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ELEKTRO-WERKSTATTEN BENEDIKT & JAGER, résidant à Vienne, APPAREIL POUR LA MESURE DES PROPRIETES MAGNETIQUES DE TOLES AIMANTEES PAR DU
COURANT ALTERNATIF,
Les dispositifs connus de mesure des propriétés magnétiques de tôles.) ne nécessitant pas des paquets complets de tôles, aimantées par du courant alternatif ne peuvent atteindre qu'imparfaitement la forme sinusoi- dale cherchée pour l'induction, parce que la tôle soumise à l'examen a une caractéristique différente des inévitables lignes de dispersion, et en outre parce que la chute de tension dans les enroulements d'aimantation connectés à une tension sinusoïdale provoque des différences.
La dispo- sition des culasses utilisées dans les instruments connus servant à pro- duire l'aimantation ainsi que la disposition des enroulements utilisés pour mesurer le flux de force entraînent des erreurs assez grandes, parce que les mesures comprennent, dans ce cas également, des champs de dispersion, notamment lorsque les instruments servent à faire des mesures sur des feuilles de tôles entières. L'évaluation des résultats des mesures est presque toujours difficile, d'une part, à cause des corrections nécessai- res pour tenir compte des différentes erreurs mentionnées et, aussi, parce que si l'on est intéressé par l'induction, on règle en fait le flux de force.
L'appareil décrit ci-après permet d'obtenir l'allure sinusoï- dale de l'induction dans la tôle à examiner et d'éliminer les champs de dispersion dans les mesures en donnant aux culasses qui servent à produire l'aimantation et aux enroulements qu'elles portent, une conformation appro- priée telle que la mesure indispensable du flux de force soit effectuée à l'exclusion de tous champs de dispersion.
La présente invention consiste substantiellement en ce que les enroulements sont portés par des culasses en U ou en E, entre les pièces polaires desquelles est monté l'échantillon ou éprouvette à examiner. Les instruments de mesure nécessaires peuvent être montés soit dans le circuit
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du courant d'aimantation, soit dans un circuit de courant de réglage du flux de force menté du côté de l'entrée d'un amplificateur. En donnant une forme appropriée à ce circuit, on peut régler le flux de force séparément suivant l'épaisseur de la tôle et l'induction.
L'invention est expliquée en détail dans la description ci-après de divers exemples de réalisation, avec référence au dessin annexé, dans le- quel :
Figure 1 représente le montage le plus simple du dispositif de réglage du flux de force.
Figure 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention.
Figure 3 représente un schéma de montage de culasse en E.
Figure 4 représente un schéma de montage permettant le réglage du flux de force séparément suivant l'induction et l'épaisseur des tôles.
Dans l'exemple représenté à la figure 1. du dispositif le plus simple de réglage du flux de force, là différence entre la tension fournie par les enroulements 4 et une tension de comparaison "e" servant de mesure (le la valeur que doit avoir le flux de force, est appliquée à l'entrée de l'amplificateur V. Celui-ci fournit le courant pour les enroulements 3 des culasses 2 et règle le flux de force de telle manière que, plus l'amplifica- tion est grande, plus ledit flux correspond exactement, quant à la forme de la courbe et à la valeur, à la tension de comparaison "e", qui peut être ré- glée par exemple au moyen d'un potentiomètre 5.
La puissance nécessaire pour les enroulements d'aimantation peut toutefois être prélevée en partie sur le réseau et en partie sur l'amplificateur qui peut être de dimensions correspondant à une puissance plus faible. Si l'instrument de mesure M repré- senté dans le schéma de montage est un wattmètre, son élongation donne une mesure des pertes spécifiques de la tôle à examiner, l'épaisseur de la tôle devant être prise en considération. Si les mesures sont faites sur des to- les de dimensions quelconques, il se produit des champs de dispersion laté- raux dans la tôle. Mais il faut utiliser un champ aussi homogène que pos- sible pour la mesure et le réglage.
Ce résultat peut être obtenu en dispo- sant les enroulements 4 qui servent à mesurer le flux de force et qui doivent être montés convenablement sur les pièces polaires des culasses, de manière telle qu'ils n'entourent ces derniers que proportionnellement à la partie du flux de force qui forme un champ homogène entre les pôles. A cet effet, comme on le voit en figure 2, les pièces polaires peuvent être divisées par exemple en trois parties par des saignées ou fentes 10 et les enroulements 4 peuvent n'entourer que la partie centrale desdites pièces polaires.
Pour des mesures effectuées avec des intensités de champ relativement grandes, il se produit aussi des champs de dispersion notables dans l'air, d'une part, entre les pôles des culasses parallèlement à la tôle à examiner et d'autre part, aussi à l'extérieur dans laamesure où la tôle est plus grande que les culasses. On peut éliminer de la mesura le champ de dispersion intérieur, en subdivisant les enroulements servant à mesurer le flux de force, en en donnant des dimensions et une disposition appropriées aux différentes parties des enroulements.
En donnant une forme en E aux culasses, on peut empêcher presque complètement le champ de dispersion extérieur lorsque l'aimentation des culasses s'effectue en sens inverses à partir du centre; ce champ peut aussi être totalement éliminé de la mesure si les enroulements qui servent à mesurer le flux de force sont disposés sur les branches centrales des cu- lasses en E.
A la figure 3 on voit une telle disposition des culasses. Les culasses 2 'en E sont excitées par des enroulements 3 de manière telle que la tôle à examiner soit aimantée dans des sens contraires à partir du centre.
Les enroulements 4a. montés très près de la tôle, ont un plus grand nombre de spires que les enroulements 4b, montés à plus grande distance, et en opposi-
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tion par rapport aux précédents. Comme les enroulements 4a et les enroule- ants 4b sont complètement interconnectés en chaîne avec le flux de force à mesurer, mais avec des intensités différentes avec le flux de dispersion,ce dernier flux est éliminé de la mesure lorsque le nombre de spires et la po- sition des bobines sont convenablement choisis. Les enroulements 4 et 4a, 4b, portés par les cul&sses, ne permettent que la mesure du flux, et non celle de l'induction.
Pour permettre le réglage du flux de force séparément suivant l'induction et l'épaisseur de la tôle, on utilise, conformément à la présen- te invention, pour l'attaque de la tension "e" déterminante pour le flux de force, et pour le réglage de l'une des grandeurs, un diviseur de tension
5 branché sur une tension réglable représentant elle-même une mesure de l'au- tre grandeur (figure 4). La mesure de cette tension devient inutile si son circuit de réglage est alimenté sous une tension constante, par exemple par un dispositif S régulateur-contrôleur de tension constante .dont les éléments de manoeuvre correspondants comportent chacun une échelle graduée. Le régla - ge d'un potentiomètre 5 peut être rendu fonction impérative delà distance des culasses entre elles, ce qui résulte de l'épaisseur de la tôle à exami- ner.
Le déplacement des culasses l'une par rapport à l'autre, lors de la mise en place de la tôle à examiner, est transmis mécaniquement à l'organe de réglage du potentiomètre.
Pour la séparation nécessaire des pertes en pertes par courants de Foucault, et en pertes par hystérésis, en vue de permettre la détermina- tion des pertes à des fréquences quelconques différentes de la fréquence de régime de l'appareil, une mesure de pertes au moins doit être possible sous une autre fréquence. On peut utiliser à cet effet un multiplicateur magné- tique de fréquence constitué par des bobines de réaction de saturations différentes et qui forme en même temps l'inductance d'un circuit de bloca- ge ou circuit piège accordé sur la fréquence du réseau, afin d'améliorer la forme de la courbe de tension en cas de mesure effectuée sur la fréquence du réseau, ainsi qu'il est nécessaire, en particulier avec un dispositif S maintenant la tension constante.
On a déjà montré, avec référence à la figure 1, comment on peut mesurer des pertes spécifiques au moyen d'un wattmètre. Or, l'utilisation d'un wattmètre permet aussi une mesure de l'onde de base du courant dé per- tes et du courant déwatté, ou des composantes correspondantes de l'intensité de champ, lorsque la tension appliquée au wattmètre est maintenue constante pendant le réglage de l'induction dans la tôle examinée et que la position relativa-nécessaire à chaque instant - des phases est établie entre cette tension et l'induction. Pour la mesure des pertes spécifiques,la tension ap- pliquée au wattmètre ne doit dépendre que de l'induction et non de l'épais- sour de la tôle examinée. La subdivision mentionnée ci-dessus est alors né- cessaire pour le réglage du flux de force.
En figure 4 on a représenté un montage possible qui permet, suivant l'induction et l'épaisseur de la tôle, la lecture directe des pertes spécifiques et des intensités de champ sur sur un wattmètre avec le réglage séparé ci-dessus indiqué de l'appareil; on y voit en particulier également comment, dans les deux applications, l'on peut passer de la mesure des composantes actives à la mesure des composantes déwattées sans commutateurs supplémentaires et sans potentiomètres séparés.
Comme en figure 1, l'amplificateur V alimente les enroulements d'exécition 3 des culasses 2 et règle également, comme dans ladite figure, le flux de force dans la tôle à examiner 1, en fonction de la tension "e".
Cette tension est prise sur un potentiomètre 5 réglable automatiquement ou à régler suivant l'épaisseur de la tôle et dont une partie est en parallèle au condensateur 7, son autre partie étant parallèle à une résistance 8. En prélevant la tension sur la partie du potentiomètre 5 qui est parallèle au condensateur 7, la tension "e" est décalée de 90 par rapport à la tension appliquée au wattmètre M, et la composante déwattée du courant d'aimantation est donc en phase avec la tension appliquée au wattmètre M. Le wattmètre
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M réagira donc à une composante déwattée du courant d'aimantation.
Si la tension "e" est prise sur la partie du potentiomètre 5 qui est parallèle à la résistance 8, sa position de phase est décalée de 90 sur la précédente et le wattmètre M réagit à la composante active du courant d'aimantation.
Le réglage de l'induction s'effectue par le potentiomètre 6, à l'aide duquel on règle le courant dans le condensateur 7 ou dans la résis- tance 8,et par conséquent la tension totale appliquée au potentiomètre 5.
Dans la position A du commutateur 9, il passe dans le circuit de tension du wattmètre M le même courant que dans les éléments de couplage 7 et 8, de telle manière que la tension appliquée au wattmètre est, elle aussi, pro- portionnelle à la tension totale appliquée au potentiomètre 5 et, par suite, à l'induction fixée par le réglage. Or, le produit de l'induction par la composante active ou par la composante.déwattée du courant d'aimantation - produit qui est donc formé par le wattmètre M - constitue une mesure des com- posantes correspondantes de la puissance spécifique. Dans la position B du commutateur 9, le wattmètre M reçoit une tension constante E.
Le wattmètre M forme le produit de la constante par le courant actif ou par le courant dé- watté, et il peut indiquer directement les composantes correspondantes de l'intensité de champ.
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ELEKTRO-WERKSTATTEN BENEDIKT & JAGER, resident in Vienna, APPARATUS FOR MEASURING THE MAGNETIC PROPERTIES OF MAGNETIC SHEETS BY DU
ALTERNATING CURRENT,
Known devices for measuring the magnetic properties of sheets.) Not requiring complete packages of sheets, magnetized by alternating current, can only imperfectly achieve the sinusoidal shape sought for induction, because the sheet subjected to l The examination has a different characteristic from the inevitable scatter lines, and further because the voltage drop in the magnetization windings connected to a sinusoidal voltage causes differences.
The arrangement of the yokes used in the known instruments serving to produce the magnetization as well as the arrangement of the windings used to measure the force flow lead to rather large errors, because the measurements include, in this case also, scattering fields, especially when the instruments are used to make measurements on whole sheets of metal. Evaluating the results of measurements is almost always difficult, on the one hand, because of the corrections necessary to take account of the various errors mentioned and, also, because if one is interested in induction, one adjusts in fact the flow of force.
The apparatus described below makes it possible to obtain the sinusoidal shape of the induction in the sheet to be examined and to eliminate the dispersion fields in the measurements by giving the yokes which are used to produce the magnetization and the windings which they carry, an appropriate conformation such that the indispensable measurement of the force flow is carried out with the exclusion of all fields of dispersion.
The present invention consists substantially in that the windings are carried by U-shaped or E-shaped yokes, between the pole pieces of which the sample or test piece to be examined is mounted. The necessary measuring instruments can be mounted either in the circuit
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of the magnetization current, or in a current circuit for adjusting the force flow lying on the input side of an amplifier. By giving an appropriate form to this circuit, the flow of force can be regulated separately according to the thickness of the sheet and the induction.
The invention is explained in detail in the following description of various exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawing, in which:
Figure 1 shows the simplest assembly of the force flow adjustment device.
Figure 2 is a perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
Figure 3 shows an E cylinder head assembly diagram.
Figure 4 shows an assembly diagram allowing the adjustment of the force flow separately according to the induction and the thickness of the sheets.
In the example shown in Figure 1 of the simplest device for adjusting the force flow, the difference between the voltage supplied by the windings 4 and a comparison voltage "e" serving as a measure (the value that must have the force flow, is applied to the input of amplifier V. This provides the current for the windings 3 of the yokes 2 and regulates the force flow in such a way that, the greater the amplification, the more the said flux corresponds exactly, as regards the shape of the curve and the value, to the comparison voltage "e", which can be adjusted for example by means of a potentiometer 5.
The power necessary for the magnetization windings can however be taken partly from the network and partly from the amplifier which can be of dimensions corresponding to a lower power. If the measuring instrument M shown in the assembly diagram is a wattmeter, its elongation gives a measure of the specific losses of the sheet to be examined, the thickness of the sheet having to be taken into account. If the measurements are made on panels of any dimensions, lateral scattering fields are produced in the sheet. However, as homogeneous a field as possible must be used for measurement and adjustment.
This result can be obtained by arranging the windings 4 which serve to measure the force flow and which must be properly mounted on the pole pieces of the yokes, in such a way that they surround the latter only in proportion to the part of the cylinder head. flow of force which forms a homogeneous field between the poles. To this end, as can be seen in FIG. 2, the pole pieces can be divided for example into three parts by grooves or slots 10 and the windings 4 can only surround the central part of said pole pieces.
For measurements carried out with relatively large field strengths, there are also notable scattering fields in the air, on the one hand, between the poles of the cylinder heads parallel to the sheet to be examined and on the other hand, also at the outside in the frame where the sheet is larger than the cylinder heads. The internal stray field can be eliminated from the measurement by subdividing the windings used to measure the flow of force, giving the different parts of the windings appropriate dimensions and arrangement.
By giving the cylinder heads an E-shape, the external stray field can be almost completely prevented when the cylinder heads are fed in reverse directions from the center; this field can also be completely eliminated from the measurement if the windings which serve to measure the force flow are arranged on the central branches of the E-legs.
In Figure 3 we see such an arrangement of the cylinder heads. The yokes 2 'in E are excited by windings 3 such that the sheet to be examined is magnetized in opposite directions from the center.
The windings 4a. mounted very close to the sheet, have a greater number of turns than the windings 4b, mounted at a greater distance, and in opposite
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tion compared to the previous ones. As the windings 4a and the windings 4b are completely interconnected in chain with the force flux to be measured, but with different intensities with the dispersion flux, this latter flux is removed from the measurement when the number of turns and the po - Position of the coils are suitably chosen. The windings 4 and 4a, 4b, carried by the ends, only allow the measurement of the flow, and not that of the induction.
In order to allow the force flow to be adjusted separately according to the induction and the thickness of the sheet, in accordance with the present invention, the stress "e" which is decisive for the force flow is used for the attack, and for the adjustment of one of the quantities, a voltage divider
5 connected to an adjustable voltage which itself represents a measure of the other magnitude (FIG. 4). The measurement of this voltage becomes unnecessary if its regulating circuit is supplied with a constant voltage, for example by a constant voltage regulator-controller device S, whose corresponding operating elements each comprise a graduated scale. The adjustment of a potentiometer 5 can be made an imperative function of the distance between the cylinder heads, which results from the thickness of the sheet to be examined.
The movement of the cylinder heads relative to each other, when the sheet to be examined is being placed in place, is transmitted mechanically to the potentiometer adjustment member.
For the necessary separation of losses into eddy current losses and hysteresis losses, in order to allow the determination of losses at any frequencies other than the operating frequency of the device, at least one loss measurement must be possible under another frequency. A magnetic frequency multiplier can be used for this purpose consisting of feedback coils of different saturations and which at the same time forms the inductance of a blocking circuit or trap circuit tuned to the network frequency, in order to to improve the shape of the voltage curve in the event of measurement carried out on the frequency of the network, as is necessary, in particular with a device S keeping the voltage constant.
It has already been shown, with reference to FIG. 1, how one can measure specific losses by means of a wattmeter. However, the use of a wattmeter also allows a measurement of the base wave of the current losses and of the dewatted current, or of the corresponding components of the field intensity, when the voltage applied to the wattmeter is kept constant. during the adjustment of the induction in the examined sheet and that the relativa-necessary position at all times - of the phases is established between this voltage and the induction. For the measurement of specific losses, the voltage applied to the wattmeter must depend only on the induction and not on the thickness of the sheet examined. The above-mentioned subdivision is then necessary for the adjustment of the force flow.
In Figure 4 there is shown a possible assembly which allows, depending on the induction and the thickness of the sheet, the direct reading of specific losses and field intensities on a wattmeter with the separate adjustment indicated above of the apparatus; we also see in particular how, in the two applications, it is possible to pass from the measurement of the active components to the measurement of the wattled components without additional switches and without separate potentiometers.
As in figure 1, the amplifier V supplies the execution windings 3 of the yokes 2 and also regulates, as in said figure, the force flow in the sheet to be examined 1, as a function of the voltage "e".
This voltage is taken on a potentiometer 5 automatically adjustable or to be adjusted according to the thickness of the sheet and part of which is in parallel with the capacitor 7, its other part being parallel to a resistor 8. By taking the voltage from the part of the potentiometer 5 which is parallel to the capacitor 7, the voltage "e" is offset by 90 with respect to the voltage applied to the wattmeter M, and the deviated component of the magnetization current is therefore in phase with the voltage applied to the wattmeter M. The wattmeter
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M will therefore react to a dewatted component of the magnetization current.
If the voltage "e" is taken from the part of the potentiometer 5 which is parallel to the resistor 8, its phase position is shifted by 90 on the previous one and the wattmeter M reacts to the active component of the magnetization current.
The induction is adjusted by potentiometer 6, by means of which the current in capacitor 7 or in resistor 8 is adjusted, and consequently the total voltage applied to potentiometer 5.
In position A of switch 9, the same current passes through the voltage circuit of the power meter M as in the coupling elements 7 and 8, so that the voltage applied to the power meter is also proportional to the total voltage applied to potentiometer 5 and, consequently, to the induction set by the adjustment. Now, the product of the induction by the active component or by the deviated component of the magnetization current - a product which is therefore formed by the wattmeter M - constitutes a measurement of the corresponding components of the specific power. In position B of switch 9, the power meter M receives a constant voltage E.
The wattmeter M forms the product of the constant by the active current or by the deviated current, and it can directly indicate the corresponding components of the field strength.