DE857278C - Vorrichtung zur magnetischen Bestimmung der Staerke einer aus unmagnetischem oder schwach magnetischem Material bestehenden Schicht - Google Patents

Vorrichtung zur magnetischen Bestimmung der Staerke einer aus unmagnetischem oder schwach magnetischem Material bestehenden Schicht

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DE857278C
DE857278C DEN2533D DEN0002533D DE857278C DE 857278 C DE857278 C DE 857278C DE N2533 D DEN2533 D DE N2533D DE N0002533 D DEN0002533 D DE N0002533D DE 857278 C DE857278 C DE 857278C
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DE
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Expired
Application number
DEN2533D
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English (en)
Inventor
Maximilien Felix Reynst
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/105Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating

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Description

  • Vorrichtung zur magnetischen Bestimmung der Stärke einer aus unmagnetischem oder schwach magnetischem Material bestehenden Schicht Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Stärke einer aus unmagnetischem oder wenig magnetischem Material bestehenden Schicht auf magnetischem Wege.
  • Zur magnetischen Bestimmung der Stärke einer auf einem ferromagnetischen Material vorhandenen Schicht von etwa 1 bis 5000 Mikron, die z. B. aus Lack, Papier, Gummi, Metalloxyden, einem unmagnetischen Material, wie z. B. Aluminium, oder aber aus einem Metall geringer Permeabilität, z. B. Nickel, bestehen kann, sind Vorrichtungen bekannt, bei denen eine auf einem hufeisenförmigen Eisenkern angeordnete Spule benutzt wird. Zur bestimmung der Stärke wird dabei der genannte Eisenkern zunächst zwecks Erhaltung eines Eichwertes auf einem unbedeckten Teil der ferromagnetischen Unterlage oder auf einer mit einer Schicht bekannter Stärke versehenen Unterlage und dann auf der Schicht gestellt, deren Stärke zu ermitteln ist; im letzteren Fall durchlaufen die magnetischen Kraftlinien die Schicht unbekannter Stärke sowie die ferromagnetische Unterlage. Aus dem Unter- schied der in den beiden Fällen an der Eisenkernspule vorgenommenen Messungen läßt sich dann die unbekannte Stärke der Schicht ableiten.
  • Die genannte Messung, die gleichfalls bei nicht auf eine ferromagnetische Unterlage aufgebrachten Schichten, z. B. einem Papierband u. dgl., in der Weise vorgenommen werden kann, daß sie auf eine ferromagnetische Unterlage gelegt werden, kann z. B. in der Messung der an der Spule herrschenden Spannung bestehen, wenn diese Spule in beiden Fällen, d. h. bei der Eichung und bei der Messung, von einem Wechselstrom gleicher Größe erregt wird.
  • Außerdem ist es möglich, die Stärke der Schicht dadurch zu bestimmen, daß die Spule in eine wechselstromgespeiste Brückenschaltung eingeschaltet wird. Bei der Eichmessung wird dann das Gleichgewicht der Brückenschaltung eingestellt, während die Messung mit Hilfe eines in einer Diagonale der Brückenschaltung liegenden Anzeigeinstruments erfolgt.
  • Ferner ist es gleichfalls bekannt, einen an einer Zugfeder befestigten Eisenkern zu benutzen und den die Spule durchfließenden Erregerstrom allmählich herabzusetzen, bis der Kern von der Feder von der magnetischen Unterlage bzw. von der auf letzterer vorhandenen Schicht abgezogen wird, wobei der in diesem Augenblick herrschende Erregerstrom eine Anzeige über die gesuchte Stärke liefert.
  • Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung der beschriebenen Art wird die Stärke der Schicht nicht mit Hilfe einer einfachen Spule, sondern mittels einer auf dem Eisenkern angeordneten Sekundärwicklung ermittelt, z. B. durch Messen der darin induzierten Spannung.
  • Bei den obengenannten bekannten Vorrichtungen wird zur Erhaltung eines Eichwertes mit Hilfe eines Anzeigeinstruments entweder die Spannung an der auf dem Eisenkern angeordneten Spule oder der Erregerstrom auf einen bestimmten Wert eingestellt oder aber, falls die Spule einen Teil einer Brückenschaltung bildet, das Gleichgewicht der letzteren z. B. durch Änderung eines in einem der Zweige der Brückenschaltung liegenden Widerstands eingestellt.
  • Bei den Vorrichtungen der beschriebenen Art, die ein Zeigerinstrument, z. B. einen Drehspulmesser, aufweisen, ist der Zeigerausschlag der zu ermittelnden Schichtstärke zwar proportional, aber der Zeigerausschlag je Einheit der Schichtstärke, z. B. je Mikron, ist in hohem Maß von der magnetischen Permeabilität der ferromagnetischen Unterlage abhängig, die für verschiedene Eisen- oder Stahlsorten naturgemäß sehr verschieden ist und außerdem für jede Eisen- oder Stahlsorte von deren mechanische@ und Wärmebehandlung abhängig ist.
  • Außerdem ist der je Einheit der Schichtstäre erhaltene Zeigerausschlag gleichfalls von der Stärke der ferromagnetischen Unterlage abhängig.
  • Infolge dieser Abhängigkeit der erhaltenen Anzeige von den magnetischen Eigenschaften der Unterlage eignen sich die bekannten Vorrichtungen zwar zur Durchführung von absoluten Messungen, aber die Vornahme von solchen absoluten Messungen ist mit diesen bekannten Vorrichtungen erst nach langwierigen Eichungsmessungen durchzuführen und daher praktisch nicht durchführbar.
  • Gemäß der Erfindung können bei Vorrichtungen der beschriebenen Art die genannten Überlstände durch Anwendung eines U-förmigen Eisenkerns mit einer einfachen Spule vermieden werden, wobei der magnetische Widerstand des Weges, dem die sich von einem Kernende zum anderen und durch die Spule hindurch erstreckenden Kraftlinien beim Ausführen einer Messung folgen, einstellbar ist.
  • Unter U-förmigen Eisenkernen sind hier und im nachstehenden derart ausgestaltete Kerne zu verstehen, bei denen der weg, den die magnetischen Kraftlinien im Eisenkern der Spule durchlaufen, im wesentlichen U-förmig ist.
  • Die Einstellung des magnetischen Widerstandes kann mit verschiedenen an sich bekannten Mitteln bewerkstelligt werden. Ist ein großer Einstellbereich erforderlich, so erfolgt die Einstellung vorzugsweise durch Einstellung der Länge eines sich über den ganzen Kernquerschnitt erstreckenden Luftspaltes, falls jedoch nur ein kleiner Einstellbereich erforderlich ist, wird, um den magnetischen Widerstand des Kerns genau einstellen zu können, ein Luftspalt einstellbarer Größe benutzt, dessen Oberfläche kleiner als der Kernquerschnitt ist.
  • Gemäß einer günstigen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung besteht der Kern aus zwei am einen Ende miteinander verbundenen konzentrischen Teilen, wodurch eine Beeinflussung der Messung durch die Abhängigkeit des magnetischen Widerstands der Unterlage von der Richtung, in der die aus dem Kern heraustretenden magnetischen kraftlinien die Unterlage durchlaufen, vermieden wird und weist der innere Kernteil einen Luftspalt einstellbarer Größe auf.
  • Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung wird erreicht, daß die erhaltene Anzeige über die gesuchte Schichtdstärke nahezu ausschließlich vom Luftspalt und nicht von den magnetischen Eigenschaften der benutzten Unterlage abhängig ist. Im Zusammenhang damit kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen mit einem Anzeigeinstrument mit einer in Schichtstärken geeichten Skaleneinteilung versehen werden.
  • Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der eine besonders günstige Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist.
  • In der dargestellten Vorrichtung zur magnetischen Bestimmung der Stärke einer auf einer ferromagnetischen Unterlage vorhandenen Schicht bezeichnet 1 eine wechselstromgespeiste Brückenschaltung, deren Ausgangsspannung nach Verstärkung 2 und Gleichrichtung 3 einem Zeigerinstrument 4 zugeführt wird. In einen der Brückenzweige ist eine Spule 5 eingeschaltet, die auf einem aus zwei konzentrischen, zylindrischen und am einen Ende mittels einer Platte 6 verbundenen Teilen 7 und 8 bestehenden Eisenkern angeordnet ist. Die freien Enden des Kerns oder lediglich der mittlere Kern sind auf der Oberfläche einer auf einem Eisenband 9 vorhandenen Lackschicht 10 angeordnet, deren Stärke zu ermitteln ist. Im inneren Kernteil 8 ist ein mit einem Schraubengewinde versehener Hohlraum 11 vorhanden, in dem ein gleichfalls mit einem Schraubengewinde versehener Einstellkern 12 mit einem Bedienungsknopf 13 angeordnet ist, mit dessen Hilfe der magnetische Widerstand des Eisenkerns eingestellt werden kann.
  • In der Figur ist ferner mit 14 der Weg der magnetischen Kraftlinien bezeichnet, woraus ersichtlich ist, daß der Weg, dem diese Linien im Eisenkern 7, 6, 8 folgen, U-förmig ist.
  • Zum Eichen der Vorrichtung werden die freien Enden des Eisenkerns unmittelbar auf die Oberfläche der Unterlage 9 gesetzt, und der Einstellkern wird gedreht, bis der Zeiger des Instruments 4 auf Null steht. Das Gleichgewicht der Brückenschaltung ist nun eingestellt.
  • Bei Anordnung des Eisenkerns auf der Oberfläche der Schicht 10 wird das Gleichgewicht der Brückenschaltung infolge der Änderung des magnetischen Widerstands des kreises der Kraftlinien gestört, und am Instrument 4 kann die Stärke der Schicht 10 unmittelbar abgelesen werden, da die erhaltene Anzeige von den magnetischen Eigenschaften der Unterlage 9 nahezu unabhängig ist, wie aus nachstehendem hervorgeht: Die Spannung an der Spule 5, die für das Gleichgewicht der Brückenschaltung maßgebend ist, ist dem Kraftlinienfluß # im Kern proportional. Für die Größe des Kraftlinienflusses # gilt, wenn die Permeabilität der Schicht 10 derjenigen der Luft gleich ist: wobei: MMK = die im magnetischen Kreis wirksame magnetomotorische Kraft, lx = die zu ermittelnde Stärke der Schicht 10, lk = die Länge des Weges des kraftlinienflusses im Kern 7, 6, 8, lo die Länge des Weges des Kraftlinienflusses in der Unterlage 10, µk = die magnetische Permeabilität des Kerneisens, µo = die magnetische Permeabilität der Unterlage 9, Qx = der mittlere Querschnitt des Weges des Kraftlinienflusses in der Schicht 10, Qk = der mittlere Querschnitt des Weges des Kraftlinienflusses im Eisenkern 7, 6, 8, Qo = der mittlere querschnitt des Weges des Kraftlinienflusses in der Unterlage 9.
  • Es ist zu bemerken, daß die Faktoren Qx, lk, lo und µk einen durch die Abmessungen des Eisenkerns bzw. das Kerneisen bedingten unveränderlichen Wert besitzen.
  • Bei der Eichung der Vorrichtung werden die freien Enden des Kerns unmittelbar auf die Oberfläche der Unterlage 9 gesetzt und ist also lx = 0 und somit das erste Glied im Nenner der obigen Formel gleich Null. Wird dann mit Hilfe des Einstellkerns 12 das Gleichgewicht der Brückenschaltung eingestellt, so wird, da beim Gleichgewicht der Brückenschaltung der Kraftlinienfluß und die MMK einen vorherbestimmten Wert besitzen, bewerkstelligt, daß die Summe der beiden letzten Glieder im Nenner der Formel einen bestimmten, von den magnetischen Eigenschaften der angewendeten Unterlage 9 unabhängigen Wert annimmt.
  • Auf diese Weise wird der Einfluß der magnetischen Eigenschaften und der Abmessungen der Unterlage 10 durch Einstellung des magnetischen Widerstands des Eisenkerns ausgeglichen.
  • Bei der Bestimmung der Stärke einer Schicht ist dann die Störung des Brückengleichgewichts und mithin die Anzeige auf dem Instrument 4 nahezu ausschließlich von dem durch die Schicht 10 verursachten Luftspalt (2 lx) abhängig, und das Instrument kann in Schichtstärken, z. B. in Mikrons, geeicht werden.
  • Es ist zu bemerken, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch mit Vorteil bei der Bestimmung der Abweichung der Stärke einer Schicht von einem vorgeschriebenen Wert anwendbar ist, wenn die Eichung mit Hilfe einer Schicht der erforderlichen Stärke erfolgt.
  • Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung außerdem zur Bestmmung der Stärke einer Schicht angewendet wer@ den kann, die aus einem Material mit einer geringen magnetischen Permeabilität, wie z. B. Nickel, besteht.
  • Bei der Bestimmung der Stärke ist natürlich die Permeabilität der Schicht zu berücksichtigen, aber auch in diesem Fall hat die Vorrichtung gemäß der Erfindung den Vorzug, daß die erhaltene Anzeige von den Eigenschaften der Unterlage unabhängig ist.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur magnetischen Bestimmung der Stärke einer auf einer ferromagnetischen Unterlage angeordneten aus unmagnetischem oder schwach magnetischem Material bestehenden Schicht, die eine auf einem einseitig offenen U-förmigen Eisenkern vorgesehene einfache Spule aufweist und wobei beim Ausführen einer Messung die am offenen Kernende austretenden magnetischen Kraftlinien die Schicht unbekannter Stärke und die Unterlage durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand des Weges, dem die sich von einem Kernende zum anderen erstreckenden Kraftlinien beim Ausführen einer Messung folgen, einstellbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern einen Luftspalt einstellbarer Größe aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des einstellbaren Luftspalts kleiner als der Kernquerschnitt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus zwei am einen Ende miteinander verbundenen kon- zentrischen Teilen besteht und daß der innere Kernteil einen Luftspalt einstellbarer Größe aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kernteile, vorzugsweise der innere Kernteil, an dem vom freien Ende abliegenden Ende einen sich in der Längsrichtung des Kernteils erstreckenden Hohlraum aufweist, in dem ein Einstellkern verschiebbar angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Kernteil mit Schraubengewinde versehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Kern angeordnete Spule in eine wechselstromgespeiste Brückenschaltung geschaltet ist, die mit einem Anzeigeinstrument verbunden ist, das mit einer in Schichtstärke geeichten Skaleneinteilung versehen ist.
    Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr.159 364; schweizerische Patentschrift Nr. 182 818; französische Patentschrift Nr. 836 050.
DEN2533D 1941-06-07 1942-06-05 Vorrichtung zur magnetischen Bestimmung der Staerke einer aus unmagnetischem oder schwach magnetischem Material bestehenden Schicht Expired DE857278C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1059672B (de) * 1956-08-13 1959-06-18 Josef Brand Vorrichtung zur laufenden Kontrolle der Wandstaerke nicht metallischer und nicht transparenter Rohre, insbesondere im Zuge ihrer Herstellung
DE1136958B (de) * 1958-03-08 1962-09-27 Stamicarbon Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Abbauwirkungen auf Schachtwandungen
WO2019121988A1 (de) * 2017-12-20 2019-06-27 Helmut Fischer GmbH Institut für Elektronik und Messtechnik Elektronisches gerät mit sensor

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