{"id":20334,"date":"2022-12-27T16:11:38","date_gmt":"2022-12-27T08:11:38","guid":{"rendered":"https:\/\/cndailymag.com\/?p=20334"},"modified":"2024-10-21T16:13:06","modified_gmt":"2024-10-21T08:13:06","slug":"wie-wird-ein-magnetfeld-gemessen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cndailymag.com\/de_de\/wie-wird-ein-magnetfeld-gemessen-html","title":{"rendered":"Wie wird ein Magnetfeld gemessen?"},"content":{"rendered":"

Die Messung von magnetischem Fluss, magnetischer Flussdichte, magnetomotorischer Kraft, magnetischer Feldst\u00e4rke usw. im Raum oder in magnetischen Materialien ist ein wichtiger Bestandteil der magnetischen Gr\u00f6\u00dfenmessung. Die magnetische Flussdichte im Raum ist proportional zur magnetischen Feldst\u00e4rke, und die Messung der magnetischen Feldst\u00e4rke im Raum ist im Wesentlichen die Messung der magnetischen Flussdichte. Daher ist das, was vom Magnetometer gemessen wird, tats\u00e4chlich die magnetische Flussdichte. Magnetfeldmessungen werden haupts\u00e4chlich mit magnetischen Messger\u00e4ten durchgef\u00fchrt. Je nach Art des gemessenen Magnetfelds wird die Magnetfeldmessung in eine konstante Magnetfeldmessung und eine ver\u00e4nderliche Magnetfeldmessung unterteilt.<\/p>\n

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  1. Momentmagnetometer: Kurz Magnetometer. Die Kraftwirkung eines Magnetfeldes wird genutzt, um die St\u00e4rke eines Magnetfeldes bzw. die Magnetisierung eines Materials zu messen.<\/li>\n
  2. Magnetischer Durchflussmesser und Sto\u00dfamperemeter (siehe Amperemeter): dienen zur Messung des magnetischen Flusses und der magnetischen Flussdichte im Sto\u00dfverfahren (siehe Messung weichmagnetischer Materialien). W\u00e4hrend der Messung muss der magnetische Fluss in der Detektionsspule k\u00fcnstlich ver\u00e4ndert werden.<\/li>\n
  3. Drehspulmagnetometer: Platzieren Sie eine kleine Detektionsspule im zu messenden konstanten Magnetfeld und lassen Sie sie mit konstanter Geschwindigkeit rotieren. Durch Messung der elektromotorischen Kraft der Spule l\u00e4sst sich die magnetische Flussdichte bzw. die magnetische Feldst\u00e4rke berechnen. Der Messbereich liegt zwischen 0,1 mtex und 10 tex. Die Fehlertoleranz betr\u00e4gt 0,1 bis 11 TP3T. Die Detektionsspule kann auch pl\u00f6tzlich umgedreht oder schnell in den feldfreien Bereich gebracht werden. Die magnetische Flussdichte l\u00e4sst sich nach dem Prinzip der Sto\u00dfmethode messen.<\/li>\n
  4. Fluxgate-Magnetometer: Der Eisenkern aus weichmagnetischem Material mit hoher magnetischer Permeabilit\u00e4t wird gleichzeitig zwei Arten von Wechsel- und Gleichfeldern ausgesetzt. Aufgrund der Nichtlinearit\u00e4t der Magnetisierungskurve und des asymmetrischen Kerns enth\u00e4lt die von der um den Eisenkern gewickelten Detektionsspule induzierte Spannung geradzahlige Harmonische, insbesondere die zweite Harmonische. Diese Harmonische ist proportional zur konstanten magnetischen Feldst\u00e4rke. Durch Messung der Harmonischenspannung der Detektionsspule wird die magnetische Feldst\u00e4rke berechnet. Der prinzipielle Aufbau des Fluxgate-Magnetometers ist in der Abbildung dargestellt. Die beiden Kerne der Sonde bestehen aus einer hochpermeablen weichmagnetischen Legierung. Jeder Eisenkern ist mit einer Wechselstrom-Erregerspule umwickelt, und die Detektionsspule ist um die beiden Eisenkerne gewickelt. Die beiden Wechselstrom-Erregerspulen sind in Reihe geschaltet und werden vom Oszillator gespeist. Die in den beiden Eisenkernen erzeugte Magnetfeldst\u00e4rke betr\u00e4gt H~, ist jedoch entgegengesetzt gerichtet. Dadurch heben sich die in der Detektionsspule induzierten Grund- und ungeradzahligen Harmonischen gegenseitig auf. Befindet sich die Sonde im gemessenen konstanten Magnetfeld der St\u00e4rke H0, werden die beiden Eisenkerne jeweils der \u00dcberlagerung von H0+H~ bzw. H0-H~, also dem Wechsel- und dem konstanten Magnetfeld, ausgesetzt. Dadurch entstehen in der Detektionsspule geradzahlige Harmonische. Nach frequenzselektiver Verst\u00e4rkung und synchroner Detektion wird die zweite Harmonische gemessen, deren Messwert proportional zur gemessenen konstanten Magnetfeldst\u00e4rke H0 ist. Fluxgate-Magnetometer sind hochempfindlich und haben eine Aufl\u00f6sung von 100 Peta. Sie werden haupts\u00e4chlich zur Messung schwacher Magnetfelder eingesetzt und finden breite Anwendung in der Geologie sowie der Meeres- und Raumfahrttechnik. Das in den 1960er und 1970er Jahren entwickelte optisch gepumpte Magnetometer und das supraleitende Quantenmagnetometer aus supraleitenden Quanteninterferenzger\u00e4ten (Squid) weisen eine h\u00f6here Empfindlichkeit und Aufl\u00f6sungen von 10-7 bzw. 10-9 Ampere auf. \/Meter<\/li>\n
  5. Hall-Effekt-Magnetometer: Eine rechteckige Halbleiterplatte wird in ein Magnetfeld (magnetische Flussdichte B) senkrecht zur Plattenebene gelegt. Flie\u00dft ein Gleichstrom I zwischen den gegen\u00fcberliegenden Enden der Platte, entsteht zwischen den Punkten die entsprechende elektromotorische Kraft E (Hall-Effekt). Ist I konstant, so ist E proportional zu B, und der Proportionalit\u00e4tskoeffizient h\u00e4ngt von der Breite b, L\u00e4nge l und Dicke d der Platte sowie vom verwendeten Material ab. Diese Materialeigenschaft wird auch als magnetische Empfindlichkeit bezeichnet. Ein Hall-Effekt-Magnetometer kann magnetische Flussdichten im Bereich von 1 mtex bis 10 tex messen. Der Fehler liegt bei 0,1~5%. Das Hall-Element kann d\u00fcnn und klein ausgef\u00fchrt werden, zur Messung in einen schmalen Spalt eingef\u00fchrt werden und auch zur Messung inhomogener Magnetfelder verwendet werden. Zu den magnetisch empfindlichen Ger\u00e4ten z\u00e4hlen neben Hall-Platten auch Wismutspiralen und magnetisch empfindliche Dioden.<\/li>\n
  6. NMR-Magnetometer: Unter der Einwirkung der magnetischen Flussdichte B pr\u00e4zediert das magnetische Moment des Kerns um die Richtung des Magnetfelds. Seine Pr\u00e4zessionsfrequenz ist f0 = \u03b3B (\u03b3 ist das gyromagnetische Verh\u00e4ltnis, das f\u00fcr bestimmte Substanzen konstant ist). Wird senkrecht zu B ein schwaches magnetisches Wechselfeld angelegt und dessen Frequenz f0 ist, tritt Resonanzabsorption, d. h. Kernspinresonanz, auf. Die magnetische Flussdichte bzw. Magnetfeldst\u00e4rke l\u00e4sst sich anhand der Resonanzfrequenz genau berechnen. Dieses Magnetometer hat einen Messbereich von 0,1 mtex bis 10 tex. Die Genauigkeit ist sehr hoch, und der Fehler liegt unter 10-4 bis 10-5. Es wird h\u00e4ufig zur Bereitstellung eines Standardmagnetfelds und als Kalibrierstandard verwendet.<\/li>\n
  7. Magnetpotentiometer: Wird verwendet, um die magnetische Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten im Raum a und b zu messen. Handelt es sich um ein gleichm\u00e4\u00dfiges Magnetfeld, kann dies in die dortige magnetische Feldst\u00e4rke umgerechnet werden. Magnetometer k\u00f6nnen auch verwendet werden, um die magnetische Feldst\u00e4rke im Inneren eines Materials zu messen. Da die Tangentialkomponenten der magnetischen Feldst\u00e4rke an der Schnittstelle des magnetischen Materials gleich sind, ist die vom Magnetometer im Raum entlang der Materialoberfl\u00e4che gemessene magnetische Feldst\u00e4rke die Tangentialkomponente der magnetischen Feldst\u00e4rke im Inneren des Materials. Das magnetische Potentiometer ist so aufgebaut, dass d\u00fcnne isolierte Dr\u00e4hte gleichm\u00e4\u00dfig um ein nicht magnetisches weiches Band oder eine harte Platte gewickelt sind. Ersteres wird als weichmagnetisches Potentiometer bezeichnet, letzteres als hartmagnetisches Potentiometer. Als Messger\u00e4t wird ein Sto\u00dfgalvanometer oder ein Flussmesser verwendet. Bei einem konstanten Magnetfeld muss der vom Magnetometer bereitgestellte magnetische Fluss w\u00e4hrend der Messung ge\u00e4ndert werden. Bei einem gemessenen gleichm\u00e4\u00dfigen Magnetfeld wird die magnetische Feldst\u00e4rke aus der magnetischen Potenzialdifferenz umgerechnet. Das Magnetometer kann in einem standardisierten gleichm\u00e4\u00dfigen Magnetfeld kalibriert und entsprechend dem Wert der magnetischen Feldst\u00e4rke skaliert werden.<\/li>\n