Hallo Ich würde mir gerne einen Fluxgatesensor bauen. Inzwischen habe ich schon einige Spulen gewickelt und gemessen. Als Kern verwende ich, nach einem Vorschlag aus dem Netz, die (einen) Metallplättchen, die sich in den Diebstahlschutzaufklebern befinden. 1000W 0.08mm Kupferlack ergibt dann etwa 30mH (gemessen). Auf die zweite Spule wickle ich immer einige mehr Windungen, um sie dann im Mess-Vergleich zur anderen noch abwickeln zu können. Davon also 2 Spulen mit Abstand? zusammengelegt und nochmals mit ca.1000W 0.17mm umwickelt. Dann habe ich das Teil an einen Rechteckgenerator angeschlossen und an die Spulen je einen Oszilloskopeingang gehängt. Auf dem angefügten Bild sieht man welche Kurven ich dann bekomme. Im Hauptbild ist der Eingang gelb, und der Ausgang pink. Im kleinen Teilbild sieht man den Peak2Peak-Trend des Ausgangssignals. Wenn ich einen Magneten an die Spulen halte, ändert sich der Peak2Peak-Wert z.B. um 3V. Das ist ja zumindest mal ein Zeichen, dass sich etwas tut. Meine Fragen: Ist der Abstand der Eingangsspulen zueinander wichtig? Brauchen die Feldlinien Platz, um sich dazwischen zu drücken ;) ? In Internetdokumentationen wird immer beschrieben, dass es bei einwirkenden Magnetfeldern in der Kurve zu einer Unsymmetrie zwischen positiver und negativer Spannung kommt. Das verstehe ich nicht. Das wäre dann ein DC-Offset. Das kann ich aber bei meiner Konstruktion nicht bestätigen. ? Weiterhin gibt es die unterschiedlichsten Kurvenformen im Internet zu sehen. Oft versuchen die Leute die Ausgangsschwingung auf die doppelte Frequenz der Eingangsschwingung zu bekommen. 2f. Macht man das, um die Spannung besser von der Eingangsspannung trennen und verarbeiten zu können? Bei Rapp-Instruments gibt es einen Schaltplan zu einem Fluxgate. Kann mir jemand erklären, was der AD630 (Synchrondetektor) macht, bzw. wie das Signal danach aussieht?
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Martin E. schrieb: > Ist der Abstand der Eingangsspulen zueinander wichtig? > Brauchen die Feldlinien Platz, um sich dazwischen zu drücken ;) ? Es braucht keinen Abstand. Eine übliche Form ist es nicht mit 2 geraden Kernen sondern mit einem Ringkern zu arbeiten. Ein Wichtiger Punkt ist es dass man mit der Anregung in den Bereich wenigstens nahe an die Sättigung zu kommen, da wo die B-H Kurve nichtlinear wird. Man bekommt die Asymmetrie weil sich der Übergang in die Sättigung für die beiden Hälften verschiebt. Je nach Material gibt das eher die 2. Harmonsiche oder wenn man hart in die Sättigung kommt auch als kurze Pulse. Das Ausgangssignal hat prinzipiell die geraden Harmonischen. Da ist die doppelte Frequenz oft der größte Anteil. Ich bin mir nicht so sicher dass die Streifen so eine gute Wahl sind. Einen Ringkern kriegt man oft besser in die Sättigung. Ggf. reicht ein Kern (die Wicklungen passen ggf. auch für die Anregung) aus einer Strom-kompensierten Drossel. Die Messwicklung kommt zusätzlich außen um den ganzen Kern. Für den Anfang würde ich keine zu kleine Bauform nutzen - mit etwas mehr Größe wird es einfacher die Sättigung zu erreichen.
Ich finde die in https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Fluxgate.html beschriebene Lösung sehr interessant.
Danke schon mal für die Anregungen. Für einen Ringkern bräuchte ich mehr von dem Mu-Metall, das ich ja nur in diesen kurzen Streifen besitze. Man kann sich auch Rollen davon kaufen, die sind mir aber erst mal zu teuer (90€). Ich habe einen selbst gemachten Ringkern für Fluxgate im Netz gesehen, aber ob ich das hin bekomme? Mit zwei Ringkerndrosseln hatte ich schon Versuche gemacht, bin mir aber nicht sicher aus welchem Material die Kerne sind. Auf jeden Fall hatte ich mit denen den geringsten Erfolg. Hinzu kommt, dass ich bisher noch keine Ahnung habe, ob ich überhaupt in den Sättigungszustand komme. Ich denke, das ist dann, wenn im Ausgang eher schmale Impulse erscheinen. Ich hatte auch schon versucht zu messen, wann der Sättigungszustand erreicht ist, jemand hat vorgeschlagen, mit einem Hallsensor in der Nähe der Spule zu messen, ab welchem Strom der Magnetismus nicht weiter zunimmt. Gibt es da noch andere Möglichkeiten? @Günni Ja, diese Möglichkeit habe ich auch gesehen, leider ist weiter unten aber einiges unklar und darum war ich bisher nicht sicher, ob ich das probieren sollte.
Um zu sehen ob man die Sättigung erreicht kann man einen Transformator auf den Kern wickeln, ein Rechtecksignal drauf geben und sehen was noch raus kommt. Wenn der Kern in die Sättigung kommt, nimmt das Signal am Ausgang deutlich ab. Die üblichen Streifen aus den Sicherungsetiketten sind vor allem Material mit starker magneto-elastischer Kopplung und kein MU_matall. Das waren andere Systeme aus der Anfangszeit mit einem Hochpermeablem Material. Die neuen Systeme nutzen Material mit hoher Magnetostriktion - das will man eher nicht. Die einfachen Streifen bekommt man auch nicht so schnell in die Sättigung.
Mein Interessensgebiet ist eher die Anwendung des Fluxgate-Prinzips in Stromsensoren wie z.B. LEM Ultrastab, ich denke aber das der grundsätzliche Aufbau der gleiche ist und ich daher weiterhelfen kann: Ideal als ferromagnetischer Kern sind extrem weichmagnetische, hochpermeable Folien wie z.B. Mumetall. Stromsensoren basierend auf dem Fluxgate nutzen Metallfolien wie z.B. Vitrovac 6025 https://vacuumschmelze.com/Products/Soft-Magnetic-Materials-and-Stamped-Parts/Amorphous-Material---VITROVAC Passende Ringkerne aus diesem Material sind bei ebay und Mouser erhältlich, Suchbegriff Vitrovac oder Vacuumschmelze: https://www.ebay.de/itm/VITROVAC-6025Z-Ferrite-Toroide-Core-Amorfico-Rosso-Nero-175-125-60/263283269779?hash=item3d4ce7e093:g:J0IAAOSwj4JbbVup https://www.mouser.de/Passive-Components/EMI-Filters-EMI-Suppression/Ferrites/Ferrite-Toroids-Ferrite-Rings/_/N-bw7t9?P=1yi2qqo Das von aussen kommende Magnetfeld produziert effektiv einen Spannungsoffset den man messen kann, das ist korrekt. Entweder macht man das per simpler Gleichrichtung der 2 vorhandenen Asymmetrischen Kurven oder per Synchrongleichrichtung dieser Kurven (wie durch Rapp z.B.). Anregung des Magnetkerns erfolgt mit der Frequenz f, bei Vorhandensein eines externen Magnetfeld entstehen asymmetrische Offsetspannungspeaks mit der Frequenz f2, diese werden per Synchrongleichrichtung extrahiert und als gemittelter Offset verwendet (wenn ich das noch richtig im Kopf habe). Hier weitere passende Links zur Funktionsweise des Fluxgates, die dir helfen sollten: https://hackaday.io/project/329-dc-current-transformer/log/501-single-core-fluxgate https://www.youtube.com/watch?v=gNrZm4GrXpU https://www.electronicspecifier.com/products/power/how-fluxgate-technology-drives-innovation https://www.eevblog.com/forum/metrology/dccts-(ultrastab-for-example)-infos-and-workingdefective-devices-sought/msg3063882/#msg3063882
Neben Ringkernen könnten auch hochpermeable "Ferrite"-perlen interesssant sein. Etwa so etwas wie Toshiba Amobead. Für eine Perle mit 4/2 mm sollten etwa 10 A/m oder ca. 100 mA durch den Kern ausreichen um Sättigung zu erreichen. Das sollte mit ein paar Windungen gut erreichbar sein. Die Ausgangsspule wäre senkrecht dazu. Durch den eher harten Übergang in die Sättigung hat man ggf. eher Pulse als einen Sinus bei der 2. Harmonischen. echte Ferrite haben eine sehr weiche Sättigung und damit eher weniger höhere harmonische im Ausgangssignal, also ggf. überwiegend die 2. harmonische.
Danke @echo für die Links, da waren tatsächlich welche, die ich vorher noch nicht gefunden hatte. Der mit der Darstellung der Kurven hilft mir schon mal, um eine bessere Vorstellung zu bekommen was ich bekommen muss. (Allerdings mache ich das hier als Hobby, und will nicht gleich ein paar tausend Stück von den Kernen kaufen. Auch eine ganze Rolle des Materials wäre etwas übertrieben für mich. ;) ) Die käuflichen Kerne haben meist auch einen großen Querschnitt. Den muss ich doch auch mit entsprechend großem Strom sättigen. Das heißt, dass ich die Kerne erst mal auf ein vernünftiges Maß ausdrehen müsste. Ich habe hier noch etliche Reineisen (Fe >99%) Trafobleche. Wie würde sich Reineisen denn als Kern machen? Einige sonstige Kerne hätte ich auch noch hier, die müsste ich aber erst mal auf ihren Nickelgehalt hin analysieren. Und wie schon geschrieben, die haben halt eher einen quadratischen Querschnitt. @Lurchi: Wie soll ich die Materialien unterscheiden? Ich kann sie zwar bei uns ins Labor nehmen und auf ihr Gehalt hin analysieren, aber ihre magnetischen Fähigkeiten, da kenne ich mich nicht genügend aus.
Beim Ringkern wäre einer mit weniger Querschnittfläche zwar besser, der Sättigungsstrom hängt aber nur vom Durchmesser und Material ab. Der Sättigungsstrom geht linear mit dem Durchmesser hoch, aber man bekommt quadratisch mehr Platz für die Windungen. D.h. größer hat einen gewissen Vorteil. Bei fertigen Kernen muss man halt sehen was so etwa passt. Bearbeiten ist schwer. Beim Material heißt es entweder neu kaufen so dass man weiß was man bekommen soll, oder bei recycelten Kernen nachmessen und probieren wie viel Strom für die Sättigung nötig ist. Der AL Wert wäre ein erster Anhaltspunkt. Mouser hat auch ein paar Ringkerne auf Lager die einzeln zu bekommen sind. Etwa der hier https://www.mouser.de/ProductDetail/Vacuumschmelze/T60006-L2012-V217?qs=sGAEpiMZZMt1hubY80%2Fs8NbqwZ5ZNYtvDZ5%252BXButdLxjALzXPcAfJw%3D%3D Die Maße sind mit 12,2x8,6x2 auch gar nicht so schlecht. Als Perle könnte gibt es auch ein paar Ausführungen aus amorphem Material, die passen könnten und gar nicht mal so teuer sind. Bei den Ferriteperlen wie im Video kommt es schon auf den Typ an (hohe µr) und zu klein sollte die Bohrung nicht sein, damit man genug Platz für ein paar Windungen hat und nicht zu viel Strom braucht. Mehr Länge könnte für hohe Empfindlichkeit helfen. Reineisen oder Elektroblech aus einem alten Trafo (ggf. auch Motor) könnte im Prinzip auch gehen. So gut sind die Eigenschaften aber auch nicht und man hat in der Regel keinen geschlossenen Ring mit konstantem Querschnitt.
Du schlägst hier einen Ferritkern vor. Ich meine gelesen zu haben, Ferrite seien nicht so gut geeignet. Man solle doch Permalloy nehmen. Ich habe hier noch einige Kerne. Auch einen richtig großen Ferrittrafokern. An was erkenne ich denn die Sättigung. Ich habe keine Ahnung wieviele Windungen oder Strom ich brauchen würde. Das sind einfach so viele Faktoren.
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