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Einrichtung zur Messung oder zum Nachweis der Magnetisierung ein inhomogenes
Eigenfeld besitzender Proben Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Messung oder zum Nachweis der Magnetisierung ein inhomogenes Eigenfeld besitzender,
vorzugsweise stabförmiger Proben. Es sind zu diesem Zweck bereits Magnetometer mit
Magnetisierung der Probe in offener Magnetisierungsspule ohne Schlußjoch bekannt,
bei denen die Feldmessung außerhalb der Magnetisierungsspule an einem Punkt durchgeführt
wird, in dem nur das Eigenfeld der Probe, nicht aber das der Magnetisierungsspule
herrscht. Ein Restfeld der Magnetisierungsspule wird durch zusätzliche Kompensationsspulen,
die mit der Magnetisierungsspule in Reihe geschaltet sind, kompensiert.
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Es ist auch bekannt, eine solche Messung im Innern der Magnetisierungsspule
in der Nähe der magnetischen Pole der Probe vorzunehmen, wo die Eigenfeldstärke
wesentlich höhere Beträge annimmt als außerhalb der Magnetisierungsspule, und die
Wirkung der Feldstärke der Magnetisierungsspule dadurch von der Messung auszuschließen,
daß die Richtung, in der die Feldstärke gemessen wird, senkrecht steht auf der Richtung
des Magnetisierungsspulenfeldes. Man wählt als Aufpunkt für die Messung zweckmäßigerweise
eine Stelle in der Nähe der Pole der Probe, an der die Eigenfeldstärke der Probenpole
senkrecht zu der Feldrichtung der Magnetisierungsspule steht.
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Vorzugsweise wird eine solche Anordnung für Koerzimeter benutzt, bei
denen es bei der Magnetisierungsmessung nur darauf ankommt, denjenigen Magnetisierungsstrom
einzustellen, bei den die Magnetisierung gerade Null wird. Hier handelt es sich
um eine Nullmethode, bei der es nicht auf eine gute Konstanz der Meßanordnung, sondern
nur auf deren hohe Empfindlichkeit ankommt. Eine für Magnetisierungsmessungen ausreichende
Konstanz ist bei diesem Verfahren, insbesondere bei Verwendung von Feldmeßgeräten
mit beweglichen Systemen, wie z. B. Magnetometernadeln oder Drehspulsystemen mit
Hilfserregerstrom, nicht zu erwarten.
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Bei derartigen Feldmeßsystemen entsteht durch die zur eigentlichen
Meßeinrichtung senkrechte Feldkomponente der Magnetisierungsspule eine zusätzliche
Richtkraft, die die Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der nicht zu messenden Feldkomponente
der Magnetisierungsspule steigert oder schwächt. Dieser Nebeneffekt macht eine solche
Anordnung für Magnetisierungs- und Induktionsmessungen ungeeignet. Für Koerzimeter,
bei denen das Meßsystem nur als Nullindikator benutzt wird, ist die Empfindlichkeitsänderung
zwar grundsätzlich kein Hindernis für die Anwendung, praktisch ist sie jedoch sehr
störend, da die elastischen Richtkräfte des Systems groß sein müssen gegenüber der
beschriebenen Richtkraftänderung durch das Magnetisierungsspulenfeld. Der maximale
Empfindlichkeitsbereich wird dadurch so sehr beschränkt, daß der Vorteil der Messung
in der Nähe der Probenpole unter Umständen gar nicht wahrgenommen werden kann.
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Auch andere Feldmeßeinrichtungen, z. B. mit Feldmeßgenerator oder
mit ballistischen Meßverfahren mit Schwenk- oder Abziehspulen für die Feldmessung,
werden durch das Magnetisierungsspulenfeld gestört, wenn dieses Feld groß ist gegenüber
der zu messenden Eigen,feldkomponente der Probe. Es bedarf dann einer sehr genauen
Justierung der Richtung, in der die Feldrkomponente gemessen wird. Selbst der kleinste
Fehler in der Winkellage des Feldmeßgenerators oder in der Kommutierungssclialtphase
seines Kollektors bringt bereits einen erheblichen Fehler in die Messung, da eine
dem Winkelfehler entsprechende Komponente des Magnetisierungsspulenfeldes mitgemessen.
wird. Hierzu gehören beispielsweise Geräte, bei denen die Probe in ein homogenes
Magnetfeld eingebracht wird und vor der Stirnfläche der Probe eine Spule angeordnet
ist, die in Richtung der magnetischen Achse der Probe Schwingungen ausführt. Eine
höhere Meßgenauigkeit besitzen demgegenüber Einrichtungen zum Messen der magnetischen
Größen, die astatische Magnetsysteme verwenden, die beispielsweise im Inneren einer
offenen Magnetisierungsspule untergebracht sind. Bei den bisher bekanntgewordenen
Einrichtungen dieser Art befindet sich das astatische Magnetsystem jedoch in einer
unsymmetrischen Lage zur Probe. In dieser Lage besitzt das astatische Magnetsystem
jedoch nicht seine größte Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit hängt ab von Größe
und Richtung der Kraftvektoren auf dem Magnetsystem. Sie ist dann am größten, wenn
die Kraftvektoren gegenläufig und gleich groß sind, was bei der bekannten unsymmetrischen
Anordnung nicht der Fall ist. Mit den steigenden Genauigkeitsanforderungen ergibt
sich aber auch das Bedürfnis, die Meßeinrichtung so aufzubauen, daß sie die größtmögliche
Empfindlichkeit besitzt.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Einrichtung zur Messung oder zum
Nachweis der Magnetisierung ein inhomogenes Eigenfeld besitzender, vorzugsweise
stabförmiger Proben im homogenen Feld einer offenen Magnetisierungsspule mit einer
für homogene Felder astatischen Feldmeßeinrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Feldmeßeinridhtung mittels zweier getrennter Meßorgane den Richtungsunterschied
der Eigenfeldstärke der Probe in zwei symmetrisch zur Probe liegenden Feldmeßräumen
erfaßt. Bei einer derartigen Einrichtung können die beiden Feldmeßräume mit einem
gemeinsamen Feldmeß-Drehspulsystem mit doppelter Wicklung gemessen werden. Hierzu
lassen sich Feldmeß-Generatorspulen gleichen Windungsquerschnittes verwenden, die
auf einer gemeinsamen Generatorachse mit parallelen Spulenachsen angebracht und
mit gegenläufigem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind.
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Fig. I und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
In die Magnetisierungsspule I wird eine vorzugsweise stabförmige oder prismatische
Probe 2 in reproduzierbarer Lage eingebracht. Zur Messung der Magnetisierung dient
ein Drehspulsystem 3, das in Fig. 2 in der Seitenansicht dargestellt ist. Es besteht
aus einem an den Spannbändern 4 und 5 aufgehängten Glimmerblättchen 6 als Spulenträger.
Die Wicklung setzt sich aus zwei Einzelwicklungen 7 und 8 mit gleichen Windungsflächen
zusammen, die mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet sind und über
die Spannbänder 4 und 5 mit einem konstanten Hilfsstrom erregt werden.
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Der Ausschlag wird z. B. mittels Lichtzeiger und Spiegel g abgelesen.
Das Eigenfeld der Probe 2 ist durch zwei Kraftlinien 12 dargestellt, die von den
Polen der Probe 2 ausgehen und die äußeren Schenkel der Wicklungen 7 und 8 infolge
der Inhomogenität des Eigenfeldes der Probe in verschiedenen Richtungen schneiden.
Dabei sind die Kraftvektoren 10 und II, dereh Richtung senkrecht zu den Wicklungsschenkeln
7 und 8 und senkrecht zu den Kraftlinien ist, gegenläufig und gleich groß, so daß
die Empfindlichkeit des dadurch bedingten Ausschlages am größten ist.
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Die Abmessungen des Drehspulsystems und der Abstand von dem Probenende
werden zweckmäßig so dimensioniert und die Anordnung so getroffen, daß die Drehachse
des Drehspulsystems die verlängerte Probenachse senkrecht schneidet und. die Außenschenkel
der Wicklungen 7 und 8 an der Stelle des Eigenfeldes der Probe liegen, an der das
Produkt von Radialkomponente der Eigenfeld-
stärke und des Achsabstandes
einen Maximalwert besitzt. Bei langen Probestäben ist der optimale Schenkelabstand
aO zwischen den Außenschenkeln 7 und 8 der Wicklungen gleich dem 2 1 2-fachen Betrag
des Abstandes p des nahen Probenpoles von der Drehachse des Drehspulinstrumentes.
aO = 2 1 2p. Für hochempfindliche Einrichtungen wird man die Außenschenkel der Wicklungen
7 und 8 in möglichste Nähe dieser optimalen Meßstelle bringen.
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Die Wicklung der Magnetisierungsspule wird in an sich bekannter Weise
z. B. durch große Länge oder durch erhöhte Windungszahl je Längeneinheit an den
Enden der Magnetisierungsspule so dimensioniert, daß die Feldstärke der Magnetisierungsspule
in dem von dem Drehspulsystem eingenommenen Meßraum homogen ist. Eine Einrichtung
der beschriebenen Art kann vorzugsweise als Koerzimeter dienen. Das Drehspulsystem
wird dann lediglich zum Nachweis des Nulldurchganges der Magnetisierung benutzt.
Die Koerzitivkraft ist bei diesem Nulldurchgang gleich der Feldstärke der Magnetisierungsspule,
die sich aus dem Magnetisierungsstrom errechnen läßt. Die Einrichtung kann aber
auch benutzt werden, um z. B. die Sättigungsinduktion bzw. Sättigungsmagnetisierung
sehr schwach ferromagnetischer Körper zu bestimmen oder auch die Suszeptibilität
paramagnetischer oder diamagnetischer Körper. Diese Möglichkeiten ergeben sich aus
der nach dem Erfindungsgedanken gegebenen, gegenüber bekannten Meßeinrichtungen
erheblich gesteigerten Empfindlichkeit der Messung des Eigenfeldes der Probe.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel des Erfindungsgedankens, bei dem
für die Messung des Eigenfeldes der Probe ein Meßgenerator benutzt wird.
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In die Magnetisierungsspule 3I wird ebenso wie bei Fig. I die Probe
32 eingebracht. Der Feldmeßgenerator hat zwei Generatorspulen 33 und 34 mit parallelen
Spulenachsen, die zur gemeinsamen Drehachse 35 senkrecht stehen und deren Wicklungen
bei gleichem Windungsquerschnitt mit entgegengesetztem Wicklungssinn in Reihe geschaltet
sind. Die beiden Enden der Doppelwicklung sind an die Kollektorlamellen des Kollektors
36 angeschlossen, von dem die gleichgerichtete Meßspannung mit den beiden Bürsten
37 abgenommen wird. Der Antrieb erfolgt zweckmäßig mit einem Elektromotor 38 über
eine unmagnetische lange Welle 3I, so daß die ferromagnetischen Teile des Motors
und seine Streufelder die Messung nicht stören. Die für homogene Felder astatische
Anordnung hat gegenüber dem an sich bekannten Drehkoerzimeter den Vorteil, daß weder
die Erdfeldstärke noch die zur Drehachse des Generators senkrechte Komponente der
Magnetisierungsspulenfeldstärke wirksam ist, die entsteht, wenn di Drehachse nicht
genau parallel zur Magnetisierungsspulenachse justiert wird. Die magnetische Wirkungsweise
ist im übrigen die gleiche. wie zu Fig. I und 2 beschrieben, nur daß die beiden
Meßstellen nicht am gleichen Probenende, sondern an verschiedenen P robenenden angebracht
sind.