DE3032717A1

DE3032717A1 - Verfahren und feldspule zur messung der hysteresekurven von magnetischen werkstoffen

Info

Publication number: DE3032717A1
Application number: DE19803032717
Authority: DE
Inventors: Dietrich 5060 Bergisch Gladbach Steingroever; Erich Dr.-Ing. 5300 Bonn Steingroever
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-30
Filing date: 1980-08-30
Publication date: 1982-08-19
Also published as: US4463313A

Description

Patentanmeldung ' .*:::*: ::**:·:":: : 26.8.1980

Λ-

Verfahren und Feldspule zur Messung der Hysteresekurven von magnetischen Werkstoffen .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Feldspule zur Messung der Hysteresekurve von magnetischen Werkstoffen. Sie ist besonders geeignet für Messungen an stab- oder streifenförmigen Meßproben aus weichmagnetischen Stoffen, aber auch an dauermagnetischen Werkstoffen.

Es ist bekannt,- die Hysteresekurve solcher Werkstoffe an Meßproben in einer langen Feldspule zur bestimmen. Dabei wird die Flußdichte B mit einer die Probe umfassenden Spule durch Integration der Spannung aus der Flußänderung dB/dt gemessen. Die innere Feldstärke H kann aus dem äusseren Feld H¹, in dem sich die· Probe befindet, errechnet werden, wenn die Scherung, d.i. die Differenz zwischen äusserem · Feld H¹ und dem inneren Feld H, bekannt ist; das äussere Feld H¹ ist angenähert aus den Abmessungen und der Windungsdichte der Feldspule n/l und dem Strom J durch diese gegeben und ist bei langen Spulen H¹ = n«J/l. Bei diesem bekannten Messverfahren treten Fehler auf, wenn die Messprobe und die Feldspule nicht unendlich lang, sind, wenn die Flussdichte in der Probe nicht klein ist und wenn das Dimensionsver-. hältnis Länge/Durchmesser der Probe klein ist.

Eine bessere bekannte Messung der Feldstärke H in der Probe erfolgt mit magnetischen Spannungsmessern oder Potential-Meßspulen, die neben der Probe im Inneren der Feldspule angeordnet sind. Diese Potential-Meßspulen müssen aber einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt besitzen, weil die Feldspule und die B-Spule möglichst eng die Meßprobe umschliessen sollen und bringen daher nur ein kleines Meßsignal. . . ·

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Scherung bei einer solchen Meßanordnung zu messen mit einer Potentialspule, welche an zwei Stellen die Wicklung der Feldspule durchdringt (Kohlrausch, Prakt. Physik, 1943, Bd.2, S.100,Abb.64). Aus der Bestimmung der Scherung al)ein ist aber keine Messung der inneren Feldstärke möglich, zumal die Scherung nicht konstant ist, sondern von der Flussdichte B abhängt. Ausserdem besitzt diese bekannte Meßanordnung den Nachteil, dass für die Durchführung der Potentialspule durch die Wicklung diese zweimal unterbrochen werden muss, sodass an diesen Stellen ein erheblicher Fehler in der Feldstärke der Spule an diesen Stellen entsteht.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie betrifft ein Verfahren und eine Feldspule zur Messung der Hysteresekurve von magnetischen Werkstoffen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die innere Feldstärke H in der Probe mit einer durch die

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Wicklung der Feldspule geführten Potentialspule gemessen wird, deren Signal U(t) zu /Udt integriert und mit einer dem Spulenstrom J proportionalen Spannung in Reihe geschaltet ist.

Erfindungsgemäss besitzt eine zur Durchführung des geschilderten Messverfahrens bestimmte Feldspule eine Wicklung, die an zwei Stellen unterbrochen ist und die beiderseits der Unterbrechungsstellen Bereiche mit erhöhter Windungsdichte hat.

Eine solche Feldspule und Meßspulen-Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt·. Darin bedeuten:

1 die erfindungsgemässe Feldspule mit der Windungsdichte n/l Windungen pro cm, die von dem Feldregler 1a mit dem einstellbaren Strom J gespeist wird,

2 Unterbrechungen der Wicklung, z.B. aus Isolierstoff, mit Bohrungen, durch die die Potentialspule 3 mit ihren beiden Enden bis zur Meßprobe 4 führt,

5 beiderseits der Wicklungslücken Bereiche mit gegenüber der Wicklungsdichte erhöhten Wicklungsdichte,

6 die Meßprobe 4 umfassende Meßwicklung für die Flußdichte B,

7 ein Fluxmeter H, das aus der in der Potentialspule 3 bei einer Änderung der Feldstärke H in der Probe integrierten Spannung U*dH/dt eine Spannung υ_Η«μ₀·H - η₁₂·ν3 «ΔΗ induziert, wobei die Meßlänge zwischen den Enden der Potentialspule schon durch entsprechende Meßkonstante des Fluxmeters 7 berücksichtigt ist.

8 . ein Fluxmeter B, das aus der in der B-Spule 6 bei einer Änderung des

Flusses sie durchsetzenden induzierten Spannung U*d<i>/dt eine Spannung U * JTi^F₄ + u_o'H*ng'F_c bildet.

In Fig. 1 sind die Werte eingetragen, die sich für den Fall ergeben, dass beim Beginn der Messung die.Probe entmagnetisiert und das Spulenfeld Null wird, sodass δ H = H und Δ Φ =Φ sind usw.

Zu der Spannung U^ wird erfindungsgemäss die am Widerstand 9 abfallende und dem Feldspulenstrom ΰ proportionale Spannung Uj mittels des Addierverstärkers 10 addiert, nachdem sie mit dem regelbaren Verstärker 11 auf den Wert gebracht wurde, welcher der von der Potential spule 3 umfassten Amperewindungszahl n^'J entspricht. Die weitere an sich bekannte Verarbeitung der Meßsignale ist in Fig. 1 angedeutet. Mit dem Verstärker 13 wird aus u_o«H der Wert H der Feldstärke in der Probe gebildet. Mit dem Verstärker 14 wird M₀*H*n₆«Fg gebildet und mit dem Verstärker 15

von υ_φ abgezogen, sodass J*n₆'F₄ entsteht, daraus mit den einstellbaren Verstärkern 16 und 17 die Polarisation J der Probe. Der folgende Addierverstärker 18 bildet daraus und aus dem Wert μ ·η die Flussdichte B = M₀*H. Die Werte von B und H werden beispielsweise auf dem X-Y-Schreiber 19 als Hysteresekurve B(H) aufgezeichnet.

Durch die Lücken 2 in der Feldwicklung 1 ist die Feldstärke in der Feldspule gestört. Erfindungsgemäss wird die Störung kompensiert, indem beiderseits der Lücken Bereiche der Wicklung mit erhöhter Windungsdichte n/l vorhanden sind, sodass die allgemeine Windungsdichte der Wicklung erhalten bleibt. Beispielsweise können diese Bereiche zusammen die Breite der Lücken haben und die doppelte Windungsdichte aufweisen.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann sowohl zur Messung der statischen Hysteresekurve, als auch der Wechsel feldkurve von weichmagnetischen Werkstoffen verwendet werden. Im letzten Fall kann die Auswertung der von den Meßspulen 3 und 6 gegebenen Signale in bekannter Weise entsprechend erfolgen, z.B. auch zur Messung der Verlustleistung.

Claims

Patentansprüche ."" " 29.8.t980

Verfahren zur Messung der Hysteresekurve, von ferromagnetisehen Werkstoffen, bei.dem eine Probe des Werkstoffes in einer Feldspule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Feldstärke H in der Probe mit einer durch die Wicklung der Feldspule geführten Potentialspule gemessen wird, deren Signal Ü(t) zu /Udt integriert und mit einer dem Spulenstrom J proportionalen Spannung in Reihe geschaltet ist.
2) Verfahren nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Flußdichte B in der Probe mit einer die Probe umgebenden Spul en gemessen wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Messung der statischen Hysteresekurven B(H) und J(H) verwendet wird.
4) Verfahren nach Anspruch I)₃ dadurch gekennzeichnet, dass es zur Messung der. Wechsel feid-Hysteresekurven B(H) von weichmagnetischen Werkstoffen ver-

. wendet.wird.
5) Verfahren nach Anspruch 4), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Messung der Verlustleistung verwendet wird.
6) Feldspule'zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, dass ihre Wicklung an zwei Stellen unterbrochen ist und dass beiderseits der Unterbrechungsstellen Bereiche der Wicklung mit erhöhter Windungsdichte vorhanden sind.
7) Feldspule nach Anspruch 6), dadurch gekennzeichnet, dass die Windungsdichte .in den Bereichen neben den Unterbrechungsstellen derart erhöht ist, dass die allgemeine Windungsdichte der Wicklung erhalten bleibt.

ORIGINAL INSPECTED