Automation of magnetic measurements in an experimental induction furnace

Das übergeordnete Ziel der größeren Forschungsinitiative, zu der diese Arbeit gehört, ist die Entwicklung einer Methode zur Ableitung von Materialeigenschaften aus magnetischen Messungen. Diese Studie konzentriert sich auf die Entwicklung eines robusten Messaufbaus und geeigneter Verfahren zur präzisen Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Metallproben, hauptsächlich Stahlproben. Statt direkte Korrelationen zwischen magnetischen und Materialeigenschaften herzustellen, konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung einer zuverlässigen Messmethodik. Die Korrelationen, die notwendig sind, um magnetische Eigenschaften mit Materialmerkmalen zu verbinden, sind Gegenstand zukünftiger Studien. Das angewandte Messprinzip basiert darauf, ein magnetisches Feld in die Probe zu induzieren und ihre Reaktion aufzuzeichnen. Dies wird durch das Anbringen eines dreibeinigen Jochs an der Probe erreicht, das eine Erregerwicklung zur Erzeugung des Magnetfeldes und zwei Aufzeichnungswicklungen zur Erfassung der Reaktion beherbergt. Die aufgezeichneten Spannungen können in eine Hystereseschleife umgewandelt werden, die als charakteristischer Fingerabdruck für verschiedene Materialien dient. Ein entscheidender Aspekt dieser Arbeit war die Entwicklung eines vollständig integrierten Systems mit dem klaren Fokus auf die Vereinheitlichung der Messsteuerung innerhalb eines Prozesses, bei gleichzeitiger Wahrung eines konsistenten Datenmodells. Das System wurde so konzipiert, dass es eine Inline-Qualitätsüberwachung ermöglicht, einen gut strukturierten Datenfluss sicherstellt und ein flexibles Datenmanagement unterstützt. Es wurde entwickelt, um Mehrfach-Batch-Experimente effizient zu verwalten und ein skalierbares Framework für zukünftige Messungen zu bieten, wobei alle Daten in einer einzigen Datenbank gespeichert werden. Zur Validierung des Systems wurden umfangreiche Messungen an einer Vielzahl von Proben mit unterschiedlichen Eigenschaften durchgeführt. Dies ermöglichte den Aufbau einer Datenbank mit bekannten Reaktionen, während gleichzeitig die betrieblichen Grenzen des Aufbaus getestet wurden. Durch die systematische Untersuchung verschiedener Messbedingungen bewerteten wir die Leistungsfähigkeit des Systems, identifizierten mögliche Einschränkungen und verfeinerten die Verfahren für einen zuverlässigen Betrieb. Zusätzlich wurden Methoden zur Driftkorrektur und Daten-Normalisierung entwickelt, um die Erzeugung konsistenter und vergleichbarer Hystereseschleifen zu gewährleisten. Ein entscheidender Befund war, dass die Exposition der Erregerwicklung gegenüber übermäßiger Hitze zu einer Beschädigung der Wicklung führte, die den Widerstand erhöhte und verhinderte, dass die angelegten Ströme die in früheren Experimenten beobachteten Werte erreichten. Diese Erkenntnis hat erhebliche Auswirkungen auf das Design des nächsten Messaufbaus.