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Verfahren zur BestimmungAer magnetischen Feldstärke Die Bestimmung
der magnetischen Eigenschaften von Einkristallen und hochpermeablen Werkstoffen
durch Aufnahme ihrer Magnetisierungskurven ist durch die der Induktion proportionale
Entmagnetisierung- bekanntlich besonders erschwert, da die wahre, vorwiegend sehr
kleine Werte aufweisende Feldstärke nur indirekt als Differenz zweier fast. gleich
großer Größen bestimmt werden kann, wor..in z. B. die Ellipsoidmessung gcheitert,
bei der die Schierung oft über 99 % der Feldstärke beträgt. Andererseits ist zur
Erzielung ungescherter Kurven !ein nur mit großen Schwierigkeiten herzustellendes
Dimensionsverhältnis des Probelzörpers von mindestens i : ioooerforderlich. Die
Joch-Isthmus-Methode und die Ringmethode haben wieder andere Nachteile und Fehlerquellen,
z. B. die Notwendigkeit der Extrapolation auf kleine Feldstärkenwerte oder die Schwierigkeit
der Herstellung von Ringen. Die direkte Bestimmung auch kleiner Feldstärken ist
mit Hilfe der gleichfalls bekannten, soggenannten magnetischen Spannungsmessung
an sich möglich.
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Jedoch hat sich der Spannungsmesser trotz seiner Vorteile im Gebiet
der Materialuntersuchung wegen der bei..seiner Herstellung nur schwer @einzuhaltenden
Bedingungen für die Erzielung einer vollkommenen Homogenität nicht eingeführt.
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Es ist nun eiize vielfach bekannte Definition für die Größe der Feldstärke,
daß das Feld im Innern ;eines Probekörpers gleich dem Feld ist, das in einem längs
der Kraftrichtung gebohrten feinen Kanal herrschen würde. Dem Versuch, :eine Bestimmung
der Feldstärke nach dieser Definition vorzunehmen, stand bisher einerseits die Überlegung
entgegen, daß man für kleine Feldstärken große Windungsfl.ächen braucht, um einen
meßbaren Effekt zu erhalten, dadurch aber eine große der angegebenen Definition
entgegenstehende lichte Weite der Bohrung. benötigt wird, in der die für die Durchführung
der Messung erforderliche Hoinogenitätsbedingung nicht erfüllt sein würde. Andererseits
war es bisher unbekannt, in welch holiem Maße die Feldverteilung innen günstiger
ist als außen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung, das zur Bestimmung der magnetischen
Feldstärke, insbesondere bei der magnetischen Untersuchung hochpermeabler Werkstoffe
durch Aufnahme ihrer Magnetisierungskurven, verwendet werden soll, besteht in Überwindung
der ,angegebenen Vorurteile darin, `daß die Kommutierungsausschläge , an einer in
den homogenen Feldlinienbereich im Innern eines ferromagnetischen Hohlzylinders
parallel zu dessen Achse eingebrachten Spule gemessen, werden. Diese Prüfspule,
die in den Innenraum des Hohlzylinders eingebracht _ wird, braucht weder dessen
lichte Weite auszufüllen noch mit ihrem äußeren Durchmesser an der inneren Zylinderwand
anzuliegen. Die Abmessungen der Spule sind vielmehr beliebig, mit der einen Einschränkung,
daß ihre
Längserstreckung die homogene Zone im Innern des Hohlzylinders
nicht überschreiten darf und parallel zur Richtung des Feldes orientiert ist. .Die
zugehörige Induktion kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung auf einem der bekannten
Wege, z. B. durch eine außen um den Hohlzylinder herumgelegte Spule, gemessen werden.
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Die Erklärung für die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzielten,
überraschend guten Ergebnisse liegt darin, daß bei genügender Länge der Bohrung
die Kraftlinien m einem genügend großen, die L.ängserstrekkung der Spule übertreffenden
Bereich parallel sind. Die Parallelität der Kraftlinien, die mit deren Homogenität
über den ganzen Querschnitt unmittelbar zusammenhängt, und zugleich die Länge der
homogenen Zone können durch Verschieben der in den Hohlzyliuider eingebrachten Spule
in neinfacher Weise festgestellt werden. Wenn nämlich bei einer kleinen Verschiebung
aus der Mitte der Kornmutierungsausschlag auch bei Verwendung hochempfindlicher
Anzeigeinstrumente sich nicht ändert, ist damit innerhalb der Meßgenatigkeit die
Parallelität der Kraftlinien bewiesen. Nach dem Gesetz, daß sich die Tangentialkomponente
der Feldstärke beim übergang zwischen zwei Medien nicht ändert, muß die Feldstärke
.am Rande in der Luft gleich der im Werkstoff, sein, die in der Spule gemessene
Feldstärke gleich der gesuchten absoluten Feldstärke im Werkstoff. Angestellte Versuche,
bei denen die Meßgenauigkeit '= 0,03 Oersted betrug, haben gezeigt, daß das Feld
im Innern eines Hohlzylinders selbst bei ungünstigen Dimensionsverhältnissen (z.
B. i : 5) ,außerordentlich homogen ist.
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Der Hohlzylinder, in den die Meßspule eingebracht wird, kann aus dem
zu untersuchenden Werkstoff selbst hergestellt werden. Im allgemeinen ist der Werkstoff
nicht in Form eines Hohlzylinders vorhanden, @es genügt dann, die in der für solche
Untersuchungen üblichen Form von Blechen oder Stäben vorliegenden Probekörper parallel
zu den Kraftlinien so 'nebeneinander zu legen, daß sie einen prismatischen Hohlraum
bilden, in dem dann dieselbe Homogenität wie in einem entsprechenden Hohlzylinder
besteht.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann günstig auch in der Weise ausgeführt
werden, daß die jeweilige Feldstärke mit einer Spule im Innern eines für diesen
Zweck aus einem möglichst hochwertigen magnetischen Material hergestellten großen
Hohlzylinder gemessen wird, in den das Versuchsstück, das prismatisch und mindestens
so lang wie der Hohlzylinder selbst, aber sonst beliebig geformt sein kann, zur
Messung eingeschoben wird. Die Feldstärke im Probekörper ist dann gleich der in
dem Hohlzylinder mittels der Spule gemessenen Feldstärke. Die Induktion im Probekörper
kann, wie üblich, mit einer direkt um den Probekörper gewickelten Spule bestimmt
werden. Es läßt sich nachweisen, daß die Feldverteilung bei dieser Ausführungsform
des Verfahrens ebenso günstig ist wie bei Verwendung von aus dem zu untersuchenden
Werkstoff selbst hergestellten Hohlzylindern.
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Um die Genauigkeit der Feldmessung noch um einige Zehnerpotenzen zu-erhöhen,
kann man die Spule bei dem Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Kern versehen,
der aus einem Werkstoff von konstanter Permeabilität, z.B. aus Eisen-Nickel-Legierungen
der hierfür bekannten Zusammensetzungen, hergestellt ist, welche Maßnahme z. B.
bei magnetischen Spannungsmessern nicht zulässig ist, bei denen ein solcher Kern
das Feld in unerlaubter Weise verzerren würde.
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Die Vorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung
können mit den an sich bekannten magnetischen Jochen versehen sein. Dadurch, daß
man die an den Enden des Hohlzylinders, der für die Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung in ,allen Fällen nötig ist, austretenden Streuungslinien in
.einem Joch zusammenfaßt und ihre Rückleitung erleichtert, kann man ohne zu große
Durchflutung hinreichende Feldstärken erzielen.
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Ein Ausführungsbeispiel :einer solchen mit einem Joch versehenen Vorrichtung
ist in der Zeichnung dargestellt.
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In dem Hohlzylinder i, der vorteilhaft aus einem ferromagnetisch.en
Werkstoff mit ungefähr gleicher Permeabilität wie die zu untersuchenden Probekörper
besteht, wird der mit 2 bezeichnete Probekörper entweder .an Anschläge 3 angelegt
;oder auf andere Weise derart befestigt, daß er sich nicht verschieben kann. Auf
dem Probekörper 2 ist die Induktionsspule q. und neben ihm die Spule 5 angebracht,
mit der die Feldstärke im Innern des Hohlzylinders i gemessen wird. Falls diese
Spule 5 zur Erhöhung der Empfindlichk eit mit einem (gestrichelt gezeichneten) hochmagnetischen
Kern 6 versehen ist, muß dieser Kern zur Vermeidung :einer Feldverzerrung gleichfalls
prismatisch sein. Ferner ist Voraussetzung für die Homogenität des Feldes im Innern
des Hohlzylinders, daß alle in ihn eingebrachten ferromagnetischen Körper mindestens
so lang sind wie der Hohlzylinder selbst. An den Enden des Hohlzylinders i ist ein
Joch 7 angefügt, das zur Rückleitung der aus dem Hohlzylinder austretenden Streuungslinien
dient. Die Magrnetisierungsspule
8, die bei dem Ausführungsbeispiel
über den Hohlzylinder geschoben ist, kann auch über dem Joch angeordnet sein, was
gestrichelt angedeutet ist. Ferner können am Ende des Zylinders aus hochmagnetischem
Werkstoff bestehende Kappen 9 und i o aufgesetzt werden, die der Befestigung sämtlicher
in den Hohlzylinder i eingebrachten Körper sowie infolge ihrer planen Ausbildung
dazu dienen, eine künstliche Äquip.otentialfläche zur Verbesserung der Permeabilität
der Feldlinien und damit der Homogenität des Feldes auch an den Enden des Hohlzylinders
zu schaffen. Mit den Kappen 9 und i o können ferner in der Zeichnung nicht dargestellte
Vorrichtungen zur Bewegung der Spule 5 zwecks Kontrolle der Homogenität verbunden
sein. Die aidale Gradführung der Spule 5 l,äßt sich dabei durch den Kernkörper 6,
die radiale Gradführung durch entsprechende Schlitze in den Kappen 9 und io -erreidhen.
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Bei Vornahme einer Messung wird der die Spule 8 durchfließende Maghetisierungsstrom,
wie üblich, geändert oder kommutiert, und dabei werden die iri den Spulen ¢ und
5 induzierten Spannungen mit zwei Anzeigeinstrumenten, z. B. ballistischen Galvanometern,
zugleich gemessen, wobei der von der Spule q. hervorgerufene Ausschlag proportional
der Induktion und der von der Spule 5 hervorgerufene Ausschlag proportional der
Feldstärke im Probekörper z ist. Man kann die Induktion und Feldstärkenmessung jedoch
auch mit einem einzigen Galvanometer nacheinander ausführen, muß in diesem Fall
die Änderung des Magnetisierungsstromes in beiden Fällen dieselbe sein.
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Eine @evtl. vorhandene Kojerzitivkraft des Hohlzylinders und des Joches
hebt sich bei Schleifemnessungen heraus, da die Feldstärkenänderungen direkt gemessen
werden. Falls nur die Feldstärkenmessung benötigt wird, kann man auch, statt den
Magnetisierungsstrom zu kommutieren, die Spule 5 mittels entsprechender Vorrichtungen
um i8o° drehen, in welchem Fall der erzeugte Ausschlag dem absoluten Wert der Feldstärke
proportional ist.