CH679701A5

CH679701A5 -

Info

Publication number: CH679701A5
Application number: CH40690A
Authority: CH
Inventors: Robert Racz; Thomas Seitz
Original assignee: Landis & Gyr Betriebs Ag
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1992-03-31
Also published as: DE4102928A1

Description

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CH 679 701 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung magnetischer Felder gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Einrichtungen eignen sich zur Messung von magnetischen Feldern, insbesondere von Gleichfeldern. Je nach Bauart der Einrichtung ist die Empfindlichkeit unterschiedlich.

Bei Einrichtungen zur Messung magnetischer Felder wird oftmals das Prinzip des Flusstor-Magnetometers (Fluxgate) verwendet. Dabei wird in den zu messenden magnetischen Kreis ein Element eingefügt, das mittels einer Spule periodisch in die magnetische Sättigung gebracht wird. Dadurch wird der zu messende Fluss periodisch unterbrochen. Mittels einer weiteren Spule kann ein Wechselspannungssignal entnommen werden, das dem zu messenden Fluss proportional ist. Eine Einrichtung dieser Art ist aus der EP-PS 0 065 589 bekannt.

Bei einer solchen Messung findet aber zwangsläufig eine Unterbrechung des zu messenden Flusses statt, wodurch der Skineffekt entsteht und die Messgenauigkeit ungünstig beeinflusst wird. Deshalb sind der Messung kleiner Flüsse Grenzen gesetzt. Bei bestimmten Anwendungen, etwa der Messung von Sauerstoffgehalten in Gasen, werden magnetische Brückenschaltungen eingesetzt, bei denen strikt gefordert wird, dass der zu messende Fluss nicht unterbrochen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Messung kleinster Flüsse, insbesondere von Gieichfeldern, geeignete Einrichtung zu schaffen, die den Magnetkreis nicht beeinflusst und deren Ausgangssignal auf einfache Weise zur definitiven Messgrösse gewandelt werden kann.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Einrichtung zur Messung von Magnetfeldern,

Fig. 2 den Feldlinienverlauf im Kern des Sensors bei abgeschaltetem Flusstor,

Fig. 3 den Feldlinienverlauf im Kern des Sensors bei erregtem Flusstor.

In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Kern. Dieser ist ein ebenes, dünnes Blech und besteht aus einem magnetisch leitenden Material, beispielsweise Mume-tall. Mit Vorteil besteht der Kern 1 aber aus Metallglas, weil sich damit bei hohen Erregungsfrequenzen der Skineffekt besser unterdrücken lässt. Der Kern 1 weist einen ersten Ausschnitt 2 auf, durch den der Kern 1 in seiner Längsrichtung in zwei Zweige aufgeteilt wird, nämlich in einen Messstrang 3 und in einen Nebenstrang 4. Innerhalb des Nebenstrangs 4 sind zwei weitere Ausschnitte 5 angeordnet, deren Längsachse quer zur Durchflutungsrich-tung 6 angeordnet ist. Durch diese Ausschnitte 5 wird innerhalb des Nebenstrangs 4 ein Steg 7 gebildet, der den Kern einer Erregerwicklung 8 darstellt. Der Nebenstrang 4 bildet so zusammen mit der Erregerwicklung 8 ein Flusstor.

Um den Messstrang 3 ist eine Messwicklung 9 gelegt. Die Erregerwicklung 8 wird von einer Erregerquelle 10 gespeist. Das Signal der Messwicklung

9 wird einer Auswerteschaltung 11 zugeführt.

Wenn die Erregerwicklung 8 nicht erregt ist, ergibt sich die durch die Fig. 2 dargestellte Durchflutung des Kerns 1. Die Durchflutung teilt sich gleich-mässig auf den Messstrang 3 und den Nebenstrang 4 auf. Das Verteiiungsverhältnis kann durch die geometrische Gestaltung beeinflusst werden. Vom Gesamtfiuss ®tot geht ein Teilfluss durch den Messstrang 3, der andere Teilfluss ®i durch den Nebenstrang 4.

Wird die Erregerwicklung 8 so stark erregt, dass der Steg 7 in Sättigung geht, so wird entsprechend Fig. 3 der Gesamtfiuss Otot durch den Messstrang 3 geleitet. Zusätzlich zum Teilfluss om geht also auch der Teilfluss $1 durch den Messstrang 3. Wird nun durch die Erregerquelle 10 eine sinusförmige Spannung auf die Erregerwicklung 8 gegeben, wobei die Spannung knapp grösser ist als zur Erreichung der Sättigungsfeldstärke Hsat nötig, so wird in der Messwicklung 9 eine Spannung induziert, deren Grösse dem Produkt aus Windungszahl der Messwicklung 9, der Frequenz der Erregungsspannung und der Flussdifferenz Otot - ®m proportional ist. Diese Flussdifferenz ist gleich gross wie der Teilfluss ©i. Es gilt dabei u = 4 - n • f - <&i, wobei u die induzierte Spannung, n die Windungszahl der Messwicklung 9, f die Erregerfrequenz und 4>i der schon erwähnte umgeleitete Teilfluss ist.

Die Tatsache, dass die Grösse der induzierten Spannung von der Frequenz abhängig ist, wird vorteilhaft zur Einstellung der Empfindlichkeit genutzt. Je höher die Frequenz, desto grösser die Empfindlichkeit. Die erreichbare Empfindlichkeit liegt bei einer Erregerfrequenz von 200 kHz etwa bei 200 Volt pro Windung und Tesla. Damit lassen sich Magnetfelder der Grössenordnung von 10_s bis 10-7 Tesla messen.

Die Aufteilung der Teilflüsse und ©i ist abhängig von der Geometrie des Kerns 1 und kann einmalig bestimmt werden. Sie ergibt sich aus der Dimensionierung des Kerns 1 bei gleichbleibender Dicke aus dem Verhältnis der Breite des Messstrangs 3 und der schmälsten Stelle des Nebenstrangs 4. Die schmälste Stelle ist jene neben den Ausschnitten 5. Somit kann auch das Verhältnis x = ©i/$tot bestimmt werden. Der Wert x ist dabei eine Kennzahl für die Einrichtung. Somit kann bei Messungen von der Flussänderung ®i auf den Gesamtfiuss ®tot geschlossen werden. Auch durch dieses Verhältnis kann die Empfindlichkeit beeinflusst werden.

Bei Erregung der Erregerwicklung 8 mit einer sinusförmigen Spannung wird in der Messwicklung 9 eine sinusähnliche Spannung induziert. Da die Abweichung dieser Spannung von der Sinusform nur klein ist, ist es bei tiefen Frequenzen (kleiner als

10 kHz) vorteilhaft, die Spannung direkt mit einem

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Wechselspannungs-Effektivwert-Messgerät zu erfassen. Die Auswerteschaltung 11 ist in diesem Fall ein solches Wechselspannungs-Effektivwert-Messgerät. Bei höheren Frequenzen als 10 kHz wird als Auswerteschaltung 11 vorteilhaft eine gleichrichtende Verstärkerstufe mit nachfolgender Glättung und ein den Spitzenwert der Messspannung erfassendes Drehspulinstrument eingesetzt. In jedem Fall aber ist in der Auswerteschaltung 11 noch eine Verstärkerstufe vorhanden, deren Verstärkungsfaktor dem Wert 1/x = ®tot/<ï>i entspricht.

Mit Vorteil hat der Kern 1 eine Dicke von 15 bis 100 um. In Verbindung mit der schon als vorteilhaft genannten Verwendung von Metallglas wird damit erreicht, dass auch der Entmagnetisierungsfaktor klein ist.

Die beschriebene Einrichtung kann man als ge-shuntetes Flusstor-Magnetometer auffassen, bei dem der zu messende magnetische Fluss nie unterbrochen wird. Durch das Schliessen des Flusstors wird der magnetische Teilstrom vom Nebenstrang 4 auf den Messstrang 3 umgeleitet.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Messung magnetischer Felder, bestehend aus einem magnetisierbaren Kern (1), einer zu einem Flusstor (4, 8) gehörenden Erregerwicklung (8), einer Messwicklung (9), einer Erregerquelle (10) und einer Auswerteschaltung (11), wobei bei Erregung der Erregerwicklung (8) mittels der Erregerquelle (10) durch einen Wechselstrom in der Messwicklung (9) ein der Flussänderung (4>i) proportionaler Wechselstrom erzeugt wird, der von der Auswerteschaltung (11) in eine Anzeigegrösse umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) als Flussteiler gestaltet ist, bei dem der eine Teilfluss (Oi) durch das Flusstor (4, 8) unterbrechbar ist, so dass der Gesamtfiuss (<&t0t) durch einen Messstrang (3) fliesst.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) ein ebenes, dünnes Blech ist und einen Ausschnitt (2) aufweist, durch den der Magnetfluss <E»tot bei nicht erregtem Flusstor (4, 8) teilbar ist in einen durch einen Messstrang (3) fliessenden Teilfluss <ï>m und einen durch einen Nebenstrang (4) fiiessenden Teilfluss <E>1.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) aus Metallglas besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) eine Dicke von 15 bis 100 um aufweist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (11) einen Verstärker enthält, der den Messwert durch den eine Kennzahl für die Einrichtung darstellenden Wert x = ®iMot dividiert bzw. mit dessen Kehrwert multipliziert.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerquelle (10) eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz gleich oder kleiner 10 kHz entnehmbar ist und dass die Auswerteschaltung ein Wechselspannungs-Ef-fektivwert-Messgerät enthält.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerquelle (10) eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz grösser 10 kHz entnehmbar ist und dass die Auswerteschaltung (11) eine gleichrichtende Verstärkerstufe mit nachfolgender Glättung und ein den Spitzenwert der Messspannung erfassendes Anzeigeelement enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dass das Anzeigeelement ein Drehspulinstrument ist.

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