Bedienungsanleitung KOERZIMETER KO 2.1

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1 Bedienungsanleitung KOERZIMETER KO 2.1 MERKMALE Automatische Messung der Koerzitivfeldstärke Digitale Anzeige der Messergebnisse Großer homogener Bereich der Feldspule Vorwahl der Magnetisierungsfeldstärke Einstellmöglichkeit der Magnetisierungszeit Einstellbare Messzeit Kompaktes Gerät in 19 -Technik Messungen auch an kleinen Proben ANWENDUNGSBEISPIELE Messung der Koerzitivfeldstärke in der Wareneingangskontrolle Messung der Koerzitivfeldstärke in Werkstofflabors Kontrolle von Werkstoffen für Relais und Schütze Kontrolle von Wärmebehandlungen Das Koerzimeter KO 2.1 ist ein Messgerät zur Bestimmung der Koerzitivfeldstärke an weichmagnetischen Werkstoffen. Die Koerzitivfeldstärke ist eine physikalische Größe, die viel über die Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe aussagt. Sie ist von der Art des Werkstoffs, nicht aber von Form und Größe abhängig. Deshalb kann die Koerzitivfeldstärke zur Bestimmung wichtiger Materialeigenschaften verwendet werden. WIRKUNGSWEISE Zur Bestimmung der Koerzitivfeldstärke wird die zu messende Probe in einen Probenhalter geklemmt und mit diesem in eine eisenlose Zylinderspule geführt. Mittels einer Magnetisiereinrichtung wird die Probe in einem an- und wieder absteigenden Magnetfeld innerhalb der Zylinderspule aufmagnetisiert. Die gesättigte Probe wird nun einem stetig ansteigenden Feld entgegengesetzter Feldrichtung solange ausgesetzt, bis der Restmagnetismus auf Null gebracht worden ist (Digitalanzeige 1). H-D-KO 2.1.doc -1- Stand 11/2004

2 Die Größe dieser Gegenfeldstärke wird als Koerzitivfeldstärke JH c bezeichnet. Die Größe der Gegenfeldstärke ist von der Spulenkonstante und dem Spulenstrom abhängig und kann somit auf einer Digitalanzeige (Digitalanzeige 2) angezeigt werden. Während des Anstiegs des Gegenfeldes wird laufend der Spulenstrom und somit die Höhe des Gegenfeldes gemessen (Digitalanzeige 2). Die Anzeige wird gestoppt und der Messwert gespeichert, sobald die Restpolarisation, die von der Digitalanzeige 1 angezeigt wird, zu Null geworden ist. Die Größe der Restpolarisation wird laufend mit einem Magnetometer (Digitalanzeige 1) überwacht, welches im Nulldurchgang über einen Schaltausgang die zugehörige Koerzitivfeldstärke (Digitalanzeige 2) über eine sample-hold"- Funktion speichert. Der Messwert bleibt solange gespeichert, bis der nächste Messzyklus gestartet wird. Optional: Alle Messwerte der Anzeige 2 können synchron über die RS 232-Schnittstelle zur Auswerteeinheit geleitet und dort auf dem Bildschirm angezeigt werden. Die Auswertung kann entweder nur am Bildschirm oder über den Plotter der Auswerteeinheit erfolgen. Aufstellen und Anschließen des Messplatzes "Koerzimeter KO 2.1" Zum Aufstellen der Geräte ist ein Holz-, Kunststoff- oder Aluminiumtisch mit einer Grundfläche von mindestens 70 cm x 140 cm erforderlich. Der Tisch darf auf keinen Fall ein Stahlgestell haben, weil die Messergebnisse dadurch beeinflusst werden! Die Geräte werden aufgestellt, wobei ausreichend Platz für die Zylinderspule bleiben sollte, damit diese durch Drehen im Erdfeld ausgerichtet werden kann. Zum Ausrichten der Zylinderspule ist ein Taschenkompass unentbehrlich. Der Kompass wird mittig neben die Grundplatte der Zylinderspule gelegt. Dann wird die Spule solange auf dem Tisch gedreht, bis die Spulenlängsachse in Ost-West- Richtung zeigt. So wird sicher der Einfluss des Erdfeldes auf die Messungen vermieden. H-D-KO 2.1.doc -2- Stand 11/2004

3 Folgende Geräte benötigen einen eigenen Netzanschluss: Koerzimeter (Steuer- und Anzeigeeinheit), Rechner, Bildschirm und Drucker. Der Anschluss erfolgt über die zum Lieferumfang gehörenden Netzkabel, welche in die Anschlussbuchsen der o.g. Geräte und die Kabelstecker in eine 230 Volt- Steckdose gesteckt werden. Anschluss der Zylinderspule Die Zylinderspule hat zwei Kabelanschlüsse: 1. 1 Rundstecker (schwarz) zum Anschluss der Magnetisier- und Entmagnetisierspule. Dieser Stecker wird in die passende Buchse auf der Rückseite der Anzeige- und Steuereinheit gesteckt und durch Rechtsdrehen arretiert Stecker mit zwei Büschelsteckern zum Anschluss der Messspulen. Dieser Stecker wird so auf die Buchsen "INPUT" gesteckt, dass die Beschriftung auf dem Steckergehäuse lesbar ist und nicht auf dem Kopf steht. Ein Verdrehen des Steckers führt zu einer Fehlfunktion des Messplatzes!!! 3. Je nach Probengröße müssen unter Umständen unterschiedliche Messspulen verwendet werden. 4. Zum Auswechseln der Messspulen muss die weiße Kunststoffschraube im Bereich des Kabelaustritts gelöst und entfernt werden. Dann kann das Messspulensystem in Richtung Kabelaustritt aus der Zylinderspule herausgezogen werden. Nach der Entnahme der Messspule kann dann eine andere Messspule in umgekehrter Folge eingebaut werden. Anschluss von Rechner, Bildschirm und Drucker Der Bildschirm wird über den Stecker des Bildschirmkabels mit der passenden Buchse des Rechners verbunden. H-D-KO 2.1.doc -3- Stand 11/2004

4 Der Drucker wird über das Druckerkabel mit dem Rechner und die Schnittstellenbuchse der Anzeige- und Steuereinheit über das Schnittstellenkabel mit dem Rechner verbunden. Eine Verwechslung der Kabel und Steckbuchsen ist nicht möglich, da jeweils unterschiedliche Stecker verwendet werden! Inbetriebnahme des Messplatzes Netzschalter folgender Geräte einschalten: Anzeige- und Steuereinheit, Rechner, Drucker und Bildschirm Die Bedienung des Rechners, des Druckers und des Bildschirms ist den Bedienungsanleitungen dieser Geräte zu entnehmen. Digitalanzeige 1 Polarsation Digitalanzeige 2 A / m B A A / m A/cm - H +H V DRIFT 1 ZERO DRIFT 2 C POWER INPUT DRIFT RESET START STOP OFF ON D KOERZIMETER KO 2. 1 Bedienungselemente Anzeige- und Steuereinheit Anzeige und Steuereinheit Grundeinstellungen: Schalter A 2000 A/m -H- Komparator H- Komparator Geschwindigkeit -H Mitte Geschwindigkeit +H Mitte Power ON RESET vor Einlegen der Probe kurz drücken Potentiometer B H-D-KO 2.1.doc -4- Stand 11/2004

5 ZERO DRIFT 1 DRIFT 2 DRIFT-Schalter Potentiometer CAL START STOP Mitte Mitte Mitte nur gedrückt zum Einstellen der Drift mit Eichprobe ermitteln durch kurzes Betätigen wird die Messung gestartet durch kurzes Betätigen wird die Messung unterbrochen Fluxmeter (Magnetometer) Das als Magnetometer verwendete Fluxmeter muss vor der Messung entdriftet werden. Dazu den Messspulenstecker herausziehen und Gerät ca. 15 Minuten warmlaufen lassen. Dann wird die Taste DRIFT" gedrückt, um die Empfindlichkeit der Anzeige zu vergrößern. I-Offset: Mit dem Potentiometer DRIFT 1" wird die Drift solange ausgeregelt, bis die Anzeige stillsteht. U-Offset: Jetzt wird die Messspule angeschlossen und nach Abbau der dabei entstehenden Thermospannungen durch Betätigen des Tandempotentiometers DRIFT 2" die Drift solange ausgeregelt, bis die Anzeige stillsteht. Der größere Knopf dient als Grobsteller und der kleinere als Feinsteller. Nach Beendigung des Driftabgleichs muss die Taste DRIFT" wieder in die Normalstellung (Taste steht weiter heraus) gebracht werden. Jeweils vor den Messungen sollte die Drift erneut überprüft werden. Eine nur leichte Drift kann jetzt ausschließlich mit dem Potentiometer DRIFT 2" korrigiert werden. Nach jedem Entdriften wird die Taste DRIFT" wieder herausgenommen und die Taste RESET" kurz gedrückt. Die Digitalanzeige sollte jetzt 0000 anzeigen. Ein abweichender Nullpunkt kann mit dem Potentiometer ZERO" korrigiert werden. Eventuell muss jetzt mit dem Potentiometer DRIFT 2" die Drift nochmals nachgestellt werden. Das Potentiometer "B" links neben der Digitalanzeige des Fluxmeters ermöglicht die Einstellung der Empfindlichkeit des Fluxmeters. Die Messwerte, die nach dem Magnetisieren angezeigt werden, sollten zwischen 100 und 1800 Digit liegen. Liegen die Messwerte niedriger als 100 Digit, so wird die Auflösung der Messwerte verschlechtert und die Messung ungenauer bedingt durch die sich verschlechternde Reproduzierbarkeit. H-D-KO 2.1.doc -5- Stand 11/2004

6 Sind die Messwerte höher als 1999 Digit, so werden sie nicht mehr von der Digitalanzeige angezeigt und lassen somit keine Rückschlüsse auf die Remanenz des gemessenen Materials zu, was zu einer Fehlfunktion des Koerzimeters führt. Messwert zu niedrig: Messwert zu hoch: Potentiometer "B" im Uhrzeigersinn verstellen Potentiometer "B" entgegen dem Uhrzeigersinn verstellen Einlegen der Probe Vor dem Einlegen der Probe in die Spule muss die Taste Reset" betätigt werden, um das Fluxmeter auf Null zu setzen. Die zu messende Probe wird in die Nut des Probenhalters eingelegt und mit einem Pappstreifen o. ä. arretiert, da sich die Probe unter Feldeinfluss verschieben kann. Dann wird der Probenhalter bis zum Anschlag in die Zylinderspule geschoben. Der Schalter Reset" darf nicht noch einmal betätigt werden, da ja die Probe eine Restmagnetisierung hat, die nach dem Einlegen der Probe angezeigt wird und nicht gelöscht werden darf!!! Kalibrierung Zum Kalibrieren sollte eine genau bestimmte Probe (PTB Braunschweig) für den jeweils verwendeten Messbereich vorhanden sein, wenn größtmögliche Genauigkeit erreicht werden soll. Da derartige Eichproben" aber recht kostspielig sind, können auch schon vorhandene Proben, deren Koerzitivfeldstärken bekannt sind, verwendet werden. Eine solche Vergleichsprobe wird wie unten beschrieben gemessen und ein vom Nennwert der Probe abweichendes Messergebnis mittels Potentiometer CAL" korrigiert. Dazu muss die Arretierung rechts oben am Bedienknopf durch Schieben nach links gelöst werden, erst dann kann der Knopf gedreht werden. Messwert zu klein: Rechtsdrehen des Bedienknopfes Messwert zu groß: Linksdrehen des Bedienknopfes Das Ergebnis einer solchen Korrektur kann erst nach der nächsten Messung beurteilt werden, da der zu korrigierende alte Messwert ja gespeichert bleibt. Ist die H-D-KO 2.1.doc -6- Stand 11/2004

7 Messwertkorrektur beendet, so muss der Bedienknopf durch Schieben des Arretierhebels nach rechts wieder arretiert werden, um ein unbeabsichtigtes Verstellen zu vermeiden. Messung Durch kurzes Drücken der Taste START" wird die Messung eingeleitet: Während die Kontroll-Lampe leuchtet, wird die Probe aufmagnetisiert. Ein kurzzeitiges Verlöschen der Kontroll-Lampe zeigt das Ende des Magnetisiervorgangs an. Das jetzt folgende Abmagnetisieren wird durch das erneute Aufleuchten der Kontroll-Lampe und das Hochlaufen der Digitalanzeige 2 angezeigt. Wenn die sich dabei verringernde Restpolarisation zu Null geworden ist (Digitalanzeige 1), wird die Anzeige der Koerzitivfeldstärke (Digitalanzeige 2) gesperrt und der zuletzt angezeigte Messwert gespeichert. Dieser Messwert kann durch die Taste STOP" gelöscht werden. Ein Löschen erfolgt auch automatisch durch ein erneutes Starten der Messung mit der nächsten Probe. Ein Messen mit den Grundeinstellungen" liefert Messergebnisse mit Messfehlern bis zu 3 %, abhängig von der Größe der Koerzitivfeldstärke. Der Messfehler kann unter 1 % gebracht werden, wenn abweichend von den Grundeinstellungen" die Bedienung in einigen Punkten geändert wird: Die Magnetisierungszeit sollte durch Rechtsdrehen des Potentiometers Geschwindigkeit +H" verkürzt werden. Eine zu kurze Magnetisierungszeit bewirkt ein Überschwingen des abklingenden Magnetisierungsstromes in Richtung -H, wodurch in Extremfällen ein undefiniertes Abschwächen der Restpolarisation auftritt und die nachfolgende Messung negativ beeinflusst. Ein Überschwingen ist daran erkennbar, dass die Digitalanzeige 1 nach Beendigung des Magnetisiervorgangs nicht stabil einen Wert anzeigt, sondern Sekunden lang verschiedene Messwerte nacheinander anzeigt und erst dann unverändert einen bestimmten Messwert anzeigt. Ist ein solches Verhalten erkennbar, dann muss die Magnetisierungszeit durch Linksdrehen des Potentiometers V +H" verlängert werden. Als zweiter Schritt sollte jetzt die Abmagnetisierungszeit bis zu einer bestimmten Koerzitivfeldstärke verkürzt werden, um die Möglichkeit einer höheren Auflösung des Messwertes mit einer von diesem Wert an verlangsamt ansteigenden Abmagnetisierungsfeldstärke zu geben. H-D-KO 2.1.doc -7- Stand 11/2004

8 In den meisten Fällen ist die ungefähre Koerzitivfeldstärke der zu messenden Probe bekannt. Wenn die Koerzitivfeldstärke z.b. mit ca. 400 A/m erwartet wird, so kann die Einstellung des -H-Komparators von -40 auf -300 verändert werden. Gleichzeitig muss das Potentiometer Geschwindigkeit -H" durch Linksdrehen auf langsames Ansteigen der Abmagnetisierungsgschwindigkeit eingestellt werden. Das Potentiometer wird von einem Kontakt des -H-Komparators solange überbrückt, bis der eingestellte Schaltpunkt (in diesem Beispiel -300) erreicht ist. Erst nach dem Schalten des Komparators wirkt das Potentiometer verlangsamend auf die Anstiegsgeschwindigkeit des Abmagnetisierungsfeldes, das Feld wird also schnell bis -300 A/m ansteigen, um von nur langsam weiterzusteigen. Die größtmögliche Auflösung und Messgenauigkeit wird bei Linksanschlag des Potentiometers erreicht. Mit dieser Messmethode wird eine hohe Messgenauigkeit bei gleichzeitiger kurzer Messzeit erreicht. Eine weitere Verkürzung der Gesamtmesszeit lässt sich auch noch durch die Reduzierung der Magnetisierungsfeldstärke erreichen. Die bei den Grundeinstellungen" eingestellten für den +H-Komparator entsprechen einer Magnetisierungsfeldstärke von 150 A/cm. Für die meisten zu messenden Proben genügt diese Feldstärke, diese kann aber noch bis maximal 199,9 A/cm erhöht werden. Ein höherer Wert darf am +H-Komparator allerdings nicht eingestellt werden, da dieses zu Fehlfunktionen führt! Die Magnetisierungsfeldstärke ist dann ausreichend groß, wenn durch stufenweises Vergrößern der Feldstärke kein Anstieg der Koerzitivfeldstärke mehr erreicht wird. Sollte auch bei maximaler Feldstärke noch einmal eine Steigerung der Koerzitivfeldstärke erreicht werden, so ist die Magnetisierungsfeldstärke, die in der Spule erzeugt werden kann, zu klein. Das wird vorwiegend bei Proben mit einem ungünstigen L/D-Verhältnis (Länge/ Dicke) auftreten, da der Magnetisierungsfaktor schlecht ist. Derartige Proben können aber mit einem Permanent-Magnetsystem außerhalb der Koerzimeterspule magnetisiert werden. Dazu wird der Oberpol des Permanent-Magneten am Handgriff bis zum oberen Anschlag angehoben und die zu magnetisierende Probe senkrecht auf den Unterpol des Permanent-Magneten gestellt. Dann wird der Oberpol wieder abgesenkt, bis die Probe ohne Luftspalt zwischen den Polen steht. Nach dem Anheben des Oberpols kann die nun magnetisierte Probe dem Permanent-Magneten entnommen werden. Jetzt wird die Probe mit der vorher dem Unterpol zugewandten Seite in den jeweiligen Probenhalter gesteckt und mit diesem in die Koerzimeterspule geschoben. Das Fluxmeter des Koerzimeters muss jetzt einen positiven Messwert anzeigen. Bei einem negativen Wert muss die Probe im Permanent-Magneten umgepolt werden. Dann kann der Messvorgang durch Betätigen der Starttaste eingeleitet werden. Das Permanent-Magnetsystem sollte weit ab von der Koerzimeterspule stehen, da ansonsten eine Beeinflussung der Messergebnisse erfolgen kann. H-D-KO 2.1.doc -8- Stand 11/2004

9 Messungen mit dem Fluxmeter als selbständiges Messinstrument Das in den Messplatz integrierte Fluxmeter dient bei den Messungen der Koerzitivfeldstärke als Magnetometer zur Feststellung der Restpolarisation. Es kann aber auch separat als Fluxmeter zur Bestimmung von magnetischen Feldstärken oder Induktionen eingesetzt werden. Dazu muss allerdings die bei dem Einsatz als Magnetometer verwendete Messspule abgeklemmt und durch eine für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Messspule ersetzt werden. Derartige Messspulen können als Zubehör bei uns bezogen werden. Das weitere Vorgehen wird in der Bedienungsanleitung dieser Messspulen eingehend beschrieben. Störungen 1. Nach dem Starten der Messung zeigt die Digitalanzeige 2 einen an- und absteigenden Strom an, während die Digitalanzeige 1 lediglich 0000 Digit anzeigt. Ursache: Es wurde keine Probe oder eine völlig unmagnetische Probe in den Probenhalter gelegt. 2. Nach dem Starten der Messung steigt der Magnetisierstrom bis zum Überlauf der Anzeige, der Strom läuft nicht mehr zurück und die Kontrolllampe leuchtet ständig. Ursache: Der +H-Komparator wurde auf einen Wert eingestellt, der größer als 1999 Digit ist. Durch Drücken der Stop-Taste wird der Strom auf Null zurückgesetzt und nach korrigierter Einstellung des +H-Komparators kann die Messung wiederholt werden. 3. Die Probe wird normal magnetisiert, aber die Abmagnetisierung läuft nach dem Messwertspeichern weiter hoch (erkennbar am weiteren Ansteigen der Fluxmeteranzeige). Die Kontroll-Lampe verlischt nicht. Ursache: Der -H-Komparator wurde auf einen Wert eingestellt, der größer als der Messwert ist. Die Stop-Taste muss solange gedrückt gehalten werden, bis auf der Anzeige 1 der Rücklauf des Abmagnetisierungsstromes zu sehen ist. Nach der Korrektur der Einstellung des -H-Komparators kann die Messung erneut gestartet werden. H-D-KO 2.1.doc -9- Stand 11/2004

10 4. Die Messwerte werden nach jeder Messung erheblich niedriger. Ursache: Die Reset-Taste wurde nach dem Einlegen der Probe in die Spule nochmals betätigt. (siehe "Einlegen der Probe" S.5) H-D-KO 2.1.doc -10- Stand 11/2004

11 TECHNISCHE DATEN Koerzimeter KO 2.1 Netzanschluss 230 V, 50 Hz zul. Netzspannungsschwankung ± 10 % zul. Netzfrequenzschwankung Leistungsaufnahme Durchführung der Messung Koerzitivfeldstärke- Messbereiche Anzeigegenauigkeit des Spulenfeldes maximale Auflösung ± 5 Hz bei Magnetisierung ¾ 200 VA halbautomatisch 0...0,199 A/cm 0...1,999 A/cm ,99 A/cm ±1 % zuzgl. ±1 Digit 0,01 A/m Anzeige digital Magnetisierung Magnetisierungszeit Koerzitivfeldstärke- Messzeit Probenabmessungen (maximal) A/cm, einstellbar ca s, einstellbar s, einstellbar Länge mm Querschnitt 20 mm dia. Weitere Probenabmessungen für kleinere Proben, wie z.b. Relaisteile, sind als Option spezielle Messspulen lieferbar. Zulässiger Umgebungstemperaturbereich o C Abmessungen Elektronik Gewicht Elektronik Abmessungen Spule (ohne Probenhalter) Gewicht Spule 520 x 205 x 410 mm (BxHxT) ca. 15 kg 520 x 120 x 100 mm (BxHxT) ca. 10 kg H-D-KO 2.1.doc -11- Stand 11/2004

12 OPTIONEN Auswerteeinheit Schnittstellen auf Anfrage serielle und parallele Schnittstelle Messspulen für spezielle Probenabmessungen auf Anfrage lieferbar. H-D-KO 2.1.doc -12- Stand 11/2004