DE2245191A1

DE2245191A1 - Vorrichtung zum messen von magnetfeldern

Info

Publication number: DE2245191A1
Application number: DE19722245191
Authority: DE
Inventors: William Gordon Ross
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1971-09-16
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-03-22
Also published as: GB1397246A

Description

Vorrichtung zum Messen von Magnetfeldern

Die Erfindung betrifft ,eine Vorrichtung zum Messen von Magnetfeldern; die. Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich bei einer Vorrichtung anwendbar, die dazu bestimmt ist, in Verbindung mit einem Massenspektrometer benutzt zu werden, um die bestimmten Massenzahlen entsprechen- ' den vierte von Magnetfeldern zu ermitteln. Wenn ein Massensoektrometer z.B. bei einer Einrichtung zum Regeln eines Prozesses benutzt wird, ist es erforderlich, daß man in der Lage, ist, bestimmte Massenzahlen wiederholt und genau zu wänlen, und hierbei ist es erwünscht, daß es auf einfache Weise möglicn ist, anzuzeigen, daß das Magnetfeld an jedem Punkt genau eingeuteilt worden ist.

l)xe bis jetzt verfügbaren Vorrichtungen zum Messen von Magnetfeldern, z.B. solche, deren Wirkungsweise auf dem Hall-. Effekt beruht, sind im allgemeinen nicht besonders gut zum 'iebrauch in Verbindung mit einem Massenspektrometer geeignet, denn nine ausreichende Stabilisierung der Temperatur läßt sich nur mit Hilfe kostspieliger Verfeinerungen der Konstruktion ανzialdn. Außerdem wirci die durch eine solche Vorrichtung gegebene Möglichkeit, ein kontinuierlich variables Magnetfeld derart zu messen, daß die Vorrichtung in einem hohen Maße linear anspricht, bei Versuchen, bei denen nur mit festen Punkturi guar bei te t -,vircl, nicht benötigt.

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Gemäß der Erfindung ist nunmehr eine Vorrichtung zum Messen von Magnetfeldern geschaffen worden, zu der ein Oszillator gehört, der einen die Frequenz bestimmenden Schaltkreis mit einer Induktivität aufweist, welche mit einem magnetischen Kern versehen ist, der sich in dem zu messenden Magnetfeld anordnen läßt, und dessen Permeabilität unterschiedliche spezifische Werte für unterschiedliche spezifische Werte des Magnetfeldes annimmt; ferner ist die Vorrichtung nach der Erfindung mit einer Anzeige- und/oder Steuereinrichtung versehen, die auf die Frequenz des Oszillators anspricht.

Um die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu verbessern und die auf thermische Wirkungen zurückzuführende Frequenzwanderung auf einem Minimum zu halten, wird ferner vorzugsweise mit einer Differentialanordnung gearbeitet. Bei dieser Anordnung weist die Vorrichtung zwei ähnliche Oszillatoren auf, die beide den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, abgesehen davon, daß die Induktivität eines der Oszillatoren dem Einfluß des Magnetfeldes entzogen ist. Hierbei wird die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Oszillatoren als Maß für den Wert des Magnetfeldes benutzt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. T schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Messen von im Bereich von 2 bis 10 Kilogauß liegenden Magnetfeldern; und

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Flußdichte und der relativen Permeabilität für einen typischen Kernwerkstoff.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung einen sehr stabilen Oszillator 1 auf, der mit einer Resonanzfrequenz von etwa

1 MHz arbeitet, die durch einen Resonanzkreis mit einor Spule

2 bestimmt wird, welche einen Kern aus einem Ferrit besitzt,

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wie er z.B. unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Ferralex" erhältlich ist. Der allgemeine Verlauf der Kennlinie eines solchen Kernwerkstoffs ist in Fig. 2 ■ dar ge st I It₁-wo man erkennt, daß innerhalb eines großen Bereichs jedem Wert des Magnetfeldes jeweils ein einziger Wert der Permeabilität des Kernwerkstoffs entspricht. Die Induktivität der Spule 2 hängt ausschließlich vom Wert des die Spule beeinflussenden Magnetfeldes ab, und daher richtet sich die Frequenz des Oszillators 1 ebenfalls nach dem Wert des Magnetfeldes. Wenn eine stabile Entsprechung zwischen der !Frequenz und dem Magnetfeld an festen Punkten, vorhanden ist, ist die Wirkungsweise der Vorrichtung festgelegt, ohne daß es erforderlich . ist, daß in den Intervallen zwischen den. festen Punkten eine lineare Entsprechung gegeben ist. Jedoch würde mit einem geringeren Genauigkeitsgrad eine Interpolation zwischen .den festen Punkten eine Basis für ein Magnetometer liefern, das es ermöglicht, innerhalb des verfügbaren Bereichs jeden beliebigen Wert eines Magnetfeldes zu messen. ' .

Gemäß Fig. 1 gehört zu der Vorrichtung ferner ein dem Oszillator 1 allgemein ähnelnder zweiter stabiler Oszillator 3 mit einem die Frequenz bestimmenden Kreis, der eine Spule von gleicher Konstruktion wie die Spule 2 besitzt. Die beiden Oszillatoren 1 und 3 sind in einen nicht dargestellten gemeinsamen Behälter eingebaut, der z.B. aus Aluminium besieht und eine gleichmäßige Temperatur gewährleistet, und in dem die Spulen 2 und 4 in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Beim Gebrauch der Vorrichtung wird der Behälter so angeordnet, daß sich die Spule 2 in dein zu messenden Magnetfeld befindet-, während die Spule 4 außerhalb dieses Magnetfeldes liegt. Handelt es sich laei dem zu messenden Magnetfeld um das Feld eines Magneten, kann man den Behälter so bemessen, daß sich der die Spule 2 enthaltende Teil des Behälters zwischen den Polen des Magneten einspannen läßt, die dann eine Y/ärmesenke für den Behälter bilden.

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Die· Frequenz des festen Oszillators 3 wird so eingestellt, daß die Differenz zwischen den beiden Frequenzen innerhalb des Bereichs der zu me säenden Magnetfelder annähernd den Bereich von 20 bis 120 kHz überstreicht. Die Differenzfrequenz wird aus den Signalen mittels eines Mischkreises 5 abgeleitet und durch einen Frequenzmesser 6 angezeigt.

Wird beim Betrieb eines Massenspektrometer eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt, wird das Magnetfeld eingestellt, um das höchste Ausgangssignal für jedes Isotop des gewünschten Bereichs bekannter Isotope zu wählen, und die entsprechenden angezeigten Frequenzwerte werden registriert. Die so erhaltenen Frequenzwerte bilden dann die sichtbare Anzeige der Massenwahl, wobei das Magnetfeld mit der Hand variiert wird.

Alternativ kann man das Frequenzsignal beim selbsttätigen Überwachen der Massenwahl benutzen» z.B. dadurch» daß man ea mit einer gesondert erzeugten Frequenz vergleicht, die dem erforderlichen Magnetfeld entspricht.

Patentansprüche:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 J Vorrichtung zum Messen von Magnetfeldern, gekennzeichnet durch einen Oszillator (1) mit einem die Frequenz bestimmen Kreis, der eine Induktivität (2) aufweist, die mit einem magnetischen Kern versehen ist, welcher sich in dem zu messenden Magnetfeld anordnen läßt, und dessen Permeabilität bei unterschiedlichen spezifischen Werten des Magnetfeldes unterschiedliche spezifische Werte annimmt, sowie durch eine auf die Frequenz des Oszillators ansprechende Anzeige- und/oder Steuereinrichtung"(6),
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein dem Oszillator (1) ähnelnder zweiter Oszillator (3) vorhandenvist, der so angeordnet ist, daß er den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist wie der zuerst genannte Oszillator, daß die Induktivitäten (2, 4) der beiden Oszillatoren durch einen Abstand getrennt sind, und daß die Anzeige- und/oder Steuereinrichtung (6) auf den Frequenzunterschied zwischen den beiden Oszillatoren anspricht,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet , daß die Anzeige- und/oder Steuereinrichtung (6) so ausgebildet ist, daß sie auf eine Übereinstimmung zwischen der Frequenz eines beim Gebrauch.der Vorrichtung auftretenden ersten Signals und der Frequenz eines zweiten Signals anspricht, das einem zu ermittelnden Wert eines Magnetfeldes entspricht.

Der Patentanwalt;

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