DE922420C - Hochfrequenzvariometer - Google Patents

Description

• Hochfrequenzvariorneter Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abstimmung z. B. eines Empfängers, wobei ein Erregersystem- benutzt wird und durch die Änderung der Magnetisierung desselben eine Induktivität in ihrem Wert gesteuert wird.
• Sie stützt sich auf die Erkenntnis, daß nur bei Einhaltung bestimmter Beziehungen eine praktisch hinreichende Eindeutigkeit der Einstellung des gewünschten Induktivitätswertes, z. B. in Abhängigkeit vom Magnetisierungsstrom, erreicht wird, und zwar wegen der Magnetisierungsschleife, welche sich für die Vormagnetisierung des Erregersystems ergibt. Es kommt also hiernach darauf an, die Differenz AL der beiden Induktivitätswerte L1 und L2, welche sich bei der Aufwärts- und Abwärtsmagnetisierung für den bleichen Stromwert des Erregersystems auf den beiden Asten der für das System vorgegebenen Magnetisierungsschleife ergeben, möglichst klein zu halten. Diese Differenz wird auch als absoluter Deckungsfehler bezeichnet. Seinem relativen Wert nach ist der Deckungsfehler der Quotient aus dieser Differenz AL und entweder dem arithmetischen Mittelwert L der beiden Induktivitätswerte L1 und L2 oder einem dieser beiden Werte L1 und L2.
• Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß für die Magnetisierungsschleife des gesamten Systems bzw. den soeben erläuterten Deckungsfehler bestimmend sind z. der Aussteuerungsbereich, in dem gearbeitet werden soll; 2. das Verhältnis der magnetischen Widerstände der einzelnen Teile des magnetischen Kreises zum gesamten magnetischen Widerstand dieses Kreises; 3. die Koerzitivkraft der ferromagnetischen Stoffe, welche für die einzelnen Teile des magnetischen Kreises benutzt sind; q.. die Permeabilität der für die einzelnen Teile des magnetischen Kreises benutzten ferromagnetischen Werkstoffe.
• Man hat nun gemäß der Erfindung für den relativen Deckungsfehler hiernach die folgende Beziehung gefunden: In dieser Gleichung bezeichnet c einen Proportionalitätsfaktor, fe, fa die Grenzen des Frequenzeinstellbereiches, W den magnetischen Widerstand, der nach der Beziehung ermittelt ist, wobei L die magnetische Weglänge, F der magnetische Querschnitt und ,cs die Permeabilität des Werkstoffes sind, ,ur, bzw. ,uII die Permeabilitäten der einzelnen ferromagnetischen Stoffe, H, die Koerzitivkraft des einzelnen ferromagnetischen Stoffes.
• Die Indices I und II geben an, zu welchem Teil des magnetischen Kreises, nämlich Erregersystem I und Hochfrequenzsystem II, die Werte W, H, und ß gehören. Der Buchstabe W ohne Index ist demgemäß der Widerstand des gesamten magnetischen Kreises.
• Erfindungsgemäß werden zur Erzielung eines kleinen Deckungsfehlers für das Erregersystem und das Hochfrequenzsystem Werkstoffe geringer Koerzitivkraft benutzt und die Verhältnisse der magnetischen Teilwiderstände, welche das Erregersystem und das Hochfrequenzsystem im magnetischen Kreis verkörpern, zu dessen magnetischem Gesamtwiderstand in eine bestimmte Beziehung gesetzt und unter Umständen möglichst klein bemessen.
• Als Werte zur Erzielung eines kleinen Deckungsfehlers haben sich praktisch ergeben für das Erregersystem ein Werkstoff mit einer Koerzitivkraft H,1 etwa < o, z Örsted bei einer Ringkernpermeabilität ,u, etwa > 500 und für das Hochfrequenzsystem ein Massekernwerkstoff mit einer Koerzitivkraft H,1, etwa < 6 Örsted bei einer Ringkernpermeabilität ,u" etwa < Ioo.
• Hinsichtlich des Aufbaus der Anordnung hat es sich für die magnetischen Widerstände WI und WII sowie des Gesamtwiderstandes W des magnetischen Kernes als vorteilhaft erwiesen, eine solche Wahl zu treffen, daß die Bedingung erfüllt ist. Hierin ist der Wert ,ui bzw. ,uII in Einheiten von Ho, das ist die Permeabilität des luftleeren Raumes, und die Werte H", und HI in Örsted zu setzen.
• In Verbindung mit dieser Werkstoffauswahl und der Bemessung des Systems kann es sich ferner als vorteilhaft erweisen, für einen kleinen Deckungsfehler die nachfolgende Beziehung einzuhalten: Es seien im nachfolgenden noch empfehlenswerte Werte für einen Aussteuerungsbereich angegeben, und zwar beispielsweise für einen solchen von 5öo bis z5oo kHz bei einer noch zulässigen Einstellungsgenauigkeit von, frequenzmäßig fz = ± q. kHz. Dieser Frequenzwert entspricht für den obengenannten absoluten Deckungsfehler dem Wert Der Deckungsfehler ergibt sich dann nach der bekannten Beziehung in Prozent, wobei d f = 2 fz ist, zu rund 2°/o für die mittlere Frequenz von =ooo kHz. Diese durch Werkstoffauswahl und Abmessungen gemäß der Erfindung einzuhaltenden Werte würden etwa sein: a) am Erregersystem: eine Koerzitivkraft H", o;= Örsted, ein magnetisches Widerstandsverhältnis WI, : W etwa o,z und eine Ringkernpermeabilität AI 3000, b) an der durch die Erregung zu steuernden Spulenänordnung eine Ko6izitivkraft H"II < 6 Örsted, ein magnetisches Widerstandsverhältnis W.: W etwa o,9 und eine Ringkernpermeabilität,ull < roo.
• Aus den obenerwähnten Erkenntnissen heraus ergibt sich weiterhin, daß man eine Korrektur der Anordnung durch Scherung, d. h. Einschaltung einer Strecke verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstandes, vornehmen kann; denn dadurch gelingt es, die Breite der Magnetisierungsschleife zu ändern. Diese Strecke hohen magnetischen Widerstandes kann, abgesehen von einer durch besondere Bemessung erzielten, aus einem Werkstoff sehr geringer Permeabilität oder nichtmagnetischen Werkstoff und in diesem Sinne auch aus einer Luftstrecke oder schließlich aus diamagnetischem Werkstoff bestehen.
• Gemäß der Erfindung lassen sich durch Anwendung einer solchen Scherungsanordnung für das magnetische System Vorzüge für die Einstellgenauigkeit der Induktivität erreichen. Dieser Vorgang soll des näheren an Hand der nachfolgenden Gleichung erläutert werden, und es soll dieser Vorgang für ein konstantes Variationsverhältnis gelten, wobei der Buchstabe k eine Konstante bedeutet: Diese Gleichung veranschaulicht in dem oben angegebenen Sinne die Beziehung des relativen Deckungsfehlers für gleichen Regelbereich. Nimmt man nun an, daß der letzte Posten im Zähler der Gleichung z. B. für eine in den magnetischen Kreis nunmehr eingeschaltete Luftstrecke gilt, so ist der Wert für die Koerzitivkraft H"". gleich Null, d. h. der dritte Posten hat den Wert Null. Gleichzeitig tritt eine Änderung des gesamten magnetischen Widerstandes des magnetischen Pfades ein, und zwar wird -er um den Betrag WI. größer. Hieraus erkennt man, daß im Zähler keine Änderung gegenüber dem System ohne Luftspalt eingetreten ist, daß jedoch der Nenner einen größeren Wert angenommen hat. Das bedeutet aber, daß das Verhältnis d ur : ,ay bzw. d L : L, also der relative Deckungsfehler, kleiner wird. Dieses Ergebnis besagt, daß man durch Anwendung einer Luftstrecke in dem magnetischen Kreis bei gleichem Aussteuerbereich einen kleineren Deckungsfehler erhält oder zu einem größeren Aussteuerbereich übergehen kann bei gleichem Deckungsfehler gegenüber einer Anordnung ohne Luftspalt.
• Schließlich läßt sich aus der angegebenen -Funktion die weitere Erkenntnis herleiten, daß man bei Anwendung einer solchen Luftstrecke in dem magnetischen Kreis nicht unbedingt zu einer Steigerung der aufzuwendenden Magnetisierungsleistung gelangen muß, da Stoffe mit kleiner Koerzitivkraft, aber höherer Permeabilität sowohl für das Erregersystem als auch für den Hochfrequenzeisenkern verwendet werden können, durch die WI und WI= um den Betrag WIII, d. h. den Einfluß des Luftspaltes auf den gesamten magnetischen Widerstand, vermindert werden.
• Ausführungsbeispiele von Anordnungen im Sinne der Erfindung zeigt im Schema die Zeichnung, wobei die Fig. x ein Beispiel ohne besondere Scherungsanordnung und Fig. 2 ein solches mit einer solchen wiedergibt.
• In Fig. i liegt innerhalb derUmgrenzungslinie (-.-) das Erregersystem I, innerhalb der Umgrenzungslinie (-+-) das durch dieses zu steuernde System.
• i ist der Kern mit der Hochfrequenzwicklungsanordnung 2, deren Induktivität geregelt werden soll. Er ist zwischen Polschuhen 3 und q. angeordnet. Diese bilden einen Teil des z. B. im übrigen aus Blech bestehenden magnetisierbaren Kernes 5 des Erregersystems. Die Vormagnetisierung wird mittels der Spulen 6 bis 8 herbeigeführt, welche auf dem Kern 5 angeordnet sind. Zur Steuerung der Vormagnetisierung dient in dem Beispiel ein Regelwiderstand g, als Spannungsquelle für das Erregersystem die Gleichstromquelle io. Eine Abschirmung ii, welche entweder vollständig in sich geschlossen oder von dem Erregersystem durchbrochen sein kann und zweckmäßig die Polschuhe 3 und q. mit umfaßt, verhindert die gegenseitige Beeinflussung eventueller benachbarter Induktionsspulen und beseitigt die Kopplung der Induktionsspulen mit den Wicklungen 6 bis 8 des Erregersystems sowie die Wirbelstrombildung in dem übrigen Erregerjoch 5.
• In Fig. 2 bezeichnet 12 die Erregerwicklung, welche auf einem Isolierrohr 13 angeordnet ist und an beiden Enden axial durch je einen Flansch 14 bzw. 15 begrenzt wird. In dem Rohr 13 sind als Teile des Erregersystems die Joche 16 und 17 und zwischen ihnen das Hochfrequenzsystem 18 angeordnet. Für den mechanischen Zusammenhalt der in dem Rohr 13 untergebrachten Teile dient eine am linken Ende des Rohres eingedrehte Schraube ig. Bei dieser Anordnung besteht also im Erregersystem ein bedeutender Luftspalt, der durch die Wegstrecke des Gleichfeldes zwischen den äußeren Enden der beiden Joche 16 und 17 bestimmt ist. Diese Luftstrecke bildet in dem oben angegebenen Sinne die Teilstrecke III des magnetischen Kreises.
• Als Werkstoff für das Erregersystem kann vorzugsweise sehr reines Eisen oder eine Legierung aus sehr reinem Eisen und sehr reinem Nickel benutzt werden. Auch eine Legierung aus Eisen, Aluminium und Silicium kann sich als geeignet erweisen für das Erregersystem. Die Metalle werden hierbei vorteilhaft aus den entsprechenden Karbonylverbindungen, vorzugsweise durch thermische Zersetzung, gewonnen.
• Als Werkstoff für die magnetisierbaren Teilchen des Hochfrequenzmassekernes können vorzugsweise gleichartige dienen, wie sie für das Erregersystem angeführt worden sind.
• Die Polschuhe 3 und q. können zweckmäßig ebenfalls aus einem magnetisierbaren Massekernwerkstoff bestehen, um in ihnen die Wirbelstrombildung durch das Streufeld der Induktionsspule klein zu halten. Als Metallegierung für diesen Massekernwerkstoff kann vorzugsweise eine solche aus Eisen und Nickel benutzt werden, mit einer sehr kleinen Koerzitivkraft, etwa kleiner als 6 Örsted, wobei das Metall in pulverisierter Form unter sorgfältiger Isolierung der Pulverteilchen zu dem Massekern verarbeitet wird. Zweckmäßig hat dieser Massekernwerkstoff eine höhere Permeabilität als der Hochfrequenzmassekern der Wicklung.
• Das Erregersystem kann im übrigen, wie bereits angedeutet, als lamellierter Blechkörper mit einer Stärke der Bleche von z. B. etwa 0,4 mm aufgebaut sein.
• Für die Eindeutigkeit des Induktivitätsverlaufes in Abhängigkeit von der Erregung ist es weiterhin zweckmäßig, bei der Auswahl des Werkstoffes für das Hochfrequenzsystem dafür Sorge zu tragen, daß der Induktivitätsverlauf L bzw. die diesem gleich verlaufende- reversible Permeabilität ,u, über der überlagerten Gleichfeldinduktion B eine eindeutige Funktion,Cr bzw. L = f (B) ist.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hochfrequenzvariometer mit Steuerung seiner Induktivität durch ein regelbares Gleichstromerregersystem, zwischen dessen Polen die Hochfrequenzwicklung an einem Massekern angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerjoch (I) bzw. der Hochfrequenzmassekern (1I) aus Werkstoffen mit einer geringen Koerzitivkraft H" < o,i Örsted bzw. H,1, < 6 Örsted bei Anfangsringkernpermeabilitäten ,u, > 5oo bzw. MII < ioo bestehen und die Verhältnisse ihrer magnetischen Teilwiderstände WI bzw. WII zu dem magnetischen Widerstand W des gesamten Kreises derart gewählt sind, daß die Bedingung und gegebenenfalls die Bedingung erfüllt werden.
2. 2. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung kleiner Werte für die Verhältnisse der magnetischen Widerstände der Teilwege im ferromagnetischen Material zum Gesamtwiderstand des magnetischen Kreises dessen Gesamtwiderstand durch Einfügen einer urmagnetischen Wegstrecke möglichst groß gewählt ist.
3. 3. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Erregersystem besonders reines Eisen, wie z. B. Karbonyleisen, benutzt ist. q.. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Erregersystem eine Legierung aus Eisen und Nickel benutzt ist. 5. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Erregersystem eine Legierung aus Eisen, Aluminium und Silicium benutzt ist. 6. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die magnetisierbaren Teilchen des Hochfrequenzmassekernes gleichartige metallische Werkstoffe wie für das Erregersystem benutzt sind. 7. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch = bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Polschuhstücke aus einem aus pulverigen Stoffen gefertigten magnetischen Werkstoff mit einer Koerzitivkraft kleiner als 6 Örsted verwendet werden. B. Hochfrequenzvariometer nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem als lamellierter Blechkörper aufgebaut ist. Hierzu i Blatt Zeichnungen