Hallo Zusammen,
für den Selbstbau eines Metalldetektors möchte ich eine Suchspule
herstellen.
Ich mein mich zu erinnern, dass eine vernünftige Suchspule so ungefähr
einen Durchmesser von 18cm hat.
Aber wie berechnet man die Induktivität der Spule?
Das Internet gibt hierzu nicht so viel her. Ich hätte vermutet, dass
dieser Spulentyp als Ringspule bezeichnet wird. Für diese Spule gäbe es
auch einfache Formeln.
Die Suchspule besteht aber aus einer flachen Scheibe, auf die der Draht
aufgewickelt ist. Dazu konnte ich aber keine Formel finden.
Kann jemand weiter helfen?
Gruß,
Marc
Harry G. schrieb:> das nennt man Luftspule
Nicht unbedingt, denn die ist i.A. eine langgezogene oder auch
Zylinder-Spule.
Das ist seine nicht.
Eine gute Näherung für seine gequetschte Zylinderspule:
Vielen Dank für eure Hilfe. Damit lässt sich schon mal rechnen.
Mit der Nomenklatur bleibt es ein schwierig, wenn es für das was man
meint keinen Namen gibt: Es ist eine Zylinderspule mit der Länge gegen
Null. Blos gelten halt dann die Formeln für die Zylinderspule nicht
mehr.
Ich hätte es am ehesten als Ringspule bezeichnet, dieser Begriff ist
aber eben schon durch eine andere Bauform belegt. Also bleibt
"Kreisspule", das scheint aber nicht üblich zu sein.
BTW: Weiß jemand von euch, wie groß die Reichweite eines Metalldetektors
mit "Kreisspule" sein kann?
Bei der 125KHz RFID Technik weiß ich, dass die Reichweite ungefähr
Radius*0.7 beträgt.
Flachspule, Spirale?
Wie z.b. in den Induktionskochplatten. Die könnten sich recht gut als
Metalldetektor nutzen. Meine aus einer Silvercrest 2000W bestehen aus
einer einfachen HF-Litze mit 27? Windungen, die mit den 6 Ferritplatten
106µH hat. Mit einem C von 0,33µF ergibt das ca. 25 kHz.
Für Deine Zwecke muss man prüfen, ob die Ferrite entfernt werden sollen.
Ob nicht eine Zylinderspule eine bessere Reichweite ergibt?
Es gibt ja z.B. von Garrett spezielle Tiefenspulen. Was zeichte diese
aus?
Für der Auswertung werden Frequenzänderung und / oder Dämpfungsänderung
(Schwingkreisgüte) herangezogen.
Was für ferromagnetische Materialien auch empfehlenswert ist:
Magnetfeldmessung, z.B. mit KMZ51 / MKZ52 und ähliche (siehe
µC-Wiki-Artikel Sensoren). Ich sah damit ohne Probleme, wenn ich aus 1
Meter Entfernung mit dem Schraubenzieher wedelte.
Viel Erfolg, und bitte berichte Deine Erkenntnisse, die mich und
bestimmt viele andere sehr interessieren.
>mit KMZ51 / MKZ52 und ähliche (siehe>µC-Wiki-Artikel Sensoren). Ich sah damit ohne Probleme, wenn ich aus 1>Meter Entfernung mit dem Schraubenzieher wedelte.
Wow, das hört sich ziemlich gut an. Muss ich mich mal damit
beschäftigen.
Die meisten Metalldetektoren arbeiten wohl so mit 100KHz. Diese Frequenz
habe ich jetzt mal angepeilt.
Für meinen Oszillator brauch ich dazu ca. 2.8mH. Da komme ich auf 85
Windungen bei 18cm Tellerdurchmesser.
Die Induktivität der Herdplatte scheint mir dafür zu klein.
Man sollte die Spule noch abschirmen (gegen kapazitiven Einfluß). Zum
Beispiel die Spule am ganzen Umfang zu .umwickeln und diese Wicklung auf
Masse legen.
Dadurch wird der Matalldetektor bei Annäherung an nichtmetallische
Gegenstände weniger verstimmt.
Kurzer Zwischenbericht:
habe mir eine Spule mit 16,5cm Durchmesser und 88 Windungen gewickelt (
wenn ich mich nicht verzählt habe ). ( Frequenz jetzt 87Khz, bei
C=0.91nF )
Das ganze wird mit einem Colpitts Oszillator mit einem Transistor
betrieben.
Auf dem Oszilloskop lässt sich eine Schwingungsänderung erkennen, wenn
ich mit meinem Metall-Locher in etwa 10cm Nähe kommen. Bei der Messung
mit einem selbsgebastelten Frequenzzähler komme ich auf etwas 20cm bei
einer Torzeit von 1s.
>Dadurch wird der Matalldetektor bei Annäherung an nichtmetallische>Gegenstände weniger verstimmt.
Ja, das ist interessant. Wenn ich meine Hand in die Näher der Spule
bringe, ändert sich die Frequenz am Zähler. Ich habe gedacht, das liegt
daran, dass der Mensch zum großen Teil aus Wasser besteht.
Ein Experiment mit einem Wasserglas in der Nähe der Spule bringt aber
keinen Effekt. Auch wenn ich Salz reinkippe, um die Leitfähigkeit des
Wassers zu erhöhen, gibt es keinen Effekt.
Menschen sind praktisch nicht magnetisch, wenn du das meinst. Zwar hat
man Eisen im Blut, aber das ist dort aufgrund der Konstellation nicht
magnetisierbar. Nanopartikel sind das grundsätzlich nicht.
Man kann einen Menschen allerdings in extrem starkem Magnetfeld schweben
lassen. Der Effekt ist dabei ein anderer. Zumindest mit Fröschen wurde
das schon öfters vorgeführt.
Es gibt noch eine Geschichte:
Bei Einführung der Pager (160MHz irgendwas) hat man durch Zufall
festgestellt, das die Pager besonders gut funktionierten, wenn man
diesen am Gürtel trug. Der Grund: Der vertikal ausgerichtete Mensch
wirkt als große Dipolantenne, die dann auf die kleine Ferritantenne im
Pager direkt reinkoppelt. Das bringt dann den etwas besseren Empfang.
>Menschen sind praktisch nicht magnetisch, wenn du das meinst.
Nein, das meinte ich natürlich nicht.
Man kann mit der Schwingkreisresonanz des LC-Schwingkreises Metall
detektieren. Das Metall kann sowohl feromagnetisch als auch nicht
magnetisch sein. Beim nicht magnetischen Metall ergibt sich die
Veränderung der Induktivität wohl aus den Wirbelströmen ( wobei mir
nicht klar ist, warum sich die Induktivität ändert ).
Da der Mensch einen relativ geringen Innenwiderstand hat, ging ich davon
aus, dass sich die Induktivität durch den induzierten Wirbelstrom in der
Hand ändert. Deshalb auch das Experiment mit dem Glas Salzwasser ( da
müsste es ja dann auch einen Wirbelstrom geben ).
Eine Hand dürfte tatsächlich über den Wirbelstrom die Schwingfrequenz
verändern. Ich habe beobachet, dass bei höherer Frequenz (z.B. 1MHz)
nichtmetallische Gegenstände einen höheren Einfluß haben.
Aus dem Grund ist ca. 100 kHz für einen Metalldetektor eine gute Wahl.
Marc schrieb:> Man kann mit der Schwingkreisresonanz des LC-Schwingkreises Metall> detektieren. Das Metall kann sowohl feromagnetisch als auch nicht> magnetisch sein. Beim nicht magnetischen Metall ergibt sich die> Veränderung der Induktivität wohl aus den Wirbelströmen ( wobei mir> nicht klar ist, warum sich die Induktivität ändert ).
Die Wirbelströme verursachen gegenpolige Magnetfelder, die das erregende
Magnetfeld und damit auch den Strom (siehe auch Skin-Effekt) mit
zunehmender Frequenz aus dem Inneren des Materials verdrängen. Die
Induktivität einer Windung errechnet sich zu L = Phi / I. D.h., L ist
ein Mass dafür, wieviel Fluß eine Spule bei einem bestimmten Strom
erzeugt. Befindet sich in der Spule Material, das den Fluß verdrängt,
müssen die Feldlinien einen längeren Umweg nehmen --> es erhöht sich der
magnetische Widerstand des magn. Kreises --> insgesamt weniger Fluß -->
weniger Induktivität.
Man kann es auch anders beschreiben:
Nichtmagnetische Metalle verdrängen das magnetische Feld mit zunehmender
Frequenz. Das entspricht einem diamagnetischen Verhalten, d.h., die
relative Permeabilität dieser Metalle sinkt mit zunehmender Frequenz
deutlich unter 1. Wie man L durch einen ferromagnetischen Kern deutlich
vergrößern kann, kann man z.B. mit einem Messingkern L deutlich
verkleinern. Das ist bei Spulen ab dem UKW-Bereich sogar gängige Praxis.
> Da der Mensch einen relativ geringen Innenwiderstand hat, ging ich davon> aus, dass sich die Induktivität durch den induzierten Wirbelstrom in der> Hand ändert. Deshalb auch das Experiment mit dem Glas Salzwasser ( da> müsste es ja dann auch einen Wirbelstrom geben ).
Die Ausprägung des Wirbelstromeffektes hängt außer von der Frequenz
direkt von der Leitfähigkeit des Materiales ab. Wenn Du Dir mal die
Werte aus einer Tabelle heraussuchst, wirst Du sehen, dass zwischen
Metallen und Elektrolyten immer noch viele Größenordnungen liegen.
Wirbelstromeffekte, wie auch der Skin-Effekt sind daher zumindest bis in
den oberen kHz-Bereich in der Hand weitgehend vernachlässigbar.
Bei einer Schwingkreiskapazität unter 1 nF verursachen Kapazitäten im
pF-Bereich bereits deutliche Frequenzänderungen. Die Kapazität eines
Menschen bezüglich Erde dürfte in der Größenordnung von 50 pF liegen.
Dazu in Serie liegt die Kapazität zwischen Spule und Hand. Wenn Du also
mit der Hand in die Nähe der Spule kommst, wirst Du den Schwingkreis
zusätzlich mit 1-10pF belasten. Dieser Effekt ist dann gegenüber der
Induktivitätsänderung durch kleine Metallteile nicht mehr
vernachlässigbar.
Jörg
>Nichtmagnetische Metalle verdrängen das magnetische Feld mit zunehmender>Frequenz. Das entspricht einem diamagnetischen Verhalten, d.h., die>relative Permeabilität dieser Metalle sinkt mit zunehmender Frequenz>deutlich unter 1. Wie man L durch einen ferromagnetischen Kern deutlich>vergrößern kann, kann man z.B. mit einem Messingkern L deutlich>verkleinern. Das ist bei Spulen ab dem UKW-Bereich sogar gängige Praxis.
Interessant. Ich habe einige Artikel über Metalldetektoren gelesen. Es
gibt scheinbar Detektoren, die zwischen nicht-ferormagnetischem und
feromagnetischen Metallen unterscheiden können. Beim einen sollte die
Frequenz des Schwingkreises steigen und beim anderen sinken.
Ich konnte diesen Effekt leider nicht beobachten ( Test mit Alu- und
test mit Eisen ). Hmm... ich muss da noch ein wenig experimentieren.
Marc schrieb:> Interessant. Ich habe einige Artikel über Metalldetektoren gelesen. Es> gibt scheinbar Detektoren, die zwischen nicht-ferormagnetischem und> feromagnetischen Metallen unterscheiden können.
Das sollten eigentlich alle besseren Geräte können.
> Beim einen sollte die> Frequenz des Schwingkreises steigen und beim anderen sinken.
Richtig, und wenn man dann noch die Dämpfung auswertet und/oder mit
verschiedenen Frequenzen misst, kann man sogar verschiedene Metalle
unterscheiden.
> Ich konnte diesen Effekt leider nicht beobachten ( Test mit Alu- und> test mit Eisen ). Hmm... ich muss da noch ein wenig experimentieren.
Der Effekt sollte bei Frequenzen um 100 kHz deutlich meßbar sein.
Allerdings darf die Frequenz nicht zu hoch sein, da auch Eisen
irgendwann diamagnetisch wirkt, wenn der Wirbelstromeffekt gegenüber dem
Ferromagnetismus überwiegt.
Jörg
