DE644858C - Anordnung zur Messung magnetischer Werte, insbesondere der Koerzitivkraft oder der Remanenz - Google Patents

Description

Zur Messung magnetischer Werte, vorzugsweise der Koerzitivkraft, sind eine Reihe von Anordnungen bekannt, unter denen sich insbesondere ein Gerät bewährt hat, bei dem das Verschwinden der Kraftlinienbrechung beim Austritt der Kraftlinien aus der Probe zur Messung herangezogen wird.

In der Fig. 1 ist das Prinzipschema eines derartigen Gerätes dargestellt, und zwar in

ίο seiner Anwendung für Messung der Koerzitivkraft eines Magnetstabes P. Dieser Stab P ist in einer Spule S₁ gelagert, in der ein im Meßraum praktisch homogenes und geradlinig verlaufendes Feld erzeugt werden kann. Die Größe dieses Feldes läßt sich an einem Strommeßgerät G₂ unmittelbar ablesen. Zur Messung dient eine an einer von einem Motor M angetriebenen Welle W befestigte Prüfspule ^₂, deren Windungsfläche parallel der magnetischen Achse der Probe angeordnet ist und deren induzierte Spannung von einem Kollektor K abgenommen und einem Galvanometer G₁ zugeführt wird. Mit Hilfe des Kollektors K werden die Halbwellen des Wechselstromes gleichgerichtet. Wahlweise einschaltbare Widerstände i?₄ ermöglichen es, die Empfindlichkeit des Galvanometers G₁ beliebig zu verändern.

Die Wirkungsweise des Gerätes beruht darauf, daß in der Spule S₂, sobald diese in der Nähe des einen Endes des Prüfstabes P außerhalb seiner magnetischen Achse rotiert, eine EMK so lange induziert wird, wie infolge der Kraftlinienbrechung eine mehr oder weniger große, senkrecht zur Längsrichtung der Probe P gerichtete Komponente vorhanden ist. Die Messung geht demnach zweckmäßig in der Weise vor sich, daß zunächst mit Hilfe der Spule S₁ die zuvor eingebrachte Probe P magnetisiert wird, falls die Probe nicht vorher auf andere Weise, z. B. in einem Joch, magnetisiert worden ist. Daraufhin wird die Spule S₁ wieder stromlos gemacht und nunmehr der die Spule S₂ tragende Motor mit Hilfe eines geeigneten Schlittens so weit an die Spule S herangezogen, bis die Spule S₂ sich etwa in der in der Zeichnung dargestellten Lage befindet; bei kleinen Proben ist es zweckmäßiger, die Probe der Spule ^₂ zu nähern. Nunmehr wird durch Einschalten eines möglichst großen Wider-Standes i?₄ das Galvanometer G₁ zunächst möglichst unempfindlich gemacht und daraufhin der Motor angelassen. Das Galvanometer G₁ zeigt dann einen von der scheinbaren Remanenz der Probe und ihrer geometrischen Anordnung relativ zur Prüfspule S₂ abhängigen Aus-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hatis Neumann in Berlin-Siemensstadt.

schlag, der durch allmähliche Erregung der Spule S, jetzt in entmagnetisierender Richtung, nahezu zum Verschwinden gebracht wird. Daraufhin wird auf eine höhere Em)?*, findlichkeitsstufe des Galvanometers G₁ ur#- geschaltet und wiederum der Strom in Spule S₁ so weit erhöht, bis auch hier das vanometer nahezu keinen Ausschlag mehr zeigt und nunmehr in der höchsten Empfind-Hchkeitsstufe des Galvanometers vollkommen abgeglichen werden kann. Der über die Spule S₁ fließende Strom kann an dem Galvanometer G₂ unmittelbar abgelesen werden, und an Hand der Konstanten der Spule kann daraus die Feldstärke innerhalb der Spule nach dem Abgleichen, d. h. die Koerzitivkraft der Probe, bestimmt werden. Zweckmäßig kann man das Galvanometer G₂ unmittelbar in Werten der Koerzitivkraft eichen. Das zuvor beschriebene Gerät hat sich vorzüglich bewährt zur Messung der Koerzitivkraft permanenter Magnetstäbe, d. h. also von magnetischen Materialien mit verhältmäßig hoher Koerzitivkraft. Es ist dagegen zunächst noch nicht geeignet, um auch Materialien mit niedriger Koerzitivkraft einwandfrei zu messen bzw. überhaupt geringe Änderungen magnetischer Werte zu bestimmen. An sich ist die Empfindlichkeit des Gerätes ausreichend groß. Sie kann jedoch nicht voll ausgenutzt werden, weil unvermeidliche Fremdfelder, so z. B. auch das schwankende Erdfeld mit seinen Störungen durch Fremdfelder von elektrischen Bahnen u. dgl., einen Fehlerpegel erzeugen, der die Empfindlichkeitsgrenze der λleßanordnung weit übersteigt.

Erfindungsgemäß gelingt es nun, den Anwendungsbereich des zuvor erwähnten Gerätes auch auf das Gebiet der Messung kleiner und kleinster Koerzitivkräfte bzw. kleinster magnetischer Änderungen zu erweitern, indem man die auf die Spule S₂ einwirkenden störenden Fremdfelder durch Anordnung einer zweiten bewegten Spule kompensiert, die der eigentlichen Meßspule entgegengesetzt geschaltet ist. Diese Kompensationsspule kann /.. B. auf einer Verlängerung des noch freien lindes der Motorwelle angeordnet sein. Im idealen Falle enthält die Kompensationsspule ebensoviel Windungen von genau gleichem Flächeninhalt wie die Meßspule S₂- Es ist al>er nicht notwendig, daß diese ideale Bedingung in der Praxis erfüllt wird, da man mit Hilfe einer geeigneten Kompensationsschallung, ζ. B. nach Poggendorf, Unterschiede in der Windungszahl bzw. in der von den Windungen umschlossenen Fläche abgleichen kann. Der Abstand beider bewegter Spulen muß so groß gewählt werden, daß ein auf die Prüfspule S₂ zur Einwirkung gebrachtes Feld nicht mehr merklich in die zweite Spule herüberstreuen kann. Man wird also zweckmäßig Abstände von der Größen anordnung etwa Vx bis 1 Meter wählen. ,Die Gefahr, daß störende Fremdfelder sich . &ii beide Spulen ungleichmäßig auswirken, ;.:'^ird andererseits um so größer, je weiter '"beide Spulen voneinander entfernt sind. Es kann jedoch unterstellt werden, daß man bei Abständen von etwa 1 Meter die ganze An- 7© Ordnung verhältnismäßig leicht so aufstellen kann, daß die meist störenden Fremdfelder in bezug auf die beiden Spulen als homogen angesehen werden können.

In der Fig. 2 ist die Anordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Das in der Fig. ι gezeichnete Gerät, dessen Teile an sich unverändert beibehalten sind, ist ergänzt durch eine mit W₁ bezeichnete Verlängerung der Motorwelle, an welcher eine Spule S₃ befestigt ist, die zweckmäßig ungefähr die gleiche Größe wie die Spule S₂ hat. Die Spule 5", ist mit einem Kollektor K_x verbunden, der über einen Kompensator so in den Galvanometer kreis G₁ geschaltet ist, daß in bezug auf das Galvanometer die in den Spulen S₂ und S_t erzeugten Spannungen einander entgegenwirken und bei gleicher Stärke der erregenden Felder gleich groß sind. In dem bisher beschriebenen Umfange gestattet die erfindungsgemäße An-Ordnung bereits eine Messung der Koerzitivkraft aller praktisch angewendeten magnetischen Stoffe, da sowohl das Erdfeld als auch andere etwa störende Fremdfelder vollständig kompensiert werden und die Empfindlichkeit des Galvanometers G₁ somit vollständig ausgenutzt werden kann; dabei kann der Kollektor in an sich bekannter Weise durch Schleifringe und einen besonderen Gleichrichter außerhalb des Motors, z. B. Schwinggleichrichter, ersetzt werden.

Das erfindungsgemäß ergänzte Gerät kann auch für andere magnetische Messungen benutzt werden. Man kann nämlich die Spule S₁ fortlassen und die durch das zu messende Feld in der Spule S₂ erzeugte EMK kompensieren durch eine in der Spule Ss von einem Hilfsfeld erzeugte EMK. Das Hilfsfeld kann entweder von einem permanenten Magneten erzeugt werden, wobei man zur stetigen Änderung des Feldes entweder den Magneten zweckentsprechend beweglich anordnen oder aber einen magnetischen Nebenschluß benutzen kann. In diesem Falle kann der Weg des Magneten bzw. des Nebenschlusses unmittelbar in Feldstärken geeicht sein. Man kann aber auch, um vollkommen unabhängig von möglichen Alterungserscheinungen des permanenten Magneten zu werden, ein elektrisch erregtes Feld benutzen. Zweckmäßig wird man *#o dabei ein eisenfreies Feld wählen, insbesondere, wenn eine hohe Meßgenauigkeit erzielt

werden soll. Ein solches eisenfreies Feld läßt sich bekanntlich in besonders einfacher Weise z. B. mit Hilfe einer Toroidspule S± erzielen. Man kann ebensogut aber auch um die Spule S_s zwei feststehende Spulen so anordnen, daß zwischen den zwei feststehenden Spulen die Spule S_s frei rotieren kann. Durch Verändern der die Spule S₄ durchfließenden Stromstärke kann dann ein vollständiger Abgleich zwischen ίο den Spulen S₂ und S3 erzielt werden und die Stromstärke, die mit Hilfe eines !Compensators K₀ gemessen werden kann, ist dann ein Maß für die zu bestimmende Feldstärke bzw. Änderungen.dieser Stromstärke sind ein Maß j 5 für entsprechende Änderungen der Feldstärke des Prüfkörpers an dem Ort der Meßspule, also dem _ magnetischen Moment des Prüfkörpers proportional.

Das Gerät ist in der zuletzt beschriebenen Anordnung für magnetische Messungen in weitestem Umfange geeignet, z. B. kann man Alterungserscheinungen, Nachwirkungen, Temperaturkoeffizienten, Curiepunkte usw. damit verfolgen.

Insbesondere wenn es sich darum handelt, Änderungen ihrem zeitlichen Verlauf nach aufzuzeichnen bzw. Unstetigkeiten nachzuweisen, kann es zweckmäßig sein, den Kompensationsstrom selbsttätig zu steuern, indem man beispielsweise an Stelle des Galvanometers G₁ den Eingangskreis eines Verstärkers schaltet, dessen Ausgangsleistung z. B. mit Hilfe eines Zählermotors dazu dient, einen von dem Kompensationsstrom durchflossenen Widerstand zu verändern. Mit dem zur Stromregelung dienenden beweglichen Glied kann man unmittelbar den Schreibstift eines Schreibers kuppeln, so daß der zeitliche Verlauf einer Änderung aufgezeichnet wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Messung magnetischer Werte, insbesondere der Koerzitivkraft oder der Remanenz, bei der mit Hilfe einer umlaufenden Drehspule das Verschwinden der Feldquerkomponente eines stabförmigen Körpers aus magnetischem Stoff innerhalb eines elektrisch erregten, möglichst homogenen, stetig veränderbaren Feldes festgestellt wird, gekennzeichnet durch eine zweite, außerhalb des veränderbaren Feldes gelagerte Drehspule, zweckmäßig von gleicher Größe wie die zuerst .genannte Drehspule, und durch die Schal- - tung beider Spulen gegeneinander auf ein Anzeigeorgan oder Relais derart, daß die Wirkungen der Spulen auf das Anzeigeorgan oder Relais einander aufheben, wenn gleichgerichtete und gleich große Felder auf die Spulen einwirken.
2. 2. Anordnung nach x\nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Unterschieden der Drehspulen in bezug auf Windungszahl oder Windungsfläche eine an sich bekannte Kompensationsschaltung dient.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nulleinstellung des Anzeigeorgans oder Relais an Stelle des veränderlichen, die Probe und die ihr benachbarte Drehspule umfassenden Feldes ein stetig veränderbares Hilfsfeld dient, das auf die von der Probe nicht beeinflußte Drehspule einwirkt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des stetig veränderbaren Hilfsfeldes ein permanenter Magnet dient, der entweder lageveränderbar ist oder einen veränderbaren Nebenschluß aufweist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stetig veränderbare Hilfsfeld von einer zweckmäßig eisenfreien Spule erzeugt wird, wobei Mittel vorgesehen sind, um den die Spule durchfließenden Strom stetig zu verändern und zweckmäßig mit Hilfe eines Kompensators genau zu messen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur selbsttätigen Einstellung des die Hilfsspule durchfließenden Stromes in Abhängigkeit von einem λόπ den Prüfspulen beeinflußten Hilfsrelais und durch die Verbindung des zur Änderung des Stromes vorgesehenen beweglichen Organes mit dem Schreibstift eines Schreibers derart, daß die jeweiligen Änderungen in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen