geräte dieser Art finden besonders dann Anwendung, wenn die Messungen sehr schnell, sogar unter Inkaufnahme eines gewissen Verlustes an Genauigkeit, durchgeführt werden müssen, wie es z. B. bei der Qualitätskontrolle von Massenerzeugnissen aus magnetischen Werkstoffen erforderlich ist.Devices of this type are used especially when the measurements are carried out very quickly, even at the expense of a certain loss of accuracy, how it must be performed z. B. required in the quality control of mass-produced magnetic materials is.

Die Meßfehler dieser Geräte setzen sich aus mehreren Einzelfehlern zusammen, und zwar aus einem Magnetisierungsfehler, der infolge der Inhomogenität des Magnetisierungsfeldes entsteht, einem Verstärkeranlagenfehler, den die Amplituden-, Phasen- und Frequenzverzerrungen der Signale verursachen, einem Schirmablesefehler der Oszillographenröhre, der dem Verhältnis des Strahldurchmessers zum Bildschirmdurchmesser direkt proportional ansteigt, und aus einem mathematischen Verarbeitungsfehler der Meßergebnisse, da die bekannten Geräte keine unmittelbare Ablesung der Magnetisierung und der Induktion ermöglichen.The measuring errors of these devices consist of several Individual errors together, namely from a magnetization error due to the inhomogeneity of the magnetization field arises, an amplifier system error that the amplitude, phase and Cause frequency distortion of the signals, a screen reading error of the oscilloscope tube, which corresponds to the The ratio of the beam diameter to the screen diameter increases in direct proportion, and off a mathematical processing error of the measurement results, since the known devices do not have an immediate Enable reading of magnetization and induction.

Die bisherigen Lösungen bezweckten eine Erhöhung der Meßgeschwindigkeit sowie der Meßgenauigkeit. Die Versuche, dieses Problem zu lösen, wurden in vier Hauptrichtungen vorgenommen:The previous solutions aimed to increase the measuring speed and the measuring accuracy. Attempts to solve this problem have been made in four main directions:

a) Entwicklung einer Magnetisierungsvorrichtung, welche eine ausreichende Homogenität eines starken Magnetisierungsfeldes gewährleistet;a) Development of a magnetization device, which has a sufficient homogeneity of a strong magnetization field guaranteed;

b) Vervollkommnung der Verstärkungsmittel zwecks einer Verminderung der durch sie entstehenden Verzerrungen;b) Improvement of the reinforcing agents in order to reduce the ones created by them Distortions;

c) Vergrößerungen des Bildschirmdurchmessers der Oszillographenröhre zwecks einer Verminderung der Ablesefehler;c) enlargements of the screen diameter of the oscilloscope tube for the purpose of reduction the reading error;

d) Hystereseschleifenvergleichsmessungen der zu messenden und der Bezugsproben mit Hilfe von Zweistrahloszillographen, elektronischen oder elektromechanischen Schaltern.d) Hysteresis loop comparison measurements of the samples to be measured and the reference samples with the aid of Two-beam oscillographs, electronic or electromechanical switches.

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Versuche, die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen, hatten nicht den vollen Erfolg, da sie zu einer Vergrößerung von Magnetisierungsvorrichtungen in der Art von umfangreichen Zylindersolenoiden großer relativer Länge führten, die eine ausreichende Homo- genität des Feldes nur in ihrem Mittelteil gewährleisteten, was einige Messungen erschwerte bzw. unmöglich machte. Attempts to eliminate the disadvantages indicated were not entirely successful, since they led to an enlargement of magnetization devices in the manner of extensive cylindrical solenoids of great relative length , which ensured sufficient homogeneity of the field only in their central part, which made some measurements difficult or made impossible.

Die Vergrößerung des Bildschirmdurchmessers der Oszillographenröhre erfordert entweder eine starke Vergrößerung ihrer Länge oder ein wesentlich komplizierteres System zur Korrektur der Verzerrungen, die durch die sphärische Bildschirmfläche entstehen. Increasing the screen diameter of the oscilloscope tube requires either a large increase in its length or a much more complicated system for correcting the distortions caused by the spherical screen surface.

Die Anwendung von Hystereseschleifenvergleichsmessungen ergibt eine wesentliche Beschleunigung der Qualitätskontrolle der Proben, die Wirksamkeit des Verfahrens wird jedoch dann stark herabgesetzt, wenn neben der Qualitätskontrolle auch eine Messung der absoluten Größen der Parameter der zu prüfenden Probe durchzuführen ist.The use of hysteresis loop comparison measurements results in a substantial acceleration the quality control of the samples, but the effectiveness of the method is then greatly reduced, if, in addition to quality control, there is also a measurement of the absolute sizes of the parameters of the parameters to be tested Sample is to be carried out.

Entsprechend dem oben Gesagten bezweckt die vorliegende Erfindung eine Erweiterung des Anwen dungsgebiets des Gerätes durch die Beseitigung von Fehlern, die durch Magnetisierungsfeldinhomogenität entstehen, sowie eine Verminderung seiner Abmessungen und seines Gewichts. According to the above, the present invention aims at an extension of the appli cation area of the device by eliminating errors caused by Magnetisierungsfeldinhomogenität, and a reduction of its dimensions and its weight.

Ferner bezweckt die Erfindung, eine unmittelbare Ablesung der Induktion und der Magnetisierung in der Probe und damit auch eine Erhöhung der Meßgeschwindigkeit sowie die Beseitigung von Fehlern bei der mathematischen Verarbeitung der Meßergebnisse zu ermöglichen.Another object of the invention is to provide a direct reading of the induction and magnetization in of the sample and thus also an increase in the measuring speed and the elimination of errors in the mathematical processing of the measurement results.

Unter den weiteren Zielen der Erfindung sei noch auf die Entwicklung eines Meßwiderstandes hingewiesen, welcher es ermöglicht, die Größe des Magnetisierungsfeldes sehr genau zu bestimmen.Among the other aims of the invention, reference should be made to the development of a measuring resistor, which makes it possible to determine the size of the magnetization field very precisely.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ferrometer anzugeben, dessen Magnetisierungsvorrichtung ein starkes homogenes Magnetfeld erzeugt und geringe Abmessungen und geringes Gewicht aufweist, dessen Rechenglied die Teilung des Magnetisierungsflusses durch den Querschnitt der Probe vornimmt und die Größe der magnetischen Induktion aus der Magnetisierung der Probe und der Magnetisierungsfeldstärke berechnet und dessen Meßwiderstand in einen Starkstromkreis mit _ Strömen von der Größenordnung einiger Kiloampere eingeschaltet werden kann und der mit Gleichstrom geeicht werden könnte.The present invention is based on the object of specifying a ferrometer, its magnetizing device generates a strong homogeneous magnetic field and small size and small Has weight, the arithmetic element of which is the division of the magnetization flux by the cross section of the sample and the size of the magnetic induction from the magnetization of the sample and the Magnetization field strength calculated and its measuring resistor in a power circuit with _ currents of the order of a few kiloamps can be switched on and that with direct current could be calibrated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das die Feldwicklung bildende Solenoid die Form eines Rotationsellipsoides und hohe elektrische. Leitfähigkeit hat sowie in ihrem Stromkreis ein thermostabiler Manganinmeßwiderstand direkt eingeschaltet ist und in dem Sekundär- bzw. Meßkreis ein Signalteiler wie Verstärker und ferner ein Additionsglied vorhanden ist, durch welche die der Magnetfeldstärke und der Magnetisierung entsprechende Signalspannungen im gleichen Maßstab auf dem Schirm des Kathodenstrahloszillographen abgebildet werden. In vorteilhafter Weise ist die Solenoidwicklung einlagig aus einem Metallrohr hergestellt und mit einer Durchflußkühlung versehen. Der Signalteiler kann ein elektronischer Rückkopplungsverstärker sein. Eine weitere Ausgestaltung sieht einen unmittelbar in den Kreis des ellipsoidalen Solenoids eingeschalteten koaxialen Meßwiderstand in der Magnetisierungsvorrichtung vor.This object is achieved according to the invention in that the solenoid forming the field winding is the Shape of an ellipsoid of revolution and high electrical. Has conductivity as well as in their circuit thermostable manganese measuring resistor is switched on directly and in the secondary or measuring circuit a signal divider such as an amplifier and also an adder is present, through which the magnetic field strength and signal voltages corresponding to the magnetization on the same scale on the Screen of the cathode ray oscilloscope. Advantageously, the solenoid winding made in one layer from a metal pipe and provided with a flow-through cooling. The signal divider can be an electronic feedback amplifier. Another embodiment sees one coaxial measuring resistor in the magnetization device connected directly into the circle of the ellipsoidal solenoid before.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below explained. It shows

F i g. 1 das Funktionsschaltbild des Ferrometers, F i g. 2 die Magnetisierungsvorrichtung,F i g. 1, the functional block diagram of the meter Ferro, F i g. 2 the magnetizing device,

F i g. 3 das zugehörige Schaltbild zu Fig. 2,F i g. 3 the associated circuit diagram for FIG. 2,

F i g. 4 die Verteilung des Feldes im ellipsoidalen Solenoid der Magnetisierungsvorrichtung,F i g. 4 the distribution of the field in the ellipsoidal solenoid of the magnetization device,

F i g. 5 und 6 den Aufbau des Meßwiderstandes, F i g. 5 and 6 the structure of the measuring resistor,

F i g. 7 photographische Aufnahmen von Oszillogrammen bei unterschiedlichen Kompensationsgraden des Feldes und der Phase. F i g. 7 photographic recordings of oscillograms with different degrees of compensation of the field and the phase.

Das ellipsoidal Solenoid 1 (Fig. 1) ist in den Sekundärstromkreis eines Stromwandlers 2 eingeschaltet, welcher mit einer Windung in Form einer U-Schiene versehen ist.The ellipsoidal solenoid 1 (Fig. 1) is in the Secondary circuit of a current transformer 2 switched on, which with one turn in the form of a U-rail is provided.

Die Primärwicklung des Stromwandlers 2 wird von einer regelbaren Wechselstromquelle mit Spannungskonstanthaltung gespeist.The primary winding of the current transformer 2 is fed by a controllable alternating current source with constant voltage.

In dem mittleren Teil des Innenhohlraumes des Solenoids sind zwei Meßspulen 3 untergebracht, in die die zu messende und die Eichprobe eingeführt werden.In the middle part of the inner cavity of the solenoid two measuring coils 3 are housed, in the to be measured and the calibration sample are introduced.

Mit den Meßspulen, sind Koinpensationsspulen 4 mit Potentiometern für Grob- und Feinabgleich ncgenreihengeschaltet. Die Meßspulen 3 sind am Eingang des elektronischen (oder elektromechanischen) Schalters 5 angeschlossen, welcher die Gewinnung der Hystereseschleifen der zu messenden und der Eichproben gewährleistet.With the measuring coils, there are compensation coils 4 connected in series with potentiometers for coarse and fine adjustment. The measuring coils 3 are at the entrance of the electronic (or electromechanical) switch 5 connected, which the extraction the hysteresis loops of the to be measured and the calibration samples guaranteed.

Das Signal vom elektronischen Schalter 5, welches der Ableitung der Magnetisierung der Probe nach der Zeit proportional ist, tritt am Eingang des Phasenkorrektors 6 ein und gelangt weiter über einen Integrationsverstärker 7, ein Maßstabsglied 8 (Signal-Feiler) entweder auf die Vertikalplatten eines Oszillographen 9 oder auf einen Widerstand R, im Eingangskreis eines Additionsgliedes 10 und vom Ausgang des Additionsgliedes 10 auf die Vertikalplatten des Oszillographen 9. Ein Spitzenspannungsmesser-Eichgerät 11 wird mit Hilfe eines Umschalters 12 entweder am Ausgang des Maßstabsgliedes 8 oder am Ausgang des Additionsgliedes 10 angeschlossen.The signal from the electronic switch 5, which is proportional to the derivative of the magnetization of the sample with respect to time, occurs at the input of the phase corrector 6 and passes via an integration amplifier 7, a scale element 8 (signal Feiler) either to the vertical plates of an oscilloscope 9 or to a resistor R, in the input circuit of an addition element 10 and from the output of the addition element 10 to the vertical plates of the oscilloscope 9. A peak voltmeter calibrator 11 is connected with the help of a switch 12 either to the output of the scale element 8 or to the output of the addition element 10.

Im Stromkreis des eilipsoidalen Solenoids I ist ein thermostabiler koaxialer Meßwiderstand 13 in Reihe geschaltet, der eine Manganinscheibe darstellt, welche in die Rohrelektrode eingelötet ist. Die Strom- und die Potentialelekiroden des Widerstandes 13 werden wie in F i g. 1 eingeschaltet. Das von den Potentialelektroden des Widerstandes 13 abgenommene Signal tritt in den Phasenkorrektor 14 ein und gelangt dann über einen linearen Verstärker 15 und ein Maßstabsglied 16 (Signalteiler) auf die Horizontalplatten des Oszillographen 9.In the circuit of the ellipsoidal solenoid I is a thermostable coaxial measuring resistor 13 connected in series, which represents a manganine disk, which is soldered into the tubular electrode. The current and potential electrodes of the resistor 13 are as in FIG. 1 switched on. That of the potential electrodes of the resistor 13 The picked up signal enters the phase corrector 14 and then passes through a linear amplifier 15 and a scale element 16 (signal divider) on the horizontal plates of the oscilloscope 9.

Mit Hilfe des Umschalters 12 wird das Ausgangssignal des Maßstabsgliedes 16 an den Widerstand R₁₁ im Eingangskreis des Additionsgliedes 10 gegeben.With the help of the switch 12, the output signal of the scale member 16 is given to the resistor R ₁₁ in the input circuit of the adder 10.

Am Ausgang des Gliedes 16 liegt ein Spitzenspannungsmesser-Eichgerät 17.At the output of member 16 is a peak voltmeter calibrator 17th

Wirkungsweise des GerätesHow the device works

Die elektromotorische Kraft (EMK), die in der Meßspule induziert wird, in welche die Probe eingelegt wurde, wird nach der Formel berechnetThe electromotive force (EMF) induced in the measuring coil into which the sample is inserted is calculated according to the formula

E_m = -E _m = -

(S„s - S_n)(S "s - S _n )

keil wird durch Gegenreihenschaltung der Kompensationsspule beseitigt, bei derwedge is eliminated by connecting the compensation coil in series, in which

IOIO

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5° — "5 ° - "

³KS ³ KS

oderor

undand

'JCS'JCS

ist, wobei W_KS. S_KS = Windungszahl und Querschnitt der Kompensationsspule sind.is, where W _KS . S _KS = number of turns and cross section of the compensation coil.

Die elektromotorische Kraft der Meß- und Kompensationsspulen, die gegeneinander in Reihe geschaltet sind, errechnet sich nach der FormelThe electromotive force of the measuring and compensation coils, which are connected in series against each other is calculated using the formula

E= -E = -

^- +[S₁₄₅-S₀)^ - + [S ₁₄₅ -S ₀ )

dH dtdH dt

^U5d7 ^U5 d7

= WKS₀-^-(B-H) = -WKS_o~4nJ. = WKS ₀ - ^ - (BH) = -WKS _o ~ 4nJ.

Am Ausgang des Integrationsverstärkers errechnet sich die Signalgröße nach der FormelThe signal size at the output of the integration amplifier is calculated according to the formula

Uj =Uj =

4.T J, 4.T J,

3°3 °

35 wobei 35 where

Uj = Ausgangssignal des Meßkreises (zu J), K = Konstanter Koeffizient, der durch den Parameter des Meßkreises (zu J) bestimmt wird, S = Querschnitt der Probe Uj = output signal of the measuring circuit (to J), K = constant coefficient, which is determined by the parameter of the measuring circuit (to J), S = cross section of the sample

ist.is.

Ähnlich erhalten wir am Ausgang des linearen Verstärkers 15Similarly, we get 15 at the output of the linear amplifier

U_n = K_n ■ H, U _n = K _n ■ H,

(4)(4)

40 worin 40 in which

worin
W = Windungszahl der Meßspule 3,wherein
W = number of turns of the measuring coil 3,

iC = Koeffizient, der durch das Einheitensystem bestimmt wird,iC = coefficient given by the system of units is determined

S₀ = Querschnitt der Probe,
S.vs = Querschnitt der Meßspule 3,
B = Probeinduktion,
H = Magnetisierungsfeld und ferner
J = Magnetisierung der ProbeS ₀ = cross section of the sample,
S.vs = cross section of the measuring coil 3,
B = trial induction,
H = magnetization field and further
J = magnetization of the sample

bedeutet. Ferner gilt J = ^-; B = H + 4rr J.means. Furthermore, J = ^ - ; B = H + 4rr J.

Bei der Messung von magnetisch harten Stoffen, deren Permeabilität nicht groß ist, darf das zweite Glied in den Kammern der Gleichung (I) nicht vernachlässigt werden. Sein Einfluß auf die Meßgenauig- K₁₁ = ein konstanter Koeffizient ist. der durch dieWhen measuring magnetically hard materials, the permeability of which is not great, the second term in the chambers of equation (I) must not be neglected. Its influence on the measurement accuracy - K ₁₁ = is a constant coefficient. the through the

Kreisparameter bestimmt wird, H = Magnetisierungsfeld.Circle parameter is determined, H = magnetization field.

Offensichtlich kann die Probenmagnetisierung, ausgedrückt in einem gewissen Maßstab, erhalten werden, wenn man das Ausgangssignal des Integrationsverstärkers 7 durch den Probenquerschnitt dividiert:Obviously, the sample magnetization, expressed on a certain scale, can be obtained, if one divides the output signal of the integration amplifier 7 by the sample cross section:

El s ' El s '

j =j =

Diese Operation wird in dem vorliegenden Gerät durch das Glied 8 ausgeführt, welches einen Verstärker mit einem großen Verstärkungsfaktor darstellt, der von der negativen Rückkopplung erfaßt ist. Bekanntlich errechnet sich der Ubertragungsfaktor solcher Verstärker nach der Formel:This operation is carried out in the present apparatus by the member 8, which is an amplifier with a large gain that is captured by the negative feedback is. As is known, the transfer factor is calculated such amplifier according to the formula:

Κ_ϋ = Κ _ϋ =

= Rückkopplungswiderstand, = Feedback resistance,

R = Reihenwiderstand in der Eingangsleitung des Verstärkers R = series resistance in the input line of the amplifier

ist.is.

Als Widerstand R im Eingangskreis wurde ein Dekadenwiderstand 18 zugeschaltet, infolgedessen kann die Teilungsoperation desAusgangssignals durch den Querschnitt der zu messenden Probe für beliebige Probenquerschnitte ausgeführt werden. Dazu ist erforderlich, daßA decade resistor 18 was connected as resistor R in the input circuit, as a result of which the operation of dividing the output signal by the cross-section of the sample to be measured can be carried out for any sample cross-section. For this it is necessary that

K₀ =K ₀ =

_1111th
RR.

1010

S₀ = Querschnitt der Probe. K(i = UbcrtragungskoeffizientS ₀ = cross section of the sample. K (i = transfer coefficient

Nach der Größe der Probenmagnetisierung kann die Probeninduktion durch die GleichungAccording to the size of the sample magnetization, the sample induction can be given by the equation

B = // + 4 π J B = // + 4 π J

gefunden werden.being found.

Indem wir in diese Formel die in Formeln (3) und (4) erhaltenen Größen fürs Magnetisierungsfeld und Magnetisierung einführen, erhalten wirBy inserting the values for the magnetization field obtained in formulas (3) and (4) into this formula and introduce magnetization, we get

2020th

2S2S

(5)(5)

Diese Operation wird mit Hilfe des Additionsgliedes 10 ausgeführt, an dessen Widerstände im Eingangskreis Rj und R₁₁ die Signale des Gliedes 8 (Signaltciler) des Magnetisierungskreises J und des Gliedes 14 des Sekundärkreises (mit !-"eidstärke //) zugeführt werden.This operation is carried out with the aid of the adder 10, to whose resistors in the input circuit Rj and R ₁₁ the signals of the element 8 (signal divider) of the magnetization circuit J and of the element 14 of the secondary circuit (with! - "oath strength //) are fed.

Bekanntlich wird der Ausgangswiderstand des Additionsgliedcs dieser Art üblicherweise nach der FormelAs is known, the output resistance of the adder of this type is usually after formula

errechnet, worincalculates where

-15-15

R₁I = Rückkopplimgswiderstand. R ₁ I = feedback resistance.

i^r/.in'" ⁼ das ^zu addierende Signal. R„· = Reiheneingangswiderstandi ^r /.in '" ⁼ the ^{signal to be} added. R" · = series input resistance

ist.is.

In dem hier zu betrachtenden Fall wird der Ausgangswiderstand des Additionsgliedes nach der FormelIn the case to be considered here, the output resistance of the addition element is determined by the formula

SSSS

berechnet, wobeicalculated, where

11 ' — ' " 11 '- '"

ist. ⁽'is. ⁽ '

Bei Rn = K.. und Rj — Kj ■ R₁: errechnet sich dann der Ausgangswiderstand des Additionsgliedes wie foliit:With Rn = K .. and Rj - Kj ■ R ₁ : the output resistance of the addition element is then calculated as follows:

u _ J u _ J

EjlEjl s₀ s ₀

vergleicht man die Ausdrücke (5) und (6), so stellt man fest, daßif one compares the expressions (5) and (6), one puts found that

\V_A„\ =\B\\ V _A "\ = \ B \

ist. ,is. ,

Das Spitzenspannungsmesser-Eichgeräl· 11 kann somit, direkt in Einheiten der Magnetisierung und der Induktion geeicht werden.The peak voltmeter calibrator 11 can thus, can be directly calibrated in units of magnetization and induction.

Die Schaltung des Meßwiderstandes in den Stromkreis der Primärwicklung des Stromwandlers 2 ist unerwünscht, denn, um eine ausreichende Mcßgenauigkeit des Stroms im Sekundärkreis zu erreichen. darf der Arbeitspunkt des Stromwandler'2 nicht ' über den linearen Teil der Magnetisierungsgrundkurve hinausgehen. Dies würde sonst zu einer wesentlichen Erhöhung des Gewichtes und der Abmessungen der Magnetisierungsvorrichtung führen.The circuit of the measuring resistor in the circuit of the primary winding of the current transformer 2 is undesirable, because to a sufficient measuring accuracy of the current in the secondary circuit. the working point of the current transformer'2 must not 'go beyond the linear part of the basic magnetization curve. Otherwise this would become an essential one Lead increase in the weight and dimensions of the magnetization device.

Eine unmittelbare Einschaltung des Widerstandes in den Stromkreis des ellipsoidalen Solenoids wird durch die dort vorhandenen starken Ströme (Kiloampere) erschwert. Außerdem sind die üblichen Meßwiderstände für diesen Stromkreis ungeeignet. da eine inhomogene Stromfeldverteilung im Widersland zu Fehlern führt, die durch die Lage der Anschlußpunkte der Strom- und der Potentialelektroden bestimmt werden. Diese Schwierigkeiten wurden durch Anwendung eines reaktionsfreien koaxialen Meßwiderstandes beseitigt. Der Widerstand ist aus Manganin ausgeführt und ist daher thermostabil.Immediate connection of the resistor into the circuit of the ellipsoidal solenoid will occur made difficult by the strong currents (kiloamps) present there. Also, are the usual Measuring resistors unsuitable for this circuit. there is an inhomogeneous current field distribution in contradiction leads to errors caused by the position of the connection points of the current and potential electrodes to be determined. These difficulties were addressed by applying a non-reactive eliminates coaxial measuring resistor. The resistor is made of manganin and is therefore thermostable.

Die Eichung eines solchen Widerstandes wird sehr genau mit Gleichstrom durchgeführt und behält im Schallfrequenzbcreich ihre Gültigkeit. Die Lage der Anschlußpunkte der Strom- und der Potentialelektroden übt auf die Widerstandsgröße keinen Einfluß aus.The calibration of such a resistor is carried out very precisely with direct current and is maintained their validity in the sound frequency range. The position of the connection points of the current and potential electrodes has no influence on the resistance value.

Im Gehäuse 19 (Fig. 2) sind der Stromwandler2. der Meßwiderstand 13. die Kompensationsspulen 4 und die Meßspulen 3. die auf den Büchsen 20 liegen, in welche die zu prüfende und die Eichprobe eingeführt werden, untergebracht. Die Büchsen 20 liegen im Innenhohlraum des ellipsoidalen Solenoids I und sind nach seiner Achse orientiert. Um große Stromdichten zu erhalten, ist der Solenoid aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit ausgeführt und wird mit Hilfe eines einem Stutzen 21 zugeleiteten Mittels gekühlt.In the housing 19 (Fig. 2) are the current transformers2. the measuring resistor 13. the compensation coils 4 and the measuring coils 3. which are on the sleeves 20, into which the test sample and the calibration sample are introduced. The cans 20 are in the inner cavity of the ellipsoidal solenoid I and are oriented along its axis. To high current densities To obtain, the solenoid is made of a material with high conductivity and is cooled with the aid of a medium fed to a connection piece 21.

Als Kühlmittel können Wasser. Mineralöle und flüssige Gase verwendet werden.Water can be used as a coolant. Mineral oils and liquid gases are used.

Die Ausführung des Solenoids 1 in Form eines Rotationsellipsoids gewährleistet die Homogenität eines bedeutenden Teiles des in seinem Innenhohlraum erzeugten Magnetfeldes.The execution of the solenoid 1 in the form of an ellipsoid of revolution ensures the homogeneity a significant part of the magnetic field generated in its interior cavity.

Durch Kurve 22 in F i g. 4 ist die experimentell gemessene Verteilung des Magnetisierungsfeldes nach der großen Achse des ellipsoidalen Solenoids mit einer Länge der großen Achse von 120 mm und der kleinen Achse von 60 mm dargestellt. In demselben Koordinatensystem zeigen die Kurven 23 und 24 die Verteilung des Feldes in einem zylindrischen Solenoid mit einer Länge und einem Durchmesser, die der großen und der kleinen Achse des ellipsoidalen Solenoids uleicli sind. Die Kurve 23 wurde durchBy curve 22 in FIG. 4 is the experimentally measured distribution of the magnetization field according to the major axis of the ellipsoidal solenoid with a major axis length of 120 mm and the shown minor axis of 60 mm. Curves 23 and 24 show the same coordinate system the distribution of the field in a cylindrical solenoid with a length and a diameter, those of the major and minor axes of the ellipsoidal solenoid are uleicli. The curve 23 was through

Berechnungen ermittelt, während die Kurve 24 experimentell gewonnen wurde.Calculations determined while curve 24 was obtained experimentally.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, beträgt die. Homogenitätszone beim Zylindersolcnoid 8,3% der Länge der großen Achse, während sie bei dem ellipsoidalen Solenoid etwa 67% ausmacht.As can be seen from Fig. 4, the. Homogeneity zone in the case of the cylindrical solcnoid it is 8.3% of the length of the great axis, while in the case of the ellipsoidal it is Solenoid makes up about 67%.

Die zu prüfende und die Eichprobe werden in die Büchsen 20 mit Hilfe eines Trägers mit Klemmen eingeführt.The test sample and the calibration sample are placed in the Bushings 20 inserted with the aid of a bracket with clamps.

Der Stromwandler 2 besitzt zur Verminderung der Streuung einen Toroidkern. Das Schaltbild der Magnetisierungsvorrichtung ist in F i g. 3 dargestellt. The current transformer 2 has a toroidal core to reduce the leakage. The circuit diagram of the The magnetization device is shown in FIG. 3 shown.

Der Aufbau des Meßwiderstandes ist in F i g. 5 dargestellt. Das ellipsoidal Solenoid ist mit dem Meßwiderstand durch eine Schiene 25 verbunden, die mit einer Zwinge 26 in Verbindung steht. In der Zwinge ist eine Mutter 27 befestigt, die von dem Zwingenkörper durch eine keramische Buchse 28 isoliert ist. In die Zwinge 26 und die Mutter 27 ist eine Manganinscheibe 29 eingelötet, die mittels einer mit dem Kontaktkopf 31 verbundenen Buchse 30 befestigt ist. Die Buchse 30 ist vom Körper der Zwinge 26 durch eine keramische Buchse isoliert, welche auch als Zentrierelement dient.The structure of the measuring resistor is shown in FIG. 5 shown. The ellipsoidal solenoid is with that Measuring resistor connected by a rail 25 which is connected to a clamp 26. In the A nut 27 is attached to the ferrule by a ceramic bushing 28 from the ferrule body is isolated. In the ferrule 26 and the nut 27, a manganine disk 29 is soldered, which by means of a with the contact head 31 connected socket 30 is attached. The socket 30 is from the body of the Clamp 26 isolated by a ceramic bushing, which also serves as a centering element.

Als Stromclektroden des Widerstandes dienen die Schiene 25 und die Mutter 27. Als Potentialclektroden dienen die Kontakte A und B. The bar 25 and the nut 27 serve as current electrodes of the resistor. Contacts A and B serve as potential electrodes.

Um den Einfluß der Verteilungsinhomogenität des Stromfeldcs zu beseitigen, besitzt die Zwinge 26 radiale Schlitznuten, die in Schachbrettanordnung liegen, wodurch die Länge der Stromfeldlinien in der Zwinge bei beliebiger Lage der Anschlußpunktc der Elektroden praktisch gleich ist.In order to eliminate the influence of the distribution inhomogeneity of the current field, the clamp has 26 radial slot grooves, which are in a checkerboard arrangement, whereby the length of the flow field lines in the For any position, the connection point of the electrodes is practically the same.

Der Aufbau der Zwinge 26 mit Schnitten durch die Nuten ist in F i g. 6 dargestellt.The structure of the clamp 26 with cuts through the grooves is shown in FIG. 6 shown.

Die Größe des Widerstandes beträgt 10~⁵ Ohm. Die Eichung des Widerstandes wird mit Gleichstrom durchgeführt und behält auch im Bereich bis 1 kHz mit einer Genauigkeit bis 0,001% ihren Wert.The size of the resistor is 10 ~ ⁵ ohms. The calibration of the resistance is carried out with direct current and retains its value with an accuracy of up to 0.001% even in the range up to 1 kHz.

Der Phasenausgleich in den zu J und H gehörigen Kreisen ist zur verzerrungsfreien übertragung der Signale erforderlich, was unter der VoraussetzungThe phase compensation in the circles belonging to J and H is necessary for the distortion-free transmission of the signals, which is provided under the condition

gewährleistet wird, wobei T_pk = die Phasenvergrößerungszeit in den zu J und H gehörigen Kreisen ist. -is guaranteed, where T pk = the phase _{enlargement time} in the circles belonging to J and H. -

Als Phasenentzerrer sind KC-Ketten, die die benötigte Phasenverschiebung im erforderlichen Frequenzbereich gewährleisten, gewählt.As a phase equalizer, KC chains are the ones needed Ensure phase shift in the required frequency range, selected.

Im Schaltbild des Meßblocks sind Verstärker mit Widerstandskopplung mit einer Durchlaßbreite von 20 Hz bis 20 kHz und den Spannungsverstärkungsfaktoren in den Gliedern von 7. 8, 10, 16 bis U)⁵, bei linearem Verstärker 15 K - H)³ (Fig. 1). gewählt.The circuit diagram of the measuring block shows amplifiers with resistance coupling with a pass width of 20 Hz to 20 kHz and the voltage amplification factors in the terms of 7. 8, 10, 16 to U) ⁵ , with a linear amplifier 15 K - H) ³ (Fig. 1) . chosen.

Die Spitzenspannungsmesscr-Eichgeräte sind über Pufferkathodenfolgeglicder geschaltet.The peak voltmeter calibrators are over Buffer cathode follower switched.

Die Rückkopplungswiderstände in den Maßstabgliedern (Signalteiler) und dem Additionsglied sowie der Dekadenwiderstand sind aus thermokonstantcn Präzisionsdrahtwiderständen hergestellt.The feedback resistances in the scale elements (signal divider) and the adder as well the decade resistors are made from thermoconstant precision wire resistors.

Arbeitsmethode mit dem GerätWorking method with the device

Nach Einschaltung des Gerätes wird die Feldkompensation der Meßspule geprüft. Als Maß der Kompensation dient die horizontale Lage der X-Achse auf dem Bildschirm. Die Kompensation wird in Abwesenheit von Probe in der Meßspule geprüft. In Fig. 7a, 7b sind Oszillogramme der Verzerrung bei nicht abgeglichener Meßspule (a) und bei vollem Abgleich (b) dargestellt. Die genaue Kompensation wird durch Potentiometer ausgeführt, deren Kurbel auf der Frontplatte der Magnetisierungsvorrichtung ausgeführt sind.After switching on the device, the field compensation is activated the measuring coil checked. The horizontal position of the X-axis serves as a measure of the compensation on the screen. The compensation is checked in the absence of sample in the measuring coil. In Fig. 7a, 7b are oscillograms of the distortion with an unbalanced measuring coil (a) and shown with full adjustment (b). The exact compensation is carried out by a potentiometer, whose crank are made on the front plate of the magnetizing device.

,o Der Phasenausgleich wird durch Abänderung der Größe R der phasenabgleichcnden RC-Kette ausgeführt. , o The phase compensation is carried out by changing the size R of the phase-adjusting RC chain.

In Fig. 7c, 7d, 7e sind Oszillogramme der Hysteresisschleife dargestellt. In Fig. 7c, 7d ist die Schleife bei Vorhandensein der Phasenzerrungen und in Fig. 7e bei einer vollen Kompensation dargestellt. Die Genauigkeit dieses Phasenkompensationsverfahrens beträgt ± Γ. Die Phasenkompensation wird auf der Grenzhysteresisschleife ausgeführt.In Fig. 7c, 7d, 7e oscillograms are the Hysteresis loop shown. In Fig. 7c, 7d the loop is in the presence of the phase distortions and shown in Fig. 7e with full compensation. The accuracy of this phase compensation method is ± Γ. The phase compensation is carried out on the limit hysteresis loop.

Die Justierung des Eichgerätes im in dem zu J gehörenden Kreis wird mit Hilfe einer Bezugprobe ausgeführt. Die Eichprobe stellt einen 20 μ dicken Perminvarstreifen dar, bei dem der Sättigungsstrom </_S() mit Hilfe einer ballistischen Methode gemessen wird. Die Hystercsisschleifc des Perminvars hat eine rechteckige Form.The calibration of the calibration device in the circle belonging to J is carried out with the aid of a reference sample. The calibration sample represents a 20 μ thick perminvar strip, in which the saturation current </ _{S () is} measured using a ballistic method. The hysteresis loop of the Perminvar is rectangular in shape.

Die Eichgeräte in den zu J und // gehörenden Kreisen werden an den Amplitudenwerten B, J und H justiert.The calibration devices in the circles belonging to J and // are adjusted to the amplitude values B, J and H.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Ferrometer zum oszillographischen' Ausmessen von magnetischen Kennwerten an Proben aus magnetisch hartem Werkstoff, mit einer Magnetisierungsanordnung, deren Stromwandler cine Sekundärwicklung in Form eines Solenoids aufweist, mit Meß- und Kompensationsspulen sowie einem Meßwiderstand und einem linearen Vcrstärker in diesem Sekundärkreis, einem Integrationsverstärker und einem elektronischen Schalter im Meßkreis sowie mit Phasenkompcnsationsketten und Eichgeräten im Meß- und Sekundärkreis, dadurch gekennzeichnet, daß das die Feldwicklung bildende Solenoid (1) die Form eines Rotationscllipsoides und hohe elektrische Leitfähigkeit hat sowie in ihrem Stromkreis ein thermostabiler Manganinmeßwiderstand (13) direkt eingeschaltet ist und in dem Sckundär- bzw. Meßkreis (zu H bzw. J) ein Signalteiler (8.16) wie Verstärker und ferner ein Additionsglied (10) vorhanden ist, durch welche die der Magnetfcldstärke (//) und der Magnetisierung (J) entsprechende Signalspannungen im gleichen Maßstab auf dem Schirm des Kathodenstrahloszillographen abgebildet werden.1.Ferrometer for the oscillographic 'measurement of magnetic parameters on samples made of magnetically hard material, with a magnetization arrangement whose current transformer has a secondary winding in the form of a solenoid, with measuring and compensation coils as well as a measuring resistor and a linear amplifier in this secondary circuit, an integration amplifier and an electronic switch in the measuring circuit and with phase compensation chains and calibration devices in the measuring and secondary circuit, characterized in that the solenoid (1) forming the field winding is in the form of a rotational cllipsoid and has high electrical conductivity and a thermostable manganese measuring resistor (13) is directly switched on in its circuit and in the secondary or measuring circuit (for H or J) there is a signal divider (8.16) such as an amplifier and also an adder (10) through which the signal voltages corresponding to the magnetic field strength (//) and the magnetization (J) in same yardstick can be displayed on the screen of the cathode ray oscillograph. 2. Ferrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solenoidwicklung eintägig aus einem mit Durchflußkühlung versehenen Metallrohr hergestellt ist.2. Ferrometer according to claim 1, characterized in that the solenoid winding is one day is made of a metal tube provided with flow-through cooling. 3. Ferrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Manganinmeßwiderstand scheibenförmig ausgeführt, in einen Ring eingekapselt und durch keramische Buchsen zentriert ist.3. Ferrometer according to claim 1 or 2, characterized in that the manganese measuring resistor Disc-shaped, encapsulated in a ring and through ceramic bushings is centered. 4. Ferrometer nach Anspruch 1 bis 3 zur Beseitigung einer inhomogenen Stromverteilung an den Klemmstellen, dadurch gekennzeichnet.4. Ferrometer according to claim 1 to 3 for eliminating an inhomogeneous current distribution at the terminal points, characterized. 009 509/38009 509/38 daß der Meßwiderstand an den Klemmstellen mit Radialnuten versehen ist, die schachbrettartig angeordnet sind.that the measuring resistor is provided with radial grooves at the terminal points, which are checkerboard-like are arranged. 5. Ferrometer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Solenoid mittels axialer Buchsen zwei durchgehende Büchsen (20) befestigt sind, in die über zentrierende, mit Klemmen5. Ferrometer according to claim 1 to 4, characterized in that in the solenoid by means of axial Bushings two continuous bushings (20) are attached, in the centering, with clamps 1010 versehene Halter die Meßproben eingeführt und in ihrem Mittelteil die Meß- und Kompensationsspulen angeordnet sind. provided holder introduced the test samples and the measuring and compensation coils are arranged in their central part. 6. Ferrometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalteiler und das Additionsglied eine Gruppe von Operationsverstärkern mit negativer Rückkopplung ist.6. Ferrometer according to claim 1 to 5, characterized in that the signal divider and the The adder is a group of operational amplifiers with negative feedback. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings