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Publication number: DEG0011290MA
Authority: DE

Description

5UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 21. März 1953 Bekanntgemacht am 29. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von .Probestücken von magnetischen Materialien.

Auf vielen Gebieten der Technik ist eine genaue Kenntnis der magnetischen Eigenschaften eines magnetischen Stoffes erforderlich. So ermöglicht beispielsweise in der Elektromaschinenindustrie die Auswahl eines magnetischen Materials von gewünschten magnetischen Eigenschaften die Herstellung von Maschinen mit wesentlich besseren Betriebseigenschaften' und Wirkungsgraden. Es lassen sich nämlich durch geeignete Auswahl von magnetischen Materialien mit hoher Permeabilität und geringen Hysteresis- und Wirbelstromverlusten raumsparende Maschinen und Maschinen mit höherem Wirkungsgrad herstellen. Es ist daher wichtig, Meßeinrichtungen zur Messung der magnetischen Eigenschaften, nämlich der Permeabilität, der Verluste usw., zu entwickeln.

Die üblichen Mittel zur Messung der magnetischen Eigenschaften erforderten die Herstellung von speziell geformten Probestücken und die Durch-, führung von Laboratoriumsverisuchen an diesen

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Stücken. Dies stellt einen mühsamen und zeitraubenden Weg dar, der auch zur Zerstörung des Materials führt, aus welchem das Probestück entnommen 'wird, und ferner häufig die magnetischen Eigenschaften durch innere Spannungen des Materials verändert. Außerdem liefern Laboratoriumisversuche an Probestücken von Blechmaterial gewöhnlich nur Durchschnittswerte innerhalb des ganzen Probestücks. Die Prüfung von kleinen

to Teilen des Probestücks erfordert das Bohren von Löchern, um die Flußdichte in einzelnen Teilen der Probe bestimmen zu können. Dabei wird natürlich die Probe für andere Messungen zerstört, so daß dieser Weg kostspielig ist. Außerdem (ist bei anisotropen Materialien eine vollständige Kenntnis verschiedener Teile des Probestücks nicht zu erhalten, wenn man nicht eine große Anzahl von Löchern in dem Probestück anbringt.

Es ist auch bereits bekannt, Längsrisse in Röhren aus leitendem Material dadurch festzustellen, daß man das zu untersuchende Rohr in eine mit einem Wechselstrom erregte Spule einschiebt, so daß der Rohrquerschnitt dann wie eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung zu dieser Spule arbeitet und einen Kurzschluß wechselstrom führt. Wenn der Rohrquerschnitt vollkommen homogen ist, d. h. das Rohr keine Längsrisse aufweist, so ist der Spannungsabfall zwischen zwei benachbarten Punkten auf dem Rohrumfang, der durch den .Kurzschlußstrom hervorgerufen wird, an jeder Stelle des Umfangs des Rohres gleich groß. Dieser Spannungsabfall wird dadurch gemessen, daß an den beiden benachbarten Punkten zwei Sonden aufgesetzt werden und über einen Verstärker in einem Meßinstrument zur Anzeige gebracht werden. Dreht man nun das Rohr gegenüber den Sonden um eine Längsachse und hält man den Sondenabstand konstant, so ist auch der zwischen den Sonden auftretende Spannungsabfall konstant, sofern sich zwischen den beiden Sonden kein Längsriß in dem Rohr befindet. Liegt jedoch zwischen diesen beiden Sonden bei irgendeiner Stellung des Rohres ein Längsriß, so vergrößert sich der Spannungsabfall zwischen den Sonden, so daß man also aus dem Spannungsabfall auf eine Inhomogenität in dem Rohr schließen kann.

Die Erfindung bezweckt daher, verbesserte Mittel zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften eines magnetischen Materials zu schaffen und ins- ^: 50 besondere die Flußdichte, die Verlustleistung, die Permeabilität und die magnetische Feldstärke in magnetischen Materialien zu messen.

Außerdem bezweckt die Erfindung, diese Größen an· einer gewünschten Stelle des Materials auf eine Weise zu messen, welche das gegebene Material unzerstört läßt.

Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine Einrichtung zur Messung der längs der Oberfläche des Materials induzierten Spannung anzugeben, wobei das Material von einem zeitlich veränderlichen magnetischen Fluß durchsetzt wird. Dabei soll die Meßeinrichtung auch die Richtung der Flußlinien im magnetischen Material liefern.

Ferner soll die erfindungsgemäße Einrichtung auch eine Darstellung der Flußverteilung in dem magnetischen Material zu gewinnen gestatten.

Das erfmdungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von magnetischem Material ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der zeitlichen Änderung des Flusses durch einen gegebenen Querschnitt des Probestücks und somit zur Messung der Flußdichte im Probestück dieses Probestück mittels eines zeitlich veränderlichen magnetischen Flusses, vorzugsweise eines . sinusförmigen magnetischen Flusses, der eine Komponente parallel zur Oberfläche des Probestücks besitzt, magnetisiert wind und daß die Spannung senkrecht zur Richtung der Flußkomponente mittels zweier spitzer, auf die Oberfläche des Materials aufgesetzter Sonden und eines Instrumentes von hohem innerem Widerstand gemessen wird.

In der Zeichnung ist

Fig. ι eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 2 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer anderen Ausführ,ungsform,

Fig. 4 ein Schaltbild für die Anordnung nach

Fig. 3.

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Haltevorrichtung für die Ausführungsform nach Fig-3,

Fig. 6 eine vereinfachte perspektivische Darstellung unter schematischer Andeutung der Schaltung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 7 eine Schaltung für die Ausführungsform nach Fig. 3 und 5 zur Herstellung einer Hysteresiis-Schleife des magnetischen Materials und .

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Schaltung für die Ausführunigsformen nach Fig. 3 und 5 zur Messung der Permeabilität des magnetischen" Materials.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn ein magnetisches Material mit einem zeitlich veränderlichen Fluß erregt wird, die Spannung zwischen zwei Punkten auf der Oberfläche, die parallel zu wenigstens einer Komponente oder zum ganzen zeitlich veränderlichen Fluß verläuft, der zeitlichen Änderung des Flusses durch einen Querschnitt des Materials entspricht, der senkrecht zu dieser Flußkomponente verläuft. Wenn also die beiden Punkte so gewählt wenden, daß eine sie verbindende Linie senkrecht zur Richtung der Flußkomponente verläuft, so liefert die induzierte Spannung ein Maß für die maximale Änderung des Flusses durch einen Querschnitt des Materials, dessen eine Seite durch die Verbindungslinie der beiden erwähnten Punkte definiert ist. Wenn der Abstand der beiden Punkte und die Dicke des Querschnitts des Materials bestimmt sind, kann aus der induzierten Spannung die Flußdichte an der gewählten Stelle des Materials berechnet werden. Wie im folgenden noch erläutert, ermöglicht diese Erkenntnis die Messung von magnetischen Eigen-

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schäften in bequemer, wirtschaftlicher und vielseitiger Weise.

An Hand der Fig. ι soll das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip näher erläutert werden. In Fig. ι ist ein magnetisches Material i, beispielsweise ein Stahlblech, dargestellt, welches von einem zeitlich veränderlichen magnetischen Fluß durchsetzt wird, der mindestens mit einer Komponente parallel zur Oberfläche 2 und senkrecht zum Querschnitt abcd verläuft, wie durch den Pfeil 3 angedeutet ist. Wenn man den einen Querschnitt A einnehmenden magnetischen Fluß Φ als sinusförmig veränderlich bei einem Spitzenwert B₀ der magnetischen Flußdichte B annimmt, so gilt für den Scheitelwert U₀ der von diesem Fluß in der einmal geschlossenen Umrandungslinie abcd des Querschnitts A induzierten, gleichfalls sinusförmig veränderlichen Spannung U

[/_O=io-B 3nf-A-B₀ (i)

Wenn nun der Fluß Φ durch abcd annähernd, gleichförmig ist und der Abstand c b verhältnismäßig klein zum Abstand α & ist, so ist dieSpannung U₁ zwischen den Punkten α und b (o'der zwischen den Punkten c und d) etwa V2 U und der Spitzenwert U₂ der Spannung zwischen 'den Punkten a und b annähernd Va U₀. Somit ist die Spannung LT₁ proportional zu U und die Spannung U₂ proportional zu U₀. Wie später noch auseinanderzusetzen, wird die Spannung zwischen den Punkten α und b mittels zweier voneinander entfernter angespitzter Stifte gemessen, die an ein Voltmeter angeschlossen sind. Somit läßt sich gemäß der Erfindung der Fluß und die Flußdichte in einem bestimmten Querschnitt eines Materials ohne jede Beschädigung desselben messen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein Stück 4 eines magnetischen Materials, z. B. eines Stahlblechs, in die öffnungen 5 und6 eines U-förmigen lamellierten magnetischen Jochs 7 eingesetzt. Das Joch 7 kann mittels einer Wicklung 8 auf einer beliebigen Stelle desselben durch eine Wechselstromquelle 9 erregt werden. Man erkennt, daß der Teil des Stahlbleches 4 zwischen den Öffnungen 5 und 6, d. h. zwischen den Schenkeln 10 und 11, den magnetischen Kreis des Jochs 7 schließt und daher der Länge nach von einem zeitlich veränderlichen Fluß durchsetzt wird. Wie oben erläutert, erzeugt dieser Fluß eine Spannung an der Oberfläche des Stahlbleches, welche ihrer Größe nach der Flußänderung entspricht und senkrecht zur Richtung des Flusses verläuft.

In Ausführung des Erfindungsgedankens werden zwei voneinander entfernte, leitende, angespitzte Stifte 13 und 14 auf die Oberfläche 12 (oder auf die dazu gegenüberliegende Oberfläche) des Materials 4 aufgesetzt und an einen Spannungsmesser 15 angeschlossen, um die längs der Oberfläche durch den veränderlichen magnetischen Fluß induzierte Spannung zu messen. Wenn die Stifte 13 und 14 auf der Oberfläche 12 bei festem Abstand umeinander gedreht werden, kann ein Maximum an Spannung abgelesen werden, wenn die Verbindungslinie der beiden Stifte senkrecht zu der Flußrichtüng im Material 4 liegt. Umgekehrt ergibt sich ein Spannungsminimum bzw. dieSpannung Null, wenn die Verbindungslinie der Stifte in der Richtung der Flußlinien, liegt. Die Richtung der Flußlinien läßt sich also ebenfalls leicht bestimmen. Durch Drehung der Stifte 14 bis zum Ausschlag Null des Voltmeters 15 und durch schrittweise «Verschiebung der beiden Stifte kann man also unter Beobachtung einer Folge von Nullausschlägen die Richtung einer Flußlinie zeichnen. Ferner kann man durch Festhalten des einen Stiftes und durch Verschiebung des anderen Stiftes in der Längsrichtung des Stahlbleches·4 die Ablesung auf dem Voltmeter 15 konstant halten. Durch Wiederholung dieses Prozesses für verschiedene Ablesungen mit Einschluß von Null läßt sich die Flußverteilung für das Stahlblech 4 gewinnen.

Das Voltmeter 15 soll einen hohen Eingangswiderstand haben, da die Spannung zwischen den Stiften 13 und 14 keinen hohen Strom an einen niedrigen Widerstand liefern kann. Verschiedene Röhrenvoltmeter mit hohem Eingangswiderstand, die heute im Handel sind, eignen sich für den genannten Zweck. In der Ausführüngsform nach Fig. 2 ist das Voltmeter 15 vorzugsweise ein Spannungsmesser, der den quadratischen Mittel- go wert der induzierten Spannung angibt. Als Beispiel für die notwendige Empfindlichkeit des Spannungsmessers 15 läßt sich aus Gleichung (1) der Spitzenwert der induzierten Spannung zwischen den Stiften 13 und 14 zu annähernd 2,6 Millivolt bei 60 Hz oder 2,2 Millivolt bei 50 Hz berechnen, wenn die Flußdichte im Stahlblech 4 16 000 Linien je cm² beträgt, die Dicke des Stahlbleches 0,35 mm und der Abstand zwischen den Stiften 13 und 14 senkrecht zur Flußrichtung 25 mm. Das Voltmeter 15 läßt sich in Einheiten des Gesamtflusses oder der Flußdichte bei gegebenem konstantem Abstand zwischen den Stiften 13 und 14 und bei gegebener konstanter Dicke des Bleches 4 eichen. Wahlweise können auch die Werte des Gesamtflusses und der Flußdichte aus der Gleichung (1) nach Einsetzen der bekannten Größen der Frequenz, der induzierten Spannung, des Abstandes der Stifte und der Dicke, des Bleches berechnet werden. Die induzierte Spannung nahezu gleich der Hälfte der no Umfangsspannung des betrachteten Querschnitts zu setzen, setzt voraus, daß die Dicke des Bleches klein im Vergleich zu dem Abstand der Stifte ist. Wird dieselbe Spannungsmessung jedoch an einem Blech vorgenommen, dessen Dicke nicht im Vergleich zum Abstand der Spitze verschwindet, so ist in die Beziehung (1) zwischen Maximalinduktion B₀ und induzierter Spannung U außer dem Faktor Va ein Verkleinerungsfaktor einzusetzen, der annähernd gleich dem Streckenverhältnis ab : (ab + bc) zu setzen ist.

Nach dem Vorstehenden ist es also für die Erfindung wichtig, daß die Stifte 13 und 14 mit der Oberfläche des Materials guten Kontakt machen. Wenn dieser Kontakt nicht hergestellt wird, zeigt das Voltmeter 15 nicht an. Da magnetische Ma-

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terialien im allgemeinen mit einer Schicht von schlecht leitfähigen Oxyiden oder einer isolierenden Lackschicht usw. überzogen sind, sollen vorzugsweise die Stifte, wie in Fig. 2 dargestellt, angespitzt werden, damit sie bis zur leitfähigen Oberfläche des Materials durchdringen. Wenn natürlich die Materialoberfläche gut gereinigt ist, brauchen die Stifte nicht so spitz zu sein, jedoch ist die Verwendung zu stumpfer Stifte zu vermeiden, weil, darunter die Genauigkeit der Quersc'hnittsbestimmung leidet.

Es ist bekannt, daß die Fläche der Hysteresis-Schleife ein Maß für den Leistungsverlust des vom zeitlich veränderlichen Fluß durchsetzten Materials liefert. Ebenso ist es bekannt, daß die Spannung längs der Oberfläche des magnetischen Materials proportional der zeitlichen Änderung der Flußdichte B ist. In Ausführung des Erfindungsgedankens wird diese Spannung gewonnen und mit einer Spannung, welche proportional der zeitlichen Änderung der magnetischen Feldstärke innerhalb des Materials ist, kombiniert, um zu einer Einrichtung zu gelangen, welche die Verlustleistung in einem bestimmten Teil des magnetischen Materials zu messen gestattet. In der Ausführungsform nach Fig. 3 und der zugehörigen Schaltung nach Fig. 4 ist eine solche Meßeinrichtung dargestellt, welche aus zwei leitenden Stiften 16 und 17 und einer magnetischen Jochanordnung 18 besteht, die sich zum Aufsetzen auf ein Blech 19 des magnetischen Materials eignet. Die Stifte 16 und 17 sind vorzugsweise mit Spitzen 20 und 21 versehen. Die magnetische Jochanordnung besitzt zwei lameliierte Schenkel 23 und 24 und einen Eisenkern 25, in dem . sich der eine Luftspalt 26 befindet. Um den Kern 25 herum und um den Luftspalt ist eine Wicklung 27 vorgesehen, innerhalb deren eine Spannung proportional dem den Luftspalt 26 durchsetzenden Fluß erzeugt wird. Wenn das Blech 19 von einem zeitlich veränderlichen Fluß durchsetzt wird, von welchem mindestens eine Komponente in der Richtung des Pfeiles 28 liegt, werden die Spitzen der Stifte 16 und 17 mit einer Verbindungslinie, die senkrecht zu dieser Flußkomponente liegt, aufgesetzt, so daß eine Spannung entsprechend der zeitlichen Änderung dieser Flußkomponente 'zwischen den Klemmen 29 und 30 auftritt. Die Jochanordnung 18 wird mit ihren Schenkeln 23, 24 auf das Blech 19 derart aufgesetzt, daß die Verbindungslinie der Schenkelenden senkrecht zur Verbindungslinie der Spitzen der Stifte 16 und 17 verläuft. Die zeitlich veränderliche Spannung an den Klemmen 31, 32 der Wicklung 27 ist dann proportional zur zeitlichen Änderung der magnetischen Feldstärke im Blech 19.

Die lamellierten Schenkel 23 und 24 ebenso wie das Joch 25 sollen geringe Verluste und hohe Permeabilität haben, so daß die magnetomotorische Kraft am Luftspalt 26 annähernd gleich der magnetomotorischen Kraft zwischen den Enden der Schenkel 23 und 24 ist. Wenn die magnetomotorische Kraft am Luftspalt 26 gleich derjenigen zwischen den auf dem Blech aufliegenden Schenkelenden ist, so ist die Spannung in der Wicklung 27 proportional der zeitlichen Änderung der tnagnetischen Feldstärke im Blech 19 zwischen den Schenkeln 23 und 24. Dementsprechend kann an den Stiften 16 und_xi7 und an den Klemmen 31 und 32 je eine Spannung abgenommen werden, welche der zeitlichen Änderung der Flußdichte und der zeitlichen Änderung der magnetischen Feldstärke in dem Blech 19 entspricht, wobei der räumliche Meßbereich im Blech 19 durch die Stellung der Stifte 16, 17 und der Schenkel 23, 24 ■ gegeben ist. .

Wie in der Schaltung nach Fig. 4 dargestellt, in welcher auch die Klemmen 29 bis 32 aus Fig. 3. eingetragen sind, wird die Spannung zwischen den Klemmen 29 und 30 der Eingangsseite einer widerstandsgekoppelten Verstärkerstufe 33 zugeleitet, und zwar über die Leitung 34. Die Stufe 33 enthält einen Gitterableitwiderstand 35, der zwischen Erde und Gitter 36 der Hochvakuumröhre 37 liegt. Die Anodenspannung wird über einen Widerstand 38 aus der Spannungsquelle B + der Anode 39 zugeleitet. Die Vorspannung für die Röhre ,37 wird durch ein RC-Glied 40, 41 in der Kathodenzuleitung erzeugt. Die Stufe 33 liegt über eine Leitung 44 in Kaskade mit einer weiteren Verstärkerstufe 43, wobei die Leitung 44 einen Blockkondensator 45 enthält, an · den der Gitterableitwiderstand 46 der Stufe 43 angeschlossen ist. Dieser Gitterableitwiderstand liegt am Gitter 47 einer Hochvakuumröhre 48 mit der Kathode 49 und der Anode 50. Der Anode 50 wird ihre Spannung ebenfalls von der StromquelleB + über einen Widerstand 51 zugeführt. Die Gittervorspannung für die Röhre wird ebenfalls wieder durch ein Parallel-i?C-Glied 52, 53 in der Zuleitung zur Kathode 49 erzeugt. Die Ausgangsspannung der Stufe 43 liegt über eine Leitung 55 und einen Blockkondensator 56 an der Eingangsklemme 57 eines Wattmeters 54. Die andere Klemme 58 der Wattmeterspule ist geerdet.

Die Spannung zwischen den Klemmen 31 und 32 wird dem Eingangskreis einer Verstärkerstufe 59, und zwar über eine Leitung 60, zugeleitet. Die Ausgangsspannung der Stufe 59 liegt über ein Integrationsglied 61 am Eingangskreis einer weiteren Verstärkerstufe62. Die Stufe 59 enthält eine Hoch-* vakuumröhre 63 mit Anode 64, Gitter 65 und Kathode 66, während die Stufe 62 eine Hoch- . vakuumröhre 67 mit Anode 68, Gitter 69 und Kathode 70 enthält. Diese beiden einzelnen Stufen sind ebenso ausgebildet wie die Stufen 33 und 43. Die Ausgangsspannung der Stufe 42 wird über eine Leitung 71 an eine Klemme 72 des Wattmeters 54 übertragen, und zwar über einen Blockkondensator 73. Die andere Klemme 74 dieser Wattmeterspule ist ebenfalls geerdet.

Man erkennt nunmehr, daß, wenn die Stifte 16 und 17 und die erwähnte Jochanordnung 18 so angebracht werden, wie oben beschrieben, das Wattmeter 54 eine Anzeige entsprechend dem Leistungsverlust im Blech 19 liefert, sofern die Spannungen an den Klemmen 57, 58 sowie 72, 74 proportional

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. HdB sind. Da jedoch die Spannung an den Klemmen 29, 30 proportional der zeitlichen Änderung der Flußdichte B im Blech 19 ist, während die Spannung an den Klemmen 31, 32 proportional der zeitlichen Änderung der magnetischen Feldstärke H im Blech 19 ist, könnte eine reine Verstärkung dieser Spannungen in identischen Verstärkerstufen nur das Produkt dBdH liefern und nicht Spannungen proportional HdB. Aus diesem Grund ist das Integrationsglied 61, bestehend aus dem Widerstand 75 und einem Kondensator 76, zwischen die Stufen 59 und 62 eingefügt. Der Widerstand 75 und der Kondensator 76 sind ziemlich groß, so daß die Zeitkonstante des Integrationskreises 61 verhältnismäßig lang wird. Die Spannung am Kondensator 76 zwischen dem Punkt 77 und Erde ist daher direkt proportional der magnetischen Feldstärke im Blech 19. Da die Spannung am Kondensator 76 über die Leitung 78 dem Eingang der Stufe 62 zugeleitet wird, ist die Ausgangsspannung dieser Stufe der magnetischen Feldstärke im Blech 19 proportional und das Produkt der am Wattmeter liegenden Spannungen proportional HdB, so daß dieses Wattmeter den Leistungsverlust im Blech 19 anzeigt.

Die AusführungS'form nach Fig. 3 und 4 kann

geeicht werden, wenn man die Stifte 16 und 17 und die erwähnte Jochanordnung 18 auf die Oberfläche eines dünnen, mit einem bekannten magnetischen Fluß erregten Bleches aufsetzt. Es ist zu beachten, daß die Meßgenauigkeit von dem Vorbandensein eines Phasenverschiebungswinkels Null in den Verstärkerstufen abhängt. Diejenigen Hilfsmittel, die man anwenden muß, um genau den Phasenwinkel Null in einer zweistufigen Verstärkerstufe zu gewährleisten, sind bekannt und 'beispielsweise in dem Lehrbuch »Vacuum Tube Amplifiers« von Valley und W a 11 m a n, Radiation Laboratory Series, Bd. 18 (1948), beschrieben. Der Integrationskreis 61 kann auch zwischen die Stufen 33, 43 statt zwischen die Stufen 59, 62 eingefügt werden. Im letzteren Fall entsprechen die Spannungen, die dem Wattmeter 54 zugeleitet werden, dem Produkt BdH, welches ebenfalls ein Maß für denLeistungsverlust im Blech 19 liefert.

In isotropen Materialien verlaufen die Flußlinien parallel zu den Feldlinien H, und daher liefert die beschriebene Lage der Stifte 16 und 17 und der erwähnten Jochanordnung 18 ein Maß für den Leistungsverlust in einem isotropen Material. Wenn man nur einen Teil des Leistungsverlustes zu messen wünscht, kann die Lage der Stifte 16 und 17 und der Jochanordnung 18 zueinander und zu dem Material geändert werden. Außerdem sind die Flußlinien und die magnetische Feldstärke in anisotropen Materialien häufig nicht parallel zueinander, und im letzteren Fall muß die Winkellage der Jochanordnung 18 gegenüber den Stiften 16, 17 verschoben werden, um ein Maximum der gemessenen Leistung zu erhalten. Dementsprechend ist zu beachten, daß die Stifte 16, 17 und die Jochanordnung 18 auch anders als rechtwinklig zueinander angeordnet werden können. Im allgemeinen wird bei anisotropen Materialien das Maximum der Leistung am Wattmeter 54 bei einer solchen Anordnung der Stifte 16/17 auftreten, bei der die Verbindungslinie der Stifte senkrecht zum betrachteten Flußanteil liegt, und bei einer solchen Lage der Jochanordnumg 18, daß eine Verbindungslinie der Schenkel 23, 24 parallel zur magnetischen Feldstärke H liegt.

Der Integrationskreis 61 braucht nicht in der dargestellten Form ausgeführt zu werden, sondern kann auch die Form anderer bekannter Integrationsschaltungen annehmen. Beispiele für solche anderen Schaltungen sind in dem Buch »Electronic Time Measurements« von Chance, Hulsizer, M a c N i c h ο 1 und Williams, Radiation Laboratory Series, Bd. 20, (1949), oder »Electronic Instruments« von Greenwood, H ο 1 d a m und M a c R a e, Radiation Laboratory Series, Bd. 21, (1948), beschrieben. Das Wattmeter 54 muß eine angemessene Empfindlichkeit für die Größe seiner ihm zugeführten Meßwerte besitzen und kann ein Lidhtzeigerwattmeter in Kombination mit einem astatischen Lichtzeiger-Dynamometer nach dem Aufsatz von Richardson in der »General Electric Review«, Oktober 1945, S. 59, sein.

In Fig. 5 ist eine Meßeinrichtung 79 mit Stiften 16, 17 und einer Jochanordnung 18 dargestellt. Die Stifte 16 und 17 besitzen einen festen Abstand voneinander, da sie in einem Halter 80 aus Isoliermaterial eingefügt sind. Innerhalb dieses Halters 80 sind die Stifte 16, 17 verschiebbar und stehen unter dem Druck der Federn 81, 82. Der magnetische Kern 22 wird mit seinen Schenkeln mittels der Schrauben 83, von denen zwei nicht mit dargestellt sind und die in ein Stück 84 aus nicht magnetischem Material, z. B. aus Messing oder Kunststoff, eingeschraubt sind, derart gehalten, daß die Schenkel einen festen Abstand haben. Die beiden Schrauben 83, welche durch die lamellierten Schenkel des Jochs hindurchlaufen, Hegen mit ihren Köpfen an den Deckplatten 85 an, um die Schenkel im richtigen Abstand voneinander zu halten. Die Längen der Schenkel 23, 24 sind so gewählt, daß ihre unteren Enden weniger weit vom Halter 18 entfernt sind als die Ebene, in der die Spitzen der Stifte 16, 17 liegen. Wenn daher die Meßeinrichtung 79 auf die Oberfläche eines zu untersuchenden Materials aufgesetzt wird, gleiten die Stifte 16, 17 im Halter 80 gegen den Druck der Blattfedern 81, 82, bis die Schenkel 23, 24 die Materialoberfläche berühren. Dadurch wird sichergestellt, daß die Stifte 16, 17 jede Oxydschicht oder Isolierschicht auf der Oberfläche des Materials durchdringen und den erforderlichen Kontakt herstellen.

Der Kern 22 des Jochs 18 'kann gewünschtenfalls aus einem geeigneten nicht magnetischen Material, z. B. aus einem Kunststoff, hergestellt werden und eine nicht mit dargestellte Wicklung tragen, in welcher eine Spannung proportional der zeitlichen Änderung der Feldstärke H induziert wird. In diesem Falle muß sich die Wicklung über

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die ganze Länge des Joches erstrecken, und ihre beiden Enden müssen gut an dem zu untersuchenden Material anliegen. Das nicht magnetische Joch braucht keinen Luftspalt zu besitzen und keine besondere Form aufzuweisen, solange es einen Träger für die Wicklung bildet. Wenn natürlich die Wicklung selbsttragend ist, kann das nicht magnetische Joch völlig fortgelassen werden, jedoch müssen die beiden Wicklungsenden stets gut an

ίο dem zu untersuchenden Material anliegen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das magnetische Joch 25 des durchlaufenden magnetischen Kerns 22 mit einer ,Wicklung 27 versehen, welche,durch eine zeitlich veränderliche Spannung 86 erregt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung macht es überflüssig, eine besondere Erregung für das zu untersuchende. Material 19 vorzusehen, da nämlich das magnetische Feld der Wicklung 27 das Blech. 19 in der' gewünschten Weise über das durchlaufende magnetische Joch 22 durchsetzt. Der Strom in der Spule 27 ist nunmehr annähernd proportional der magnetischen Feldstärke H im Blech 19 und nicht rne'hr proportional der zeitlichen Änderung der magnetischen FeIdstärke wie bei Fig. 3 und 4. Es ist daher nunmehr keine Integration mehr notwendig, und die Spule 27 kann unmittelbar (oder über Verstärker) zu einem Wattmeter 87 geführt werden. Wenn auch das magnetische Joch 22 mit sehr niedrigem magnetischem Widerstand ausgeführt wird, so besteht längs desselben doch immer noch ein gewisser magnetischer Spannungsabfall. Dieser Abfall beeinträchtigt die Genauigkeit der Meßeinrichtung nach Fig. 6, und die Anordnung nach Fig. 6 eignet sich daher besser zum Vergleich der Leistungsverluste bei konstanter Flußdichte in verschiedenen magnetischen Materialien. Man kann sie also als eine Vergleichseinrichtung auf die Oberfläche solcher verschiedener Materialien aufsetzen und den Strom in der Wicklung 27 verstellen, bis ein gewünschter fester Ausschlag am Voltmeter 88 auftritt. Sodann wird die Einrichtung nach Fig. 6 auf ein anderes Material aufgesetzt und der Strom in der Wicklung 27 variiert, bis das Voltmeter 88 wieder denselben Ausschlag zeigt. Die beiden Ablesungen des Wattmeters 87 sind dann ein Maß für den Leistungsverlust in den beiden Materialien.

Bei der. Ausführungsform nach Fig. 3 wurde erläutert, daß die Spannung zwischen den Stiften 16 und 17 proportional der zeitlichen Änderung der Fluß dichte B innerhalb des Materials und die Spannung an der Wicklung 27 proportional der zeitlichen Änderung der magnetischen Feldstärke^ innerhalb des Materials ist. Wenn beide Spannungen integriert werden, sind die resultierenden Spannungen daher proportional B und H. Wenn diese integrierten Spannungen den vertikalen und den horizontalen Ablenkplatten einer Braunschen Röhre zugeführt werden, wird die Hysteresis-Schleife dieses Materials dargestellt. In der Ausführungsform nach Fig. 7 ist eine einfache Möglichkeit einer derartigen Schaltung veranschaulicht.

Die Spannung zwischen den Stiften 16 und 17 der Ausführungsform nach Fig. 3 wird den vertikalen Platten 89 und 90 einer Braunschen Röhre 91 über einen Vorverstärker 92, einen Integrator 93 und einen Endverstärker 94 zugeführt, von denen der letztere eine Ausgangsgröße proportional der Flußdichte B liefert. Die Spannung an der Wicklung 27 der Ausführungsform nach Fig. 3 liegt an den waagerechten Ablenkplatten 95, 96 der Röhre 91 über einen Vorverstärker 97, einen Integrator 98 und einen Verstärker 99. Der letztere liefert eine Ausgangsspannung proportional der magnetischen Feldstärke H. Daher wird die Hysteresis-Schleife 99' auf der Röhre 9.1 dargestellt. Man sieht, daß die Verstärker und Integratoren dieser Ausführungsform ebenso beschaffen sein können wie die entsprechenden Bestandteile der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4.

In der Ausführungsform nach Fig. 8 ist schematisch dargestellt, wie die Erfindung zur Bestimmung der Permeabilität eines magnetischen Materials benutzt werden kann. In Fig. 8 werden die Ausgangsspannungen der Verstärker 94 und 99 mittels der Gleichrichter 100 und 101 gleichgerichtet und einem Quotientenmesser 102 zugeleitet, welcher den Quotienten der Gleichspannungen anzeigt. Der Quotientenmesser 102 kann so ausgeführt werden, wie in der »Elektrotechnischen Zeitschrift«, Bd. 64 (1943), S. 258, beschrieben. Wie bei Fig. 7 erläutert, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 94 proportional der Flußdichte B im Material und daher die AusgangS'Span- nung des Gleichrichters 100 ebenfalls proportional dieser Flußdichte. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 99 ist proportional der magnetischen Feldstärke und daher die Ausgangsspannung des Gleichrichters 101 ebenfalls dieser Feldstärke proportional. Die Anzeige des Quotientenmessers 102 liefert also ein Maß für die magnetische Permeabilität.

Mittels der Ausführungsform nach Fig. 8 können entweder Mittelwerte oder Spitzenwerte der magnetischen Permeabilität gewonnen werden. Wenn die Schalter 105 und 106 eingelegt werden, werden die Kondensatoren 103 und 104 parallel zu den Eingangsklemrnen des Quotientenmessers 102 gelegt, und der Quotientenmesser zeigt daher Spitzenwerte an. Wenn die Schalter geöffnet werden, werden Mittelwerte angezeigt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von magnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der zeitlichen Änderung des Flusses durch einen gegebenen Querschnitt des Probe-Stücks und somit zur Messung der Flußdichte (B) im Probestück dieses Probestück mittels eines zeitlich veränderlichen magnetischen Flusses, vorzugsweise eines sinusförmigen magnetischen Flusses, der eine Komponente parallel zur Oberfläche des Probestücks besitzt,

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magnetisiert wird und daß die Spannung senkrecht zur Richtung der Flußkomponente mittels zweier spitzer, auf die Oberfläche des Materials aufgesetzter Sonden und eines Instrumentes von hohem innerem Widerstand gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die'magnetische Feldstärke oder die zeitliche Änderung der magnetischen Feldstärke (H) im Probestück

ίο unter Verwendung einer Wicklung (27) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (zwischen 16 und 17), welche der zeitlichen Änderung des Flusses entspricht, und daß eine Spannung (an 27), welche der zeitlichen Änderung der Feldstäiice entspricht, je für sich verstärkt werden, die eine von ihnen außerdem integriert wird und daß die sich ergebenden Spannungen einem Leistungsmeßgerät (54) zugeführt werden zur Gewinnung einer Anzeige der Verlustleistung im magnetischen Material (Fig-4)-
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, . dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (zwischen 16 und 17), die der zeitlichen Änderung des Flusses entspricht, und eine Spannung (an 27), die der zeitlichen Änderung der Feldstärke entspricht, beide verstärkt und integriert werden und den Ablenkelementen (95,

96) einer Kathodenstrahlröhre (91) zur Darstellung der Hysteresis-Schleife (99) des magnetischen Materials zugeführt werden (Fig. 7).
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (zwischen 16 und 17), die der zeitlichen Änderung des Flusses entspricht, und eine Spannung, die der zeitlichen Änderung der Feldstärke entspricht, verstärkt, integriert und gleichgerichtet werden und einem Quotientenmesser (102) zugeführt werden, um eine Anzeige der Permeabilität (B/H) des magnetischen Materials zu gewinnen (Fig. 8).
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (zwischen 16 und 17), die der zeitlichen Änderung der Flußdichte im Probestück entspricht und der Magnetisierungsstrom einer Spannungsquelle (86) zur Magnetisierung des Probestücks -einem Wattmeter (87) zur Anzeige der Verlustleistung im Probestück zugeführt werden (Fig. 6).
7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Halter (84) aus nicht 'magnetischem Material, in welchen die spitzen Sonden (16, 17) mit festem gegenseitigem Abstand angebracht sind, wobei die Spitzen der Sonden um eine bestimmte Strecke über den Halter (84) hinausragen und in welchem ein magnetischer Kern (22) angebracht ist, welcher eine Spule (27) trägt und zwei einen Abstand voneinander aufweisende Schenkel (23, 24) besitzt, welche ebenfalls in derselben Richtung wie die Spitzen der Sonden (16, 17) und annähernd ebensoweit wie diese über den Halter hinausragen, wobei die Ebene der Sonden (16, 17) die Ebene der Schenkel (23, 24) schneidet (Fig. S).
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (23, 24) lamelliert und mit einem Joch (25) innerhalb des Halters verbunden sind und daß dieses Joch einen Luftspalt (26) enthält, welcher von der Wicklung (27) umschlossen wird (Fig. 5).
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden verschiebbar im Halter angebracht sind und unter dem Druck von Federn (81, 82) stehen, so daß sie in ihrer Ruhelage etwas weiter über den Halter hinausragen . als die Enden der lamellierten Schenkel (Fig. 5).
10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel mittels eines Jochs miteinander verbunden sind und zusammen mit diesem Joch einen U-förmigen magnetischen Kern (22) bilden, daß das Joch eine Wicklung (27) trägt, welche an eine Quelle (86) eines zeitlich veränderlichen Stromes angeschlossen ist, so daß der Kern und das Probestück (19) mittels eines zeitlich veränderlichen Flusses erregt werden und daß die beiden Sonden in einer Ebene liegen, die annähernd senkrecht zu der Ebene des U-förmigen magnetischen Kernes verläuft (Fig. 6).

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2124578, 2 351 201.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen