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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik messen kleinster Spannungsunterschiede mit OPV


Autor: cnongs (Gast)
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Hallo Zussammen,

für eine Messschaltung suche ich einen Operationsverstärker mit dem ich 
kleinste Spannungsunterschiede messen kann, je kleiner der messbare 
Spannungsunterschied bezogen auf Ground desto besser.

Auf welches "Leistungsmerkmal" muss ich bei der Auswahl achten ?

Welchen Typ von Operationsverstärker sollte ich dafür nehmen ?

Gibt es eine bessere Messmethoden, als mit einen OPV, um kleinste 
Spannungsuntersiede zu messen ?


Sehr vielen Dank im vorraus für die Hilfe

Autor: Akazienhonig (Gast)
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>Auf welches "Leistungsmerkmal" muss ich bei der Auswahl achten ?

Rauschen, Bandbreite, Quellimpedanz,...

>Gibt es eine bessere Messmethoden, als mit einen OPV, um kleinste
>Spannungsuntersiede zu messen ?

Manchmal lohnt ein Übertrager.

Du mußt schon mehr Details angeben.

Autor: Is_nich_so_ernst_gemeint (Gast)
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cnongs schrieb:
> für eine Messschaltung suche ich einen Operationsverstärker mit dem ich
> kleinste Spannungsunterschiede messen kann, je kleiner der messbare
> Spannungsunterschied bezogen auf Ground desto besser

Dann brauchst du wohl einen mit ziemlich vielen Bits Auflösung...

Autor: smatlok (Gast)
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cnongs schrieb:
> je kleiner der messbare
> Spannungsunterschied bezogen auf Ground desto besser.

Da fängt das Problem schon an. Ground ist ein Meer aus Störungen, 
Induktivitäten und Antennen, und kann bei schlechtem Layout alle paar cm 
ein paar uV verschoben sein. Über Ground fließt alles was man sonst 
nicht messen möchte. Für Messungen gegen Ground langt daher jeder 
popelige Präzisions-OP aus der Schublade, da der sonstige Aufbau/Layout 
viel mehr Probleme bereitet.

Falls du eine Spannung zwischen zwei Punkten messen wollen würdest, 
könnte man dagegen schon problemlos bis ans thermische Rauschen unter 
1uV heranmessen. Und das lässt sich dann noch durch Filterung 
beseitigen. Aber gut, anderes Thema.

Autor: Salamibrot (Gast)
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>Für Messungen gegen Ground langt daher jeder popelige Präzisions-OP aus
>der Schublade, da der sonstige Aufbau/Layout viel mehr Probleme bereitet.

Na na...

Autor: cnongs (Gast)
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Danke für die Antworten. Ich habe mal gegoogelt und unter den 
Suchbegriff:

"Low Noise OpAmps" den hier gefunden : 
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1028fa.pdf

Im Datenblatt steht: Voltage Noise 1.1nV/Hz Max at 1kHz

also kann ich mit dem schon mal ein Spannungsunterschied von 2 nV messen 
:)

@smatlok

Ok, dann ist es also besser nicht gegen Ground zu messen, dann werde ich 
die Spannung zwischen zwei Punkten messen.

Welche Spannung hat denn das thermische Rauschen bei Zimmertemperatur 
und wie kann ich die messen ?

Autor: Freies Elektron (Gast)
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Was ist "kleinster Spannungsunterschied"?

1mV oder 1µV?

Ersteres ist locker zu messen und weiter zuverarbeiten.
Zweiteres unterliegt thermodynamischen Effekten die nur von Experten 
beherrscht werden können.

Autor: Käsebrötchen (Gast)
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>Im Datenblatt steht: Voltage Noise 1.1nV/Hz Max at 1kHz

Da steht auch was über den "Noise Current". Übersehen?

>also kann ich mit dem schon mal ein Spannungsunterschied von 2 nV messen
>:)

Wenn deine Nutzsignal-Bandbreite weniger als 1Hz ist und die 
Quellimpedanz so gering ist, daß der "Noise Current" keine Rolle spielt, 
theoretisch ja.

>Ok, dann ist es also besser nicht gegen Ground zu messen, dann werde ich
>die Spannung zwischen zwei Punkten messen.

Wie soll das gehen, wenn dein Signal ground-referenziert ist?

>Welche Spannung hat denn das thermische Rauschen bei Zimmertemperatur
>und wie kann ich die messen ?

Von welcher Quellimpedanz sprechen wir denn?

Autor: Ulrich (Gast)
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Es ist bei der Auswahl des Verstärker ein großer Unterschied ob man 
quasi Gleichspannung oder Wechselspannung messen will.  Die OPs 
Gleichspannung wären Zero Dirft oder Prräzisions Typen. Für 
Wechselspannung dann eher Low Noise.

Gerade wenn es gegen GND geht muss man auch auf Störungen achten GND ist 
nicht überall gleich GND - schon ein paar mA Strom über eine Leitung mit 
1 mOhm gibt ein paar µV.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Wenn man die Signale kennt, oder sogar beeinflussen kann, kann man 
einiges unterhalb des Rauschens messen. uV ist noch sehr gut machbar. 
Fuer Weitere Auskuenfte muesste man mehr wissen, AC/DC, Bandbreite, usw.

Autor: cnongs (Gast)
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Akazienhonig schrieb:
> Manchmal lohnt ein Übertrager.
>
> Du mußt schon mehr Details angeben.

Ich möchte in dem Leiter Spannungen messen, die von einem äußeren sehr 
schwachen wechselnden elektromagnetischen Feld induziert werden. Das 
elektromagnetische Feld enthält die Signale die ich auswerten will.

Käsebrötchen schrieb:
> Von welcher Quellimpedanz sprechen wir denn?

Ist die Quellimpedanz der Wechselstromwiderstand (Scheinwiderstand) des 
Leiters ?

Ich möchte einen Leiter-Werkstoff verwenden der sehr gut 
elektromagnetische Spannungen induziert.

Sollte ich dafür einen Leiter aus Eisen nehmen ?

Der Leiter hat z.b. folgende Abmessungen:

Durchmesser: 0,1
Länge: 20 mm


Ist der LT1028 OPV davür am besten geeignet od. misst ein 
Standart-Oszilloskop genauer ?


Sehr vielen Dank für alle bisherigen Antworten :)

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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cnongs schrieb:
> Standar*t*-Oszilloskop genauer
hust
Oszilloskope sind im allgemeinen ziemliche Schätzeisen, sie heißen ja 
auch nicht Oszillometer ;) Normale Oszilloskope sind zur Messung von 
kleinen Spannungen gänzlich ungeeignet, da die kleinste Vertikalteilung 
bestenfalls 1mV/Häuschen beträgt. Digiskops sind noch ungeeigneter, da 
sie nicht unbeträchtlich rauschen. Spezielle Vorverstärker oder 
Einschübe für die Tektronix 7000er oder 5000er Serie schaffen allerdings 
bis 10µV/Häuschen. Heute leider nur noch gebraucht erhältlich.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn die Induktionsspannung eher niederfrequent ist, ist ein Rauscharmer 
OP wie der LT1018 wohl schon die richtige Wahl. Bei niedrigen Frequenzen 
(z.B. 1 kHz) wird der Wechselstromwiderstand auch noch niedrig sein und 
entspechend die Quellimpedanz niedrig.  Mit guter Schirmung wäre 
eventuell auch ein Übertrager möglich - das hängt dann aber von der 
Frequenz ab.

Die Eingänge der normalen Oszilloskope sind hochohmig und haben 
entsprechend ein höheres Rauschen - mehr so im Bereich 5-10 nV/Sqrt(Hz) 
und dazu auch mehr 1/f Rauschen als ein Bipolarer OP.  Ein digitales 
Oszilloskop muss dabei nicht schlechter sein - der AD Wandler muss nicht 
mehr Rauschen als der Eingangsverstärker.  Schlecht sind da vor allem 
die alten mit analoger Eimerkette.

Autor: cnongs (Gast)
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Ulrich schrieb:
> Mit guter Schirmung wäre
> eventuell auch ein Übertrager möglich - das hängt dann aber von der
> Frequenz ab.

Die Frequenzen werden vorraussichtlich nicht höher als 5000 Hz betragen.

Wie funktioniert ein Übertrager ?

Ich kann ja den Leiter nicht abschirmen, in dem die Spannung induziert 
werden soll.

Autor: hro (Gast)
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Vielleicht waeren DMS-Messverstaerker was fuer Dich.
Die messen bis weit unter 1uV.
Allerdings wird's bei 5KHz nicht ganz einfach / billig.

Gruss hro

Autor: Ulrich (Gast)
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Der Übertrager ist an sich ein Transformator - nur halt nicht für 
Netzfrequenz und optimiert für geringe Störungen.  Ein Abschrimung 
braucht man ggf. um den Übertrager, damit der nicht gleich magentische 
Störungen einfängt.
Die Signal Spannung wird z.B. um den Faktor 10 oder 100 hoch 
transformiert - dafür erhöht sich aber auch die Impedanz um den Faktor 
100 bzw. 10000.
Das ist dann sinnvoll wenn man eine Wirklich niderohmige Quelle unter 
vielleicht 5 Ohm hat.

Erstmal würde ich es ohne den Übertrager probieren. Die sind ohnehin 
schlecht zu bekommen und eher teuer. Also lieber einen guten OP wie den 
LT1028 und ggf. auch 2 oder 3 davon zusammen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  cnongs (Gast)

>für eine Messschaltung suche ich einen Operationsverstärker mit dem ich
>kleinste Spannungsunterschiede messen kann, je kleiner der messbare
>Spannungsunterschied bezogen auf Ground desto besser.

Sehr sinnvolle Angabe.

>Die Frequenzen werden vorraussichtlich nicht höher als 5000 Hz betragen.

Hmmm.

>Wie funktioniert ein Übertrager ?

Siehe Transformatoren und Spulen.

>Ich kann ja den Leiter nicht abschirmen, in dem die Spannung induziert
>werden soll.

Wärte aus sinnlos, dann wird ja nix mehr induziert ;-)

Jaja, da sind wir mal wieder, mitten in einer vollkommen unsinnigen, 
weil in den endlosen Weiten des Weltall schwebenden Diskussion ohne 
Substanz.

Lies mal was über Netiquette und beschreibe dein Vorhaben 
GUNDLEGEND. Mit ZAHLEN!

MFG
Falk

Autor: Kürbissuppe (Gast)
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>Ich möchte in dem Leiter Spannungen messen, die von einem äußeren sehr
>schwachen wechselnden elektromagnetischen Feld induziert werden. Das
>elektromagnetische Feld enthält die Signale die ich auswerten will.

Hhm, meinst du ein elektrisches Feld, ein magnetisches Feld oder ein 
elektromagnetisches Feld? Was meinst du mit "induziert"?

>Ich möchte einen Leiter-Werkstoff verwenden der sehr gut
>elektromagnetische Spannungen induziert.

Du könntest ein Ebene-3-Kraftfeld errichten und mit dem Deflektor einen 
Tachionenimpuls erzeugen.

Sorry, aber dein Satz ergibt irgend wie keinen Sinn.

>Der Leiter hat z.b. folgende Abmessungen:
>
>Durchmesser: 0,1
>Länge: 20 mm

Ist er als kapazitive Sensorfläche, als Leiterschleife für Magnetfelder 
oder als Hertzscher Dipol für elektromagnetische Wellen geformt?

Autor: cnongs (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

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Falk Brunner schrieb:
> Lies mal was über Netiquette und beschreibe dein Vorhaben
> GUNDLEGEND. Mit ZAHLEN!

Ich möchte meine Messschaltung an Hand einer Skizze, siehe 
messaufbau.png erläutern.

In einem elektromagnetisch abgeschirmten Kasten befinden sich zwei 
Leiter. Leiter1 und Leiter2. In dem Leiter 1 fließt ein unbekannter sehr 
schwacher Wechselstrom, dessen Verlauf ich erfassen will. Durch den 
Wechselstrom im Leiter1 wird ein  Magnetfeld erzeugt, welches auf 
Leiter2 einwirkt und in diesem einen Strom induziert.
Nun möchte ich den Abstand zwischen den Leitern vergrößern (max. 50 cm) 
und den Wechselstrom im Leiter1 verkleinern, bis an die Grenzen des 
messbaren, ich möchte sozusagen berührungslos Strom messen ;)

Bis auf welchen Betrag kann ich den Strom im Leiter1 verringern, so dass 
ich immer noch im Leiter2 mit dem OPV 5k Hz ablesen kann ?

Welches Messverfahren ist dafür am besten geeignet ?

Kürbissuppe schrieb:
> Du könntest ein Ebene-3-Kraftfeld errichten und mit dem Deflektor einen
> Tachionenimpuls erzeugen.

Sorry das sagt mir jetzt nix, klingt aber interessant.

Wie sollte der Deflektor aufgebaut sein ?
Wie messe ich den Tachionenimpuls ?

Sehr vielen Dank für die bisherigen antworten.

Autor: MaWin (Gast)
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> ich möchte sozusagen berührungslos Strom messen ;)

Andere Leute haben dazu die Spule erfunden, das war in der Zeit bevor es 
Mikrovolt Zerodrift OpAmps gab.

Noch andere Leute die Antenne, damit können sie Strom in anderen 
Antennen um den ganzen Erdball rum messen.

Natürlich gibt es auch die blöde Vorrichtung, in der beide Drähte zu 
kurz sind um als elektromagnetische Antenne zu wirken und nicht 
aufgewickelt genug um als magnetische Antenne zu wirken.

Du siehst also daß die Fragestellung ohne weitere Rahmenbindingungen 
unsinnig ist.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die 5kHz kriegt man fast immer. Eine Kette von AC gekoppelten 5kHz 
Bandpassverstaerkern. Eine Frage der Bandbreite. Noch besser geht's wenn 
man die 5kHz als Referenz bekommt.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  cnongs (Gast)

>Ich möchte meine Messschaltung an Hand einer Skizze, siehe
>messaufbau.png erläutern.

Schon besser, reicht aber noch nicht.

>schwacher Wechselstrom, dessen Verlauf ich erfassen will. Durch den
>Wechselstrom im Leiter1 wird ein  Magnetfeld erzeugt,

In einen einfachen leiuter wird keine Spannung induziert, immer in eine 
LeiterSCHLEIFE

>Nun möchte ich den Abstand zwischen den Leitern vergrößern (max. 50 cm)

Warum? Was ist denn das Ganze? Alles sehr mysteriös.

>und den Wechselstrom im Leiter1 verkleinern, bis an die Grenzen des
>messbaren, ich möchte sozusagen berührungslos Strom messen ;)

Wie groß ist der Strom?

>Bis auf welchen Betrag kann ich den Strom im Leiter1 verringern, so dass
>ich immer noch im Leiter2 mit dem OPV 5k Hz ablesen kann ?

Solche difusen Rückwärtsfragen bringen nicht viel.

Beschreibe dein Vorhaben NOCH grundlegender. Denn so wird es ziemlich 
aufwändig.

>> Du könntest ein Ebene-3-Kraftfeld errichten und mit dem Deflektor einen
>> Tachionenimpuls erzeugen.

>Sorry das sagt mir jetzt nix, klingt aber interessant.

>Wie sollte der Deflektor aufgebaut sein ?
>Wie messe ich den Tachionenimpuls ?

;-)

http://de.wikipedia.org/wiki/Star-Trek-Technologie

MfG
Falk

Autor: Anja (Gast)
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cnongs schrieb:
> Nun möchte ich den Abstand zwischen den Leitern vergrößern (max. 50 cm)
> und den Wechselstrom im Leiter1 verkleinern, bis an die Grenzen des
> messbaren, ich möchte sozusagen berührungslos Strom messen ;)

Du weißt aber schon daß die induzierte Spannung nichtlinear (je nach 
Frequenz zu Abstand quadratisch bis kubisch) mit der Entfernung abnimmt.

Gruß Anja

Autor: cnongs (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Wie groß ist der Strom?

Der Strom beträgt 2,5 pA und hat eine Frequenz von 5000 Hz.

Mit welchen Messverfahren könnte ich einen solchen Strom im Abstand von 
50 cm messen.

Autor: MaWin (Gast)
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Du möchtest also wissen, ob in einem 50cm entfernten Draht
3200 Elektronen hin und hergeschubst werden ?

Einfach hingucken, das kann man bestimmt sehen.
Mit etwas Glück kannst du sie einzeln abzählen,
die Menge ist doch überschaubar.


Habt ihr eigentlich alle gleich nach dem Kindergarten die Schule 
geschmissen ?

Autor: cnongs (Gast)
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Wie groß sollte denn der Stromm mindestens sein, dass ich ihn noch 
messen kann ?

Autor: MaWin (Gast)
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Also 2.5pA/5kHz direkt zu messen, wenn du also den Draht durchtrennen 
kannst um dich dazwischenklemmen, ist schon anspruchsvoll genug. Lösbar, 
aber man kann's auch vergurken.

Kontaktlos sollte wohl zumindest 1.2uV in die Antenne induziert werden 
können, damit die Schaltung mit endlichem Aufwand hinzubekommen ist.
Keine Ahnung wie viel Strom man da bei so ungünstigen Voraussetzungen im 
Sendedraht braucht, aber wohl kaum unter 2.5mA. Erst bei 250mA würde ich 
so einen Auftrag annehmen :-)

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Wie groß sollte denn der Stromm mindestens sein, dass ich ihn noch
messen kann ?

Sind die 5 kHz als Referenz verfuegbar ? Dann wuerde man einen Lock-in 
verwenden. Und ein rechtes Stueck weiter runter messen wie ohne. Darf 
ich die Leiter Geometrie selbst bestimmen ? zB 2 runde Schleifen mit 
50cm Abstand ?

Autor: Sepp (Gast)
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2,5pA und 5000Hz????? Und dann noch aus 50 cm Entfernung messen.

Also bei DC habe ich das mit Chopper-Verstärkern schon vor
ca. 25 Jahren (ICL7650) hinbekommen, mit entsprechendem
Aufwand -z.B. Teflon-Platinen- das funktionierte tadellos,

Aber ein so schwaches 5kHz-Signal und über 50cm,
als Bastler keine Chance.
Mit entsprechend teurem Equipment in einem guten Elektronik
labor (gute Abschirmung z.B.) mag es ein sehr erfahrener Entwick-
ler hinbekommen. Für unmöglich halte ich es nicht.

Ich frage mich allerdings, vorausgesetzt die Messung funktioniert,
wie stark die "Empfangseinheit" den "Sender", also die Leitung
mit den 2,5pA bei 5000Hz beeinflußt. Und damit die 2,5pA und
die Messung...

Ich schätze der TO weiß nicht auf was er sich mit seiner
"Elektronenzählerei" einläßt.

Des weitern: Wie genau sollen denn die 2,5pA aufgelöst werden?

Ich hatte es damals bis auf < 0,1 pA hinbekommen.

Ich gebe MaWin recht, direkt in den Draht gehängt ist die Aufgabe
anspruchsvoll aber lösbar.
Als Selbständiger Entwickler würde ich den Auftrg lieber ablehnen,
als Angestellter (Chef hat immer Recht) auf das erhebliche Risiko
hinweisen und erst mal eine Machbarkeitsstudie vorschlagen.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Man muesste vielleicht mal die Kopplung von 2 Drahtschlaufen mit einer 
vorgegebenen Geometie rechnen. Dann die Frequenz einsetzen... Eine 
machbare Aufgabe. Mir fehlt grad die Zeit. Und dann ueberlegen ob man 
die erhaltene Spannung noch wie gut messen kann.

Autor: Thunfischbrötchen (Gast)
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>In einem elektromagnetisch abgeschirmten Kasten befinden sich zwei
>Leiter. Leiter1 und Leiter2. In dem Leiter 1 fließt ein unbekannter sehr
>schwacher Wechselstrom, dessen Verlauf ich erfassen will. Durch den
>Wechselstrom im Leiter1 wird ein  Magnetfeld erzeugt, welches auf
>Leiter2 einwirkt und in diesem einen Strom induziert.
>Nun möchte ich den Abstand zwischen den Leitern vergrößern (max. 50 cm)
>und den Wechselstrom im Leiter1 verkleinern, bis an die Grenzen des
>messbaren, ich möchte sozusagen berührungslos Strom messen ;

Am aussichtsreichsten erscheint auf den ersten Blick vielleicht eine 
Spule mit vielen Windungen und einem Kern mit hohem µr. Eine grobe 
Näherungsrechnung liefert:

Einen geraden Leiter umgibt ein ringfrömiges Magnetfeld. Im Abstand "r" 
ist

H = I / (2 x pi x r)

, wenn durch ihn der Strom "I" fließt. Ist

I = Io x sin (w x t)

, dann ist

H = Io / (2 x pi x r) x sin (w x t)

Befindet sich im Abstand "r" eine Spule mit "n" Windungen, deren 
Querschnittsfläche "A" von dem Magnetfeld "H" durchsetzt wird, mit

B = µo x µr x H

dann wird in ihr die folgende Spannung induziert:

U = n x dPhi/dt = n x dB/dt x A = n x A x µo x µr x Io x w / (2 x pi x 
r) x cos (w x t)

Mit Io = 2,5pA, w = 2 x pi x 5kHz und beispielsweise A = (1cm)^2 und r = 
5cm folgt:

U = n x µr x 3,14x10^-17V x cos (w x t)

Die Amplitude ist mit 0,0000314pV x n x µr also extrem winzig.

Jetzt gilt es nur noch eine Spule mit passendem "µr" und "n" zu wickeln, 
sodaß einerseits die Apmlitude genügend groß wird, andererseits aber die 
Induktivität dennoch so klein bleibt, daß sie bei 5kHz keinen zu großen 
Wechselstromwiderstand aufweist. Da die Induktivität proportional zu 
"µr" und "n^2" ist, wird man wohl die Windungszahl "n" möglichst klein 
halten und dafür "µr" möglichst groß wählen.

Aber selbst, wenn man µr=100000 und n=1000 wählt und damit die Amplitude 
immer noch im Nanovoltbereich liegt, dürfte das schon eine viel zu große 
Induktivität zur Folge haben...

Autor: MaWin (Gast)
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> Am aussichtsreichsten erscheint auf den ersten Blick vielleicht eine
> Spule mit vielen Windungen und einem Kern mit hohem µr.

Vergiss es.

Alleine die Windungskapazität ist zwangsweise höher als 1pF und frisst 
dir damit den ganzen Strom auf.

Autor: Senfdazugeber (Gast)
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cnongs (Gast) schrieb:

> also kann ich mit dem schon mal ein Spannungsunterschied von 2 nV messen

> Wie funktioniert ein Übertrager ?

> bis an die Grenzen des
> messbaren, ich möchte sozusagen berührungslos Strom messen ;)

Du möchtest bis an die "Grenzen des Messbaren" gehen, weißt aber noch 
nicht mal was ein Übertrager ist? Wie wäre es sich erst mal ein paar 
Grundlagen anzueignen und dann so in ein, zwei Jahren die Frage nochmal 
zu stellen?

> Wie groß sollte denn der Stromm mindestens sein, dass ich ihn noch
> messen kann ?

Am besten so groß, dass dein 0815-DMM ihn auch noch einigermaßen genau 
messen kann??

(nur so als spontaner Einfall; deine Anfrage hier ist ja auch eher 
spontaner Natur entsprungen oder?)

Nichts für ungut, gutes Gelingen!

;)

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Hallo,

wenn man sich an die "Grenzen des Messbaren" herantasten will, dann muss 
man sich auch allmählich Gedanken über quantenmechanischen Effekte 
machen, z.B. Flussquantisierung.

Ich glaube kaum, dass man mit einem normalen Übertrager oder 
"Empfangsspule" solch eine Auflösung hinbekommt. Üblicherweise werden 
für solche Zwecke sog. SQUID-Magnetometer eingesetzt, z.B. in der 
neurologischen Forschung, um Gehirnströme aufzuzeichnen, oder in den 
Materialwissenschaften, um die Homogenität von Legierungen zu bestimmen.

Solch ein SQUID-Magnetometer einzusetzen, ohne die physikalischen 
Grundlagen zu kennn, ist ziemlich unsinnig. Die Auflösung kann man dort 
ggf. auch noch steigern, indem man dem eigentlichen Josephson-Kontakt 
noch einen ebenfalls supraleitenden Transformator vorschaltet.

SQUID-Magnetometer sind inklusive Zubehör auch nicht wirklich handlich 
und wartungsarm, vor allem auf Grund des Helium-Kryostaten, wobei es 
seit einiger Zeit auch welche auf HTSL-Basis gibt, die man mit 
Stickstoff kühlen kann, was die Sache erheblich vereinfacht. Auf den 
magnetisch abgeschirmten Raum kann man meist nicht verzichten; man 
vereinfacht die Abschirmung, wenn man beim Bau des Gebäudes keine 
Stahlarmierungen verwendet, in denen z.B. Thermospannungen bzw. -ströme 
induziert werden.

Um 2,5pA in 50cm Abstand zu messen (mit welcher Auflösung denn?), könnte 
man solch einen Aufbau vielleicht im Rahmen von ein bis zwei 
Doktorarbeiten, d.h. drei bis zehn Jahren, realisieren. Ich habe leider 
keinen aktuellen Überblick, wo die Preise kommerzieller SQUID-Hersteller 
zur Zeit liegen.

Berücksichtigt man die obigen Ausführungen und hat genug Geld in der 
Portokasse, wird die Sache zum Kinderspiel.

Gruß
Andreas Schweigstill

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> .... Üblicherweise werden
> für solche Zwecke sog. SQUID-Magnetometer eingesetzt, z.B. in der
> neurologischen Forschung, um Gehirnströme aufzuzeichnen, oder in den
> Materialwissenschaften, um die Homogenität von Legierungen zu bestimmen.

Hallo Andreas,

der erste Satz in diesem Thread mit echtem Realitätsbezug. Jetzt gibt es 
2 Möglichkeiten: niemand ausser mir geht überhaupt drauf ein, oder die 
übermächtige Mehrheit, die nicht die geringste Ahnung von der Sache hat, 
diskutiert die Lösung nieder. Die Chance, dass der Fragesteller was 
damit anfangen kann und womöglich sein Problem damit löst, ist weit 
geringer als ein Lottogewinn.

Gruss Reinhard

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Hallo,

der Fragesteller hat doch folgende Anforderungen genannt:

1. besser als mit einem OP
2. 2,5pA aus 50cm Entfernung
3. Lösung an den "Grenzen des Messbaren"

Gerade die Anforderung, 2,5pA auf solch eine Entfernung zu messen, ist 
schon arg heftig, scheint aber nicht zu diskutieren zu sein.

Er hat keineswegs die Forderung aufgestellt, das ganze möglichst 
preisgünstig zu realisieren.

Wenn ich selbst vor solch eine Aufgabe gestellt würde, wäre mir 
natürlich auch klar, dass der mit Abstand einfachste und 
erfolgversprechenste Weg darin bestünde, eine geeignete Messvorrichtung 
direkt in den Draht einzuschleifen. Schon das ist bei dem geringen Strom 
eine echte Herausforderung.

Gruß
Andreas Schweigstill

Autor: MaWin (Gast)
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Vielleicht meinte er aber
"Grenzen des für ihn Messbaren"
und beim Strom bestand Verhandlungsbereitschaft
"Wie groß sollte denn der Strom mindestens sein,
dass ich ihn noch messen kann ?"
mit der Betonung auf ICH.

Da kommt man mit 250mA vermutlich hin.

Und der Rest war Selbstüberschätzung des Fragestellers.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Wobei ich mich frage, woher die Vorgabe 2.5pA überhaupt stammt. Jeder 
Husterer erzeugt höhere Stöme.

"Tschuldigung! Ich sehe gerade, das soll nicht 2.5pA heißen, sondern 
2.5µA! Macht das einen großen Unterschied?"

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Eddy Current schrieb:
> "Tschuldigung! Ich sehe gerade, das soll nicht 2.5pA heißen, sondern
> 2.5µA! Macht das einen großen Unterschied?"

Damals(tm) an der Uni wollte ein Wissenschaftler 10g doppelt 
isotopenreines Natriumchlorid in einer bestimmten Reinheitsstufe kaufen 
und hatte deswegen bei Merck eine Angebotsanfrage eingereicht. Statt 
dass prompt das Angebot kam, rief einige Wochen später ein Mitarbeiter 
aus der strategischen Produktplanung an und erkundigte sich danach, ob 
eine Finanzierungszusage der DFG oder des Forschungsminiteriums vorläge. 
Danach würde man sich dann ggf. um die Planung der entsprechenden 
Fertigungsanlage kümmern, da die geforderte Reinheitsstufe nur mittels 
präparativer Massenspektroskopie zu erreichen wäre.

Autor: Thunfischbrötchen (Gast)
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>Ich glaube kaum, dass man mit einem normalen Übertrager oder
>"Empfangsspule" solch eine Auflösung hinbekommt. Üblicherweise werden
>für solche Zwecke sog. SQUID-Magnetometer eingesetzt, z.B. in der
>neurologischen Forschung, um Gehirnströme aufzuzeichnen, oder in den
>Materialwissenschaften, um die Homogenität von Legierungen zu bestimmen.

Wiki sagt, daß ein solches SQUID Magnetfeldänderungen detektieren kann, 
die geringer als ein Flußquantum sind, also 2,07x10^-15Vs.

Gemäß

>Einen geraden Leiter umgibt ein ringfrömiges Magnetfeld. Im Abstand "r"
>ist
>
>H = I / (2 x pi x r)
>
>, wenn durch ihn der Strom "I" fließt. Ist
>
>I = Io x sin (w x t)
>
>, dann ist
>
>H = Io / (2 x pi x r) x sin (w x t)
>
>Befindet sich im Abstand "r" eine Spule mit "n" Windungen, deren
>Querschnittsfläche "A" von dem Magnetfeld "H" durchsetzt wird, mit
>
>B = µo x µr x H

herrscht in 5cm Entfernung vom Draht und in einer Fläche von (1cm)^2 
aber nur der Fluß

Phi = B x A = 1,2566µ x 2,5p x (0,01)^2 x Vs/ (2 x pi x 0,05) x sin (w x 
t) = 10^-21Vs x sin (w x t)

Die Amplitude des Flusses wäre also kleiner als 1 Millionstel dieses 
Flußquantums!

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Ich hatte bei meinem Vorschlag, ein SQUID zu verwenden, vorher nicht 
nachgerechnet. Um so mehr belegt die obige Rechnung, die ich aber auch 
nicht überprüft habe, wie aussichtslos das Unterfangen wäre, die 
Detektierung mit einer einfachen Spule durchzuführen.

Autor: Thunfischbrötchen (Gast)
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>Ich hatte bei meinem Vorschlag, ein SQUID zu verwenden, vorher nicht
>nachgerechnet. Um so mehr belegt die obige Rechnung, die ich aber auch
>nicht überprüft habe, wie aussichtslos das Unterfangen wäre, die
>Detektierung mit einer einfachen Spule durchzuführen.

Nichts anderes wollte ich damit zum Ausdruck bringen...

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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OK, dann ist es klar. Ich habe nur schon zu häufig die Erfahrung 
gemacht, dass aus der Unmöglichkeit, dass Verfahren A nicht 
funktioniert, geschlossen wird, dass damit Verfahren B geeignet wäre, 
weil niemand etwas Gegenteiliges behauptet hat.

Autor: cnongs (Gast)
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Sehr vielen Dank für die Antworten.

also brauche ich ein SQUID-Manometer, mind. 3 Jahre Entwicklungszeit und 
eine menge Geld, um den Strom im Abstand von 50 cm messen zu können.

Hmm, besteht vieleicht die Möglichkeit, über eine Art aktives 
Messverfahren das Signal zu erfassen ?

Ich möchte dazu drei Varianten vorstellen, zu denen ich gerne eure 
Meinung wissen würde.

Variante 1 "zusätzliches Magnetfeld"

Im Abstand von 50 cm  wird durch den Leiter2 ein elektromagnetisches 
Feld erzeugt, dessen Stärke bekannt ist und eingestellt werden kann.
Dieses wirkt auf das zu untersuchende Magnetfeld im Leiter1 ein.
Sind die Magnetfelder von Leiter1 und Leiter2 in gleicher Richtung wird 
das Magnetfeld verstärkt. Sind sie entgegengerichtet wird es geschwächt.

Ist es möglich, diese Änderung im Leiter 3 zu erfassen ?

Variante2 "labiles Gleichgewicht"

Im Leiter 1 wird ein labiles Gleichgewicht erzeugt. (Ich weiß nur nicht 
wie ;) ) hmm...vieleicht durch zwei elektromagnetische Wellen, die sich 
im Leiter 1  auslöschen ?
Durch die elektromagnetische Welle im Leiter1 "kippt" dann das 
Gleichgewicht in eine Richtung und die elektromagnetische Welle von 
Leiter2 od. Leiter3 "wird dominant" und dann messbar.


Variante 3 "Kettenreaktion"

Auf der Wegstrecke vom Leiter1 zum Leiter2 stehen "Energieeinheiten" zur 
verfügung, in denen Energie gespeichert ist.
Das elektromagnetische Feld vom Leiter 1 überträgt seine Energie auf die 
erste naheliegende Energieeinheit1 diese uberträgt sie unter 
Energieabgabe zur nächsten Energieeinheit2 weiter bis zum Leiter 2, an 
der sie dann gemessen werden kann. Wie Dominosteine, die nacheinander 
umkippen.


Ich weiß die Beschreibungen sind sehr allgemein gehalten und nur grobe 
Ansätze. Ich würde mich trotzdem sehr freuen eure Meinung dazu zu hören.
Gibt es vieleicht ein anderes aktives Messverfahren das durch Hinzugabe 
von Energie die Information nach außen trägt ;)

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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cnongs schrieb:
> also brauche ich ein SQUID-Manometer, mind. 3 Jahre Entwicklungszeit und
> eine menge Geld, um den Strom im Abstand von 50 cm messen zu können.

Nein, wie Thunfischbrötchen kurz überschlagen hat, könnte man damit wohl 
ein Magnetfeld messen, das um sechs Größenordnungen stärker wäre. Selbst 
wenn da noch ein kleiner Rechenfehler enthalten wäre und man noch 
irgendwelche technischen oder physikalischen Tricks fände, die die 
Auflösung um den Faktor 1000 steigern sollten, wäre man noch drei 
Größenordnungen vom Ziel entfernt.

Und letztendlich hätte man dann auch nur nachgewiesen, dass in dem 
Leiter irgendein Strom fließt. Von einer echten Messung könnte dann 
immer noch nicht die Rede sein. Ebenfalls wäre noch das Problem zu 
lösen, wie man eine geeignete Abschirmung vornimmt. Mit einer kleinen 
Blechdose ist es nicht getan, sondern eher mit einem eigenen, speziell 
dafür konstruierten Gebäude.

Wie wir schon an anderer Stelle festgestellt haben, ist ein Strom von
2,5pA auch schon bei einer direkten Messung schwer, aber immer noch 
realisierbar darstellbar.

In jedem Fall muss man sich auch noch Gedanken darüber machen, welche 
Störungen auftreten können und auch werden.

> Hmm, besteht vieleicht die Möglichkeit, über eine Art aktives
> Messverfahren das Signal zu erfassen ?

Ja, durch Einbringen der Messvorrichtung direkt in den Leiter 1. Die 
Übertragung nach draußen kann ja durchaus auch auf optischem Wege 
geschehen. Im Batteriebetrieb sollten durchaus auch einige zig bis 
hundert Betriebsstunden möglich sein.

Autor: cnongs (Gast)
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ok, also scheidet der SQUID-Magnetometer aus.

Könnte ich das Signal mit einem Metalldetektor erfassen ?

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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cnongs schrieb:
> ok, also scheidet der SQUID-Magnetometer aus.
>
> Könnte ich das Signal mit einem Metalldetektor erfassen ?

Wenn du einen guten nimmst, kann der dir verraten, ob die Leitung 1 
existiert. Bei einem aus dem Bauhaus ist das in 50 cm Abstand schon 
fraglich.

Gruss Reinhard

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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cnongs schrieb:
> ok, also scheidet der SQUID-Magnetometer aus.
>
> Könnte ich das Signal mit einem Metalldetektor erfassen ?

Damit ist also der von mir oben skizzierte Fall eingetreten: "Das 
höchstauflösende Verfahren, das derzeit existiert, besitzt eine 
Auflösung, die immer noch meilenweit von meinen Anforderungen entfernt 
ist. Aber in der Anleitung meines 10€-Metalldetektors aus dem Baumarkt 
wurde nicht explizit ausgeschlossen, dass man ihn zum Nachweis von 2,5pA 
in 50cm Entfernung nutzen könne!"

Mir kommt aber noch ein wesentlich besseres Verfahren in den Sinn: 
Befestige doch einfach Leiter 2 an nur einem Ende. An das freie Ende 
kommt ein Fähnchen. Dieses fängt an, im 5kHz-Takt zu wackeln, sobald 
Leiter 1 mit dem entsprechenden Strom durchflossen wird. Man kann zwar 
mit dem Auge die 5kHz nicht zuverlässig erkennen, aber die Kontur des 
Fähnchens sollte unscharf aussehen.

Autor: cnongs (Gast)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> Mir kommt aber noch ein wesentlich besseres Verfahren in den Sinn:
> Befestige doch einfach Leiter 2 an nur einem Ende. An das freie Ende
> kommt ein Fähnchen. Dieses fängt an, im 5kHz-Takt zu wackeln, sobald
> Leiter 1 mit dem entsprechenden Strom durchflossen wird. Man kann zwar
> mit dem Auge die 5kHz nicht zuverlässig erkennen, aber die Kontur des
> Fähnchens sollte unscharf aussehen.
>
>
>
>     Beitrag melden | Bearbeiten | Löschen |

..sehr witzig

Mein Anliegen ist es eine Art aktives Messverfahren zu finden, dass die 
Information auffängt, speichert und zu einer Stelle bringt an der sie 
gemessen werden kann. Warum soll so etwas nicht möglich sein.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  cnongs (Gast)

>gemessen werden kann. Warum soll so etwas nicht möglich sein.

Weil dir um Größenordungen die Grundlagen fehlen, allein um das Problem 
zu verstehen, geschweige denn, eine Lösung zu erarbeiten. Du schaffst es 
ja nicht mal, den Aufbau und Sinn der Anordnung sinnvoll zu beschreiben, 
siehe Netiquette.

FmG
Falk

Autor: Salatgurke (Gast)
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>Mein Anliegen ist es eine Art aktives Messverfahren zu finden, dass die
>Information auffängt, speichert und zu einer Stelle bringt an der sie
>gemessen werden kann. Warum soll so etwas nicht möglich sein.

Dann zeig uns doch, wie es geht! Spule, SQUID und Metalldetektor (Oops, 
ist ja auch ne Spule!) scheiden jedenfalls schon mal aus.

Nur zu, laß dich nicht von uns entmutigen...

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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cnongs schrieb:
> ok, also scheidet der SQUID-Magnetometer aus.
>
> Könnte ich das Signal mit einem Metalldetektor erfassen ?

Hallo,

du merkst ja noch nicht mal, dass deine Beiträge hier reine Realsatire 
sind. Aber du darfst zu unserer aller Unterhaltung ruhig noch ein 
bisschen weitermachen.

Gruss Reinhard

Autor: Michael (Gast)
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cnongs schrieb:
> Hallo Zussammen,
>
> für eine Messschaltung suche ich einen Operationsverstärker mit dem ich
> kleinste Spannungsunterschiede messen kann, je kleiner der messbare
> Spannungsunterschied bezogen auf Ground desto besser.
>
> Auf welches "Leistungsmerkmal" muss ich bei der Auswahl achten ?
>
> Welchen Typ von Operationsverstärker sollte ich dafür nehmen ?
>
> Gibt es eine bessere Messmethoden, als mit einen OPV, um kleinste
> Spannungsuntersiede zu messen ?
>
>
> Sehr vielen Dank im vorraus für die Hilfe

Lies dir doch mal z.B. das hier durch:

http://www.keithley.com/knowledgecenter/knowledgec...

Autor: cnongs (Gast)
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Der Metalldetektor war nur ein Beispiel. Ich würde ihn die Gruppe der 
aktiven Messverfahren einordnen.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Beschreibe doch einfach einmal, um was für einen Messaufbau es sich bei 
der ganzen Angelegenheit handelt.

Und aus welchen Gründen kommt eine galvanische Kopplung mit Leiter 1 
nicht infrage.

Autor: cnongs (Gast)
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Wenn ihr nicht wieder gleich alle auf mich einhackt, sag ich es ;)

Na gut sag ich es gleich, es sind Gehrinströme die ich messen will.

Autor: Ziff (Gast)
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Das versuchten schon ganz Andere, mit viel groesserem Budget...

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Exakt für die Messung von Gehirnströmen werden heutzutage doch viele 
SQUID-Magnetometer gebaut:

http://tinyurl.com/4vu9lwy

Wenn es ohne den doch beträchlichen apparativen Aufwand ginge, würde man 
das auch tun.

Autor: cnongs (Gast)
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Ja aber das SQUID-Magnetometer ist nur eine passives Messverfahren.

Ich habe ja drei Ansätze vorgestellt, wie ein aktives Messverfahren 
aufgebaut sein könnte.

Autor: John Drake (Gast)
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cnongs schrieb:
>
> Ich habe ja drei Ansätze vorgestellt, wie ein aktives Messverfahren
> aufgebaut sein könnte.

Dein Verfahren 1 funktioniert prinzipiell. Es ist damit möglich, die 
Genauigkeit zu erhöhen (z.B. bessere Linearität). Aber die Auflösung 
wird nicht besser.

Deine anderen beiden Verfahren sind leider Phantasiegebilde. Was deinem 
Verfahren 2 einigermaßen nahe kommt, wäre eine Förster-Sonde. Aber die 
ist eher für die Messung schwacher DC-Magnetfelder optimal (>0.1nT).

Autor: John Drake (Gast)
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PS: Zum Vergleich: Mit diesem integrierten SQUID-Sensor 
http://www.magnicon.com/squid-sensors/magnetometers/ kannst du (ohne 
Mittelung aber mit Kühlung auf 1-4K) einige fT auflösen. 1fT=0.000001nT.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Offenbar weißt Du es ja eh besser als wir alle zusammen. Dann nimm doch 
einfach Deinen LT1028, ein Stück Eisen mit dem Durchmesser 0,1 und einer 
Länge von 20mm und baue das alles irgendwie zusammen.

Anschließend hast Du wirklich ein wunderschönes Gerät, mit dem Du 
problemlos Gehirnströme aus 50cm Entfernung nachweisen kannst.

Mache Dich bitte niemals mit den physikalischen Grundlagen vertraut, 
denn sie würden Dir nur im Weg stehen, so wie eine Hummel auch nicht 
fliegen könnte, wenn sie wüsste, dass die gängigen aerodynamischen 
Modelle ihr die Flugunfähigkeit attestieren würden.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> so wie eine Hummel auch nicht
> fliegen könnte, wenn sie wüsste, dass die gängigen aerodynamischen
> Modelle ihr die Flugunfähigkeit attestieren würden.

Aber im Gegensatz zu dem Gerät fliegt die Hummel wirklich.
na ja, das Gerät vieleicht auch ... in den Müll? :-)

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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U.R. Schmitt schrieb:
> Aber im Gegensatz zu dem Gerät fliegt die Hummel wirklich.
> na ja, das Gerät vieleicht auch ... in den Müll? :-)

Nein, das Gerät wird schon ordentlich funktionieren. Auf die Idee mit 
dem OP und dem Stück Eisen war bloß vorher noch nie jemand gekommen. 
Manchmal sieht man bloß den Wald vor lauter Bäumen nicht.

Autor: doppelironie (Gast)
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Andreas Schweigstill schrieb:
> Mache Dich bitte niemals mit den physikalischen Grundlagen vertraut,
> denn sie würden Dir nur im Weg stehen, so wie eine Hummel auch nicht
> fliegen könnte, wenn sie wüsste, dass die gängigen aerodynamischen
> Modelle ihr die Flugunfähigkeit attestieren würden.
yeah!

Autor: Wolfgang-G (Gast)
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>Ich habe ja drei Ansätze vorgestellt, wie ein aktives Messverfahren
>aufgebaut sein könnte.

Na, dann fang mal mit dem Aufbau an und berichte uns uber die Ergebnisse 
Deiner Messungen
MfG

Autor: cnongs (Gast)
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@ John Drake

Danke für den Link und das Feedback, darüber habe ich mich sehr gefreut.

Naja ich lese grad das hier:

http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/waves_particles/lig...

Finde ich voll klasse, wie sie das erklären.

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