DE2345848C3 - Elektromagnetischer Schichtdickenmesser - Google Patents

Elektromagnetischer Schichtdickenmesser

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Description

Die Erfindung betrifft elektromagnetische Schichtdikkenmesser mit einer einpoligen Meß-Sonde, deren weichmagnetischer Polkern durch ein magnetisches Wechselfeld erregt wird.
Diese bekannten Schichtdickenmesser (DE-OS 21 07 076) besitzen einen weichmagnetischen, stabförmigen Polkern, dessen eines Ende abgerundet ist und den Meß-Pol bildet Auf dem Stab ist eine Erregerspule angebracht, die von einem elektrischen Wechselstrom durchflossen wird, so daß ein magnetisches Wechselfeld entsteht Zwischen der Erregerspule und dem Meß-Pol oder zu beiden Seiten der Erregerspule sind Meß-Spulen angebracht, in denen eine elektrische Spannung in-
duziert wird. Diese wird durch Annäherung des Meß-Poles an eine magnetisch oder elektrisch leitende Fläche verändert, indem bei magnetisch leitender Fläche der magnetische Fluß durch den Meß-Pol infolge des magnetischen Leitwertes der Unterlage vergrößert bzw. bei elektrisch leitender Fläche der magnetische Fluß durch den Meß-Pol infolge der in der Unterlage entstehenden Wirbelströme verringert wird. Bei Verwendung von zwei Meß-Spulen sind diese im allgemeinen einander entgegengeschaltet, so daß die Differenz der in ih-
nen induzierten Spannung zur Messung benutzt wird. Diese in der oder den Meßspulen induzierte elektrische Spannung ist ein Maß für die Annäherung an die magnetisch oder elektrisch leitende Unterlage und damit für die Dicke einer auf dieser befindlichen Schicht, wenn der Meß-Pol diese berührt.
Ein Nachteil dieser bekannten Schichtdickenmesser ist, daß die Empfindlichkeit der Anzeige bei kleinen Schichtdicken sehr groß und bei großen Schichtdicken nur sehr klein ist. Der Verlauf der Empfindlichkcitskurve in Abhängigkeit von der Schichtdicke ist durch a in F i g. 1 dargestellt. Dies gilt sowohl für einpolige Sonden mit magnetischem Wechselfeld als auch für zweipolige Sonden mit magnetischem Gleichfeld.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Schichtdickenmesser nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß der Verlauf der Empfindlichkeitskurve über den gesamten Meßbereich, insbesondere bei kleinen und bei großen Schichtdicken, gleichmäßiger gestaltet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Polkern einstellbar vormagnetisiert ist.
Durch die Vormagnetisierung des Polkernes ergibt sich ein Verlauf der Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Schichtdicke, der durch die Kurve b in Fig. 1 dargestellt ist. Die Meßempfindlichkeit wird bei kleinen Schichtdicken geringer, bei großen Schichtdicken größer als ohne Vormagnetisierung des Polkerncs. Durch die erfindungsgemäße Einstellbarkeit der Vormagnetisierung kann der Verlauf der Empfindlichkeitskurvc beeinflußt werden, so daß ein gewünschter Skalcnvcrlauf erreicht wird oder die Empfindlichkeit an eine vorgegebene Skala angepaßt werden kann. Damit wird die Vcr-
wendung gedruckter Skalen ermöglicht.
Aus der DE-OS 16 23 263 ist ein magnetischer Dikkenmesser für Teile aus ferromagnetischen Werkstoffen mit zweipoliger Meß-Sonde und magnetischem Gleichfeld bekannt, wobei der Polkern sowohl durch einen Dauermagneten als auch durch das Feld einer von einem wählbaren Gleichstrom durchflossenen Wicklung magnetisiert wird. Diese Maßnahme erlaubt zwar eine gewisse Einstellung der Empfindlichkeit des Meßgeräts, jedoch ist dieser magnetische Dickenmesser mit dem Gegenstand des vorliegenden Patentes insofern nicht vergleichbar, als es kein Schichtdickenmesser, sondern ein Gerät zum Messen der Dicke von Blechen ist
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung im Anschluß an das Diagramm von F i g. 1 in F i g. 2 bis 6 dargestellt Es zeigt
F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Schichtdickenmessers mit einem einstellbar vormagnetisierten stabförmigen Polkerr,
Fig.3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines derartigen Schichtdickenmessers mit einem verstellbaren Dauermagneten für die Einstellung der Vormagnetisierung des Polkerns,
Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Schichtdickenmessers mit einer elektrischen Stromspule für die Einstellung der Vormagnetisierung des Polkerns,
F i g. 5 noch ein Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Schichtdickenmessers mit zwei Meßspulen auf den beiden Seiten einer Erregerspule für die Einstellung der Vormagnetisierung und
F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel für einen elektromagnetischen Schichtdickenmesser mit einer um die Erregerspule und die Meßspulen herumgelegten Stromspule für die Einstellung der Vormagnetisierung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Auf einem stabförmigen Polkern 1 befinden sich eine Erregerspule 2 und eine Meß-Spule 3. Der Polkern ist an einem Ende zum Meßpol 4 abgerundet. Dieser berührt die zu messende Schicht 5, die auf der Unterlage 6 aufgetragen ist. Die erfindungsgemäße Vormagnetisierung des Polkernes wird durch den auf seinem der Meßfläche abgewendeten Ende angeordneten Dauermagneten 7 erzeugt, der in Richtung N—Sder Achse des Polkernes magnetisiert ist. Er kann den Polkern 1 berühren oder mit einem Luftspalt zum Polkern angeordnet sein. Die Einstellung der Vormagnetisierung erfolgt durch Abgleich des Dauermagneten 7, indem dieser beispielsweise zunächst voll magnetisiert und dann soweit geschwächt wird, bis der gewünschte Skalenverlauf erreicht ist. Das Magnetisieren des Polkernes kann nach dem Zusammenbau der Meß-Sonde dadurch erfolgen, daß diese in ein starkes axiales Magnetfeld gebracht wird; das Schwächen kann rr.it einem axialen, einstellbaren magnetischen Wechselfeld von erst zunehmender, dann abnehmender Amplitude erfolgen.
Die erfindungsgemäße Einstellung der Vormagnetisierung kann nach F i g. 3 auch dadurch erfolgen, daß der Abstand des Dauermagneten 8 vom Polkern 9 verändert wird, beispielsweise mit einer im Gehäuse 10 der Meß-Sonde gelagerten Einstellschraube 11.
Nach der Erfindung kann die einstellbare Vormagnetisierung auch durch das magnetische Feld einer elektrischen Slromspule 12 in F i g. 4 erzeugt werden, die auf das der Meßfläche 13 abgewandte Ende des Polkernes 14 wirkt und aus der Stromquelle 15 über den einstellbaren Widerstand 16 gespeist wird.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung nach F i g. 5 werden zwei Meß-Spulen 17 und 18 verwendet, die auf beiden Seiten der Erregerspule 19 angeordnet und gegeneinander geschaltet sind, so daß ihre Differenzspannung die Meß-Spannung ergibt. Auch hier wird der Skalenverlauf durch Abgleich oder Magnetisierung des Dauermagneten 20 beeinflußt oder durch Veränderung seines Abstandes zum Polkern 21.
Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung der Stromspule zur Erzeugung einer einstellbaren Vormagnetisierung zeigt F i g. 6.
Darin ist die Stromspule 22 konzentrisch um die Erregerspule 23 und die Meß-Spulen 24 und 25 gelegt
Die erfindungsgemäße Beeinflussung des Skalenverlaufes eines elektromagnetischen Schichtdickenmessers durch Vormagnetisierung seines Polkernes ist bedingt durch die Veränderung der magnetischen Permeabilität des Polkernwerkstoffes. Diese Veränderung ist größer bei geringer Sättigungsmagnetisierung des Polkernwerkstoffes als bei hoher Sättigungsmagnetisierung. Deshalb besteht erfindungsgemäß der Polkern aus einem weichmagnetischen Werkstoff, dessen Sättigungsmagnetisierung weniger als 1,4 Tesla beträgt. Dabei ist es vorteilhaft, daß seine Koerzitivfeldstärke weniger als 3 A/cm, vorzugsweise weniger als 1 A/cm beträgt, um im Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Vormagnetisierung einen stabilen Arbeitspunkt des Schichtdickenmessers zu erhalten. Eine für den Polkern besonders geeignete Legierung besteht aus Eisen mit 13 bis 18% Aluminium. Die Legierung aus Eisen und 16% Aluminium weist beispielsweise eine eine Sättigungsmagnetisierung von 0,5 bis 1 Tesla und eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 1 A/cm auf. Erfindungsgemäß kann in dieser Legierung für den Polkern bis zu 8% Aluminium durch Silizium ersetzt sein.
Der Dauermagnet zur Erzeugung der Vormagnetisierung soll erfindungsgemäß eine hohe Koerzitivfeldstärke von mehr als 400 A/cm, vorzugsweise von mehr als 1000 A/cm besitzen. Er kann beispielsweise aus einer Legierung von Eisen mit Aluminium, Nickel und Kobalt mit an sich bekannten Zusätzen bestehen, aus einem Ferritwerkstoff nach Art des BaO · 6 Fe2U3 oder aus einem Werkstoff nach Art des SmCos. Zur Kompensation des Einflusses der Temperatur auf die Anzeige der Schichtdicke wird der Dauermagnet mit einem temperaturabhängigen magnetischen Nebenschluß versehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:
1. Elektromagnetischer Schichtdickenmesser mit einer einpoligen Meß-Sonde, deren weichmagnetischer Polkern durch ein magnetisches Wechselfeld erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Polkern (1,9,14,21) einstellbar vormagnetisiert ist
2. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung durch einen Dauermagneten (7,8,20) erfolgt
3. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die Einstellung der Vormagnetisierung durch Abgleich des aufmagnetisierten Dauermagneten (7,20) erfolgt
4. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung durch das einstellbare Feld einer Stromspule (12, 22) erfolgt
5. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Meß-Sonde mit stabförmigem Polkern (1,21) auf dem der Meßfläche abgewandten Ende des Polkernes ein Dauermagnet (7,20) angeordnet ist
6. Schichtdickenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (7, 20) in Richtung der Achse des Polkernes (1, 21) magnetisiert ist
7. Schichtdickenmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (7, 20) den Polkern (1,21) berührt.
8. Schichtdickenmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (8) in gegebenenfalls einstellbarem Abstand vom Polkern (9) angeordnet ist.
9. Schichtdickenmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule (12) auf dem der Meßfläche abgewandten Ende des Polkernes (14) angeordnet ist.
10. Schichtdickenmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspule (22) konzentrisch um die auf dem Polkern angeordneten Meßwicklungen (24,25) angeordnet ist.
11. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Polkern (1, 9, 14, 21) aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht, dessen Sättigungsmagnetisierung weniger als 1,4 Tesla beträgt.
12. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Polkerns (1, 9,14, 21) eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 3 A/cm, vorzugsweise von weniger als 1 A/cm aufweist
13. Schichtdickenmesser nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Polkern (1, 9, 14, 21) aus einer Legierung von Eisen mit 13 bis 18% Aluminium besteht.
14. Schichtdickenmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Polkernes (1,9,14, 21) aus Eisen und ca. 16% Aluminium besteht und eine Sättigungsmagnetisierung von 0,5 bis 1 Tesla sowie eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 1 A/cm aufweist.
15. Schichtdickenmesser nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 8% Aluminium durch Silizium ersetzt ist.
16. Schichtdickenmesser nach Anspruch 2, da-
durch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (7, 8, 20) eine Koerzitivfeldstärke von mehr als 400 A/cm, vorzugsweise von mehr als 1000 A/cm besitzt.
17. Schichtdickenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (7, 8, 20) mit einem temperaturabhängigen Nebenschluß versehen ist
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