Hallo Ich hab mir eine Wirbelstrom - Differenzspule gebaut. Diese besteht wie im Bild dargestellt aus einer Erregerspule und zwei Messspulen. Die beiden Messspulen werden so verschalten, dass sich die Signale aufheben. Nun bringe ich ein Kupferblech in die Nähe der Spule -> es entsteht eine Differenzspannung zwischen den beiden Messspulen in Abhängigkeit der Blecheigenschaften, des Abstands zwischen der Spule und dem Blech, der Erregerfrequenz (sinusförmige Erregung), und der verwendeten Spulengeometrie. Ich hab mir 3 verschiedene Ausführungen gebaut (im Bild sichbar). Alle Spulen sind rotationssymmetrisch. Die Generierung der sinusförmigen Signale erfolgt über eine DAQ Box von NI. 1.25 MS/s Abtastrate. Damit generiere ich Signale bis 200 kHz. Diese werden mit einem Filter geglättet. Dann wird das Signal mit einem Linearverstärker verstärkt und die Spule bestromt. Der Strom wird über einen Koaxialshunt gemessen und von der DAQ Box aufgezeichnet. Ebenso wird die Differenzspannung von der DAQ Box gemessen. Der Strom wird iterativ auf die Soll Amplitude ausgeregelt, damit man bei jeder Erregerfrequenz einen vergleichbaren Strom in das System einprägt. Im Anschluss wird dann die Impedanz: Differenzspannung/ Erregerstrom mittels FFT bestimmt -> Z = R + jX. Und das bei jeder Erregerfrequenz. Mein Problem jetzt ist, dass der Realteil der Impedanz ab einer gewissen Erregerfrequenz negativ wird. Das darf eigentlich nicht passieren. Es gibt von Dodd und Deeds ein analytisches Modell dieser Anordnung und da ist es nicht möglich, dass der Realteil negativ wird. Das analytische Modell geht davon aus, dass der Erregerstrom in einem rechteckförmigen Bereich eingeprägt wird und ebenso besitzen die Messspulen einen rechteckförmigen Querschnitt. Da passiert die erste Approximation der Wirklichkeit, da in echt die einzelnen Leiter der Spule ja rund sind. Dieses analytische Modell wurde mittels FE Simulationen verifiziert. Meine Spulen sind alle einlagig ausgeführt. Die Außendurchmesser betragen bei allen Varianten ungefähr 50 mm. Die Windungszahlen liegen im Bereich von 11 - 18 bei den Erregerspulen und Messspulen. Ich hab das Ergebnis auch mit einem LCR Meter und einem Power Analyzer (Yokogawa) durchgemessen. Es zeigt das selbe Verhalten wie die Messung mittels DAQ Box. Im weiteren hab ich hier ein paar Ergebnisse der Spule 3 verglichen. Legt man die Beträge der beiden Messungen in Abhängikgeit der Frequenz übereinander, so ergibt sich das Bild : Vergleich_Betraege. -> Es ist ersichtlich, dass die Beträge über alle Frequenzen sehr gut zusammen passen. (Mit L Wird der Luftspalt zwischen Spule und Blech bezeichnet). im zweiten Bild (Vergleich_Phasen) sieht das anders aus. Da sieht man auch, dass die Phase über -90 Grad geht und somit der Realteil der Impedanz negativ wird. Im Bild (Impedanz) ist dann die Impedanz in Form von Real und Imaginärteil dargestellt. Da ergibt sich aufgrund der Phasenabweichung der beiden Messsysteme eine Abweichung. Somit kann der Fehler eigentlich schon auf einen Phasenfehler reduziert werden. Mögliche Ideen für den Grund des negativen Realteils sind: x...Fertigungstoleranzen beim Wickeln -> ausgeschlossen, da mit Modell ausgetestet, bzw. Kupferplatte oberhalb und unterhalb der Spule vermessen und kein anderes Phasenverhalten gemessen x...Kapazitiver Effekt in der Spule bzw. Zuleitungen und Messleitungen -> ausgeschlossen, da eine Verlängerung der Messleitungen bzw. Erregerleitungen keinen Einfluss hat, ebenso die Verdrillung der Leiter x...Strommessung am Shunt -> ausgeschlossen, da dieser Shunt ein Koaxialshunt ist und kein induktives Verhalten aufweist x...Messfehler: eigentlich auch ausgeschlossen, da mit verschiedenen Messverfahren sehr ähnliche Ergebnisse erreicht werden. x...Wirbelströme in den Leitern (Skin/Proximity Effekt) ? Bei der Spule mit den 3 untereinander liegenden Spulen wird bei allen 3 Spulen 0.25 mm Kupferlackdraht verwendet. Alle Spulen haben 17 Windungen. -> eigentlich aufgrund des dünnen Drahtes und der Differenzverschaltung sollte kaum ein Effekt messbar sein. x...ungünstige Spulengeometrie: ausgeschlossen, da 3 verschiedene Spulen gewickelt und vermessen. Woher kann dieser Phasenfehler kommen? Weiters hab ich eine Kompensation (komplexe Übertragungsfunktion) dieses Effekts über den Unterschied zum analytischen Modell probiert. Das funktioniert nicht, da dieser Effekt von Luftspalt abhängt und damit wahrscheinlich auch von den Materialeigenschaften der Kupferplatte. Ich bedanke mich bereits im Voraus für Lösungsvorschläge. Danke! Mit freundlichen Grüßen Martin
Angehängte Dateien:
-
PXL_20251009_124248002_2.jpg
240 KB -
Vergleich_Betraege.jpg
70 KB -
Vergleich_Phasen.jpg
64 KB -
Impedanz.jpg
68 KB
Ist das Wirbelstrommaterial wirklich Kupfer oder Ferro-magnetisch?
Christoph M. schrieb: > Ist das Wirbelstrommaterial wirklich Kupfer oder Ferro-magnetisch? Ja das ist wirklich reines Kupfer
Ok. Da fällt mir gerade was ein: Ein negativer Realteil deutet auf eine Kapazität hin. Ich tippe mal auf die Kapazität zwischen den Drähten. Wie hast du die Spulen gewickelt?
Bei der Spule 3 besteht die erregerspule aus 11 Windungen von 0.85 mm kupferlackdraht und die beiden messspulen haben jeweils 17 Windungen mit 0.25 mm kupferlackdraht. Alle Spulen sind einlagig gewickelt. Sprich einfach alle Windungen nebeneinander. Zusätzlich zur Info vielleicht noch. Durch die Differenzverschaltung wirkt die Impedanz kapazitiv. Der Strom eilt der Differenzmesspannung um den Phasenwinkel voraus.
Martin (martin912) > x...Kapazitiver Effekt in der Spule bzw. Zuleitungen und Messleitungen > -> ausgeschlossen, da eine Verlängerung der Messleitungen bzw. > Erregerleitungen keinen Einfluss hat, ebenso die Verdrillung der Leiter Die Kapazität zwischen den Leitern spielt normalerweise kaum ein Rolle. Die Kapazität zwischen den Wicklungen hingegen schon. Mach mal ein Ersatzschaltbild in LtSpice und versuche, die Werte anzupassen. Das Ersatzschaltbild kannst du im sogenannte "paristäre Kapazitäten" erweitern. Welche Größenordnung kommt raus?
Ah, da fällt mir noch was ein: Möglicherweise ist deine Messtechnik nicht genau genug. Ich habe relativ viele Spulen vermessen und auch versucht, eigene Messtechnik zu bauen. Aber von einem richtigen Impedanzanalysator (Preis ca. 50.000€) ist man da weit entfernt.
Wie kann ich dieses Problem in LT Spice sinnvoll simulieren? Aktuell hab ich die Zuleitung zu der Spule ca. 0,5 m eng verdrillt -> da sollte schon eine Kapazität entstehen. In der Spule selbst ist es ja ähnlich. Da hat man zwischen jeder Wicklung eine Kapazität über die Isolierung der Leiter. Auf der Messseite hab ich ebenfalls verdrillt in ungefähr der selben Länge. Ich hab's probiert ob es einen Einfluss auf die Messung hat wenn ich die vVerdrillung der Primärseite auflöse. Das hat am Ergebnis nichts geändert. Deshalb war meine Schlussfolgerungen, dass es kein kapazitiver Effekt ist, da es zu keiner "Verstimmung" des Systems gekommen ist.
Christoph M. schrieb: > Ah, da fällt mir noch was ein: Möglicherweise ist deine Messtechnik > nicht genau genug. Ich habe relativ viele Spulen vermessen und auch > versucht, eigene Messtechnik zu bauen. Aber von einem richtigen > Impedanzanalysator (Preis ca. 50.000€) ist man da weit entfernt. Ja da ging meine erste Überlegungen in diese Richtung. Da aber nun Power Analyzer und LCR Meter beide ein sehr ähnliches Ergebnis wie über meine eigenen DAQ Messung haben (alle haben negativen Realteil) hab ich diese Idee im Moment wieder eher ausgeschlossen. Da müsste ich Mal schauen wo ich so einen impedanzanalyzer zum testen her bekomme.
Bezüglich der Abschätzung der Kapazität der Wicklungen hab ich persönlich keine Erfahrungen. Ich hab Mal Chat gpt dazu befragt. Die Schätzung liegt bei ungefähr 10 pF. Ist das glaubhaft? 10pF und ungefähr 10uH würde ungefähr 16 MHz Resonanzfrequenz ergeben. Da bin ich mit meiner maximalen Frequenz von 200 kHz doch weit entfernt und es sollte eigentlich noch kein kapazitives verhalten in der Messung auftreten oder?
Rainer W. schrieb: > Christoph M. schrieb: >> ... "paristäre Kapazitäten" ... > > Was für Dinger? Aus Paris halt.
Martin schrieb: > Mein Problem jetzt ist, dass der Realteil der Impedanz ab einer gewissen > Erregerfrequenz negativ wird. Einen negative Realteil solltest du dir SOFORT patentieren lassen. Das klingt nach Perpetuum mobile ;-)
Kann ich es im messaufbau mit meinem verfügbaren messequipment irgendwie austesten ob der Effekt durch eine parasitäre Kapazität in der Spule verursacht wird?
Eigenresonaz der Spüle messen? Zb mit dem hier im Forum vorgestellten NICOS.
>> ... "paristäre Kapazitäten" ... "parasitäre Kapazitäten" Martin (martin912) >Bezüglich der Abschätzung der Kapazität der Wicklungen hab ich >persönlich keine Erfahrungen. Ich hab Mal Chat gpt dazu befragt. Die >Schätzung liegt bei ungefähr 10 pF. >Ist das glaubhaft? Das hängt von allen möglichen Parametern ab: Drahtdicke, Wicklungsdichte, Wicklungsart (Stichwort: Kreuzspule). Vielleicht kannst du das Bild der Wicklung einer der Spulenwicklungen posten. Die Größenordnung von 10pF könnte passen.
Angehängte Dateien:
Hier mal zwei Bilder des Spulensystems 2. Der Durchmesser aller Wicklungen beträgt 48 mm und es sind jeweils 17 Windungen mit 0.25 mm Kupferlackdraht. (Erregerspule in der Mitte und die bei den Messpulen außen) Alle einzelnen Windungen sind einfach nebeneinander gewickelt.
Die Spulen sind schön sauber gewickelt. Das führt aber eher zu einer höheren Kapazität und auch Stromverdrängung durch die anliegenden Drähte.
In wie fern spielt die stromversdrängung in meiner Spule eine Rolle? Ich hab dieses differenzspule Konzept gewählt, da damit der ohmsche Widerstand in der Erregerspule nicht im Messergebnis sichtbar ist (zumindest theoretisch). Bei dieser Spule sind ja die einzelnen Wicklungen relativ weit entfernt. (Mindestabstand ist 2mm) Da sollte die parasitäre Kapazität zwischen den Wicklungen ja klein sein oder? Somit bleibt dann nur die Kapazität zwischen den Windungen übrig oder? Ich hab heute Mal parallel zur erregerspule einen 10pF Keramik Kondensator einbebaut. Das hat am Ergebnis beinahe nichts verändert. Dann habe ich einen am Differenzausgang Eingabe -> ebenfalls nur ganz leichter Einfluss. Zum Abschluss hab ich noch einen 10 nF Kondensator am Differenzausgang ausprobiert. Da gab es deutliche Änderung in der Impedanz.
Hier wird erklärt, wie du die parasitäre Kapazität einer Spule durch Resonanzmessung berechnen kannst. Du benötigst dazu noch einen Kondensator mit bekannter Kapazität. Ist eigentlich ganz einfach: Beitrag "parasitäre Kapazität einer Spule aus Messwerten berechnen"
Der Vollständigkeit halber, so wickelt man kapazitätsarme Korbspulen, falls das für dein Projekt in Frage kommt: https://www.jogis-roehrenbude.de/Spulenwickeln.htm Eventuell wäre es auch gut, statt Cu-Draht lieber HF-Litze zu verwenden: https://de.wikipedia.org/wiki/Hochfrequenzlitze Das bringt bis ca. 1MHz Vorteile.
Bjoern E. schrieb: > Hier wird erklärt, wie du die parasitäre Kapazität einer Spule durch > Resonanzmessung berechnen kannst. Du benötigst dazu noch einen > Kondensator mit bekannter Kapazität. > Ist eigentlich ganz einfach: > Beitrag "parasitäre Kapazität einer Spule aus Messwerten berechnen" Funktioniert das auch bei meiner Differenzspule so einfach? An welcher Stelle setze ich die bekannte Kapazität in mein spulensystem ein? Was mache ich mit der bekannten Kapazität dann? Ich will ja dieses kapazitive verhalten irgendwie herauskompensieren. Somit muss ich eigentlich die gesamte Spule mit allen Parasitären kapazitäten kennen.
Bjoern E. schrieb: > Der Vollständigkeit halber, so wickelt man kapazitätsarme Korbspulen, > falls das für dein Projekt in Frage kommt: > https://www.jogis-roehrenbude.de/Spulenwickeln.htm > > Eventuell wäre es auch gut, statt Cu-Draht lieber HF-Litze zu verwenden: > https://de.wikipedia.org/wiki/Hochfrequenzlitze > Das bringt bis ca. 1MHz Vorteile. Danke für den Tipp. Sieht interessant aus, ist aber für meine Anwendung nicht geeignet, da ich eine möglichst gut Übereinstimmung mit dem analytischen Modell dieser Anwendung erreichen möchte. Ist es denn überhaupt gesichert dass mein Effekt von parasitären Kapazitäten verursacht wird?
gebe zu, es handelt sich um eine Aufgabe mit höherem Schwierigkeitsgrad. Q: warum zwei Messspulen? Sind diese entgegen in Serie geschaltet? Habe die Publikation Dodd&Deeds (1987) angeschaut. Aber um es zu verstehen braucht man etwas Zeit. Viel Zeit. In einem paper von 2017 (Beilage) gibt es eine ähnliche Anordnung mit nur einer Messspule und mit einem negativen Realteil in der Spannung. Die Frage ist die Interpretation der Ergebnisse. Ich würde sagen R>0 ist Senke, R<0 ist Quelle. An parasitäre Effekte glaube ich spontan mal nicht.
Die Differenzschaltung hat den Vorteil, dass die Sensitivität gegenüber Materialparametern erhöht wird. Die beiden messspulen sind antiseriell verschalten. Befindet sich kein Blech neben der Spule so kompensieren sich die induzierten Spannungen in den beiden messspulen und die Differenzspannung wird zu 0. Bringt man nun ein leitfähiges Blech in die Nähe dieser Spule so werden dort wirbelströme induziert welche ein Gegenfeld erzeugen. Eine der beiden messspulen ist nun näher am Blech und sieht somit mehr von diesem gegenfeld. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Spannungen in den messspulen und man kann eine Differenzspannung messen. Diese Art von spule arbeitet somit als eine Art Hardware Kompensation der luftspule. Verwendet man nur eine messspule, so hat man immer auch die von der luftspule indizierte Spannung überlagert und es wird viel schwieriger aus dem Messsignal auf Materialparameter rückzuschließen. Dodd and Deeds hat bereits 1969 ein analytisches Modell dieser Anordnung vorgestellt. Dieses Modell hab ich implementiert und auch mittels FEM verifiziert. Bei meinen Spule Geometrie (auch mit Fertigungstoleranzen überlagert) ist es unmöglich, dass sich ein negativer Realteil ergibt, bzw. Muss der realteil sogar mit steigender Frequenz immer zunehmen. Ich würde gerne bei meinem Differenzspulenkonzept bleiben, da es eben die benannten Vorteile hat. Bei einer einzelspule ist es definitiv so, dass ein negativer Realteil bedeuten würde, dass die Spule eine Quelle ist. Bei der Differenzspule gilt das eigentlich nicht mehr zwingend. Angenommen ich subtrahieren von der unteren messspannung die obere messspannung. Platzieren ich ein leitfähiges Blech unterhalb der Spule -> ich bekomme eine gewisse induzierte Spannung mit einem gewissen Vorzeichen. Platzieren ich nun das Blech oberhalb der Spule und ich greife die Differenzspannung genau gleich ab -> ich bekomme ein genau um 180° verschobenes Ergebnis in der Differenzspannung -> einmal ist die Impedanz positiv und einmal negativ.
:
Bearbeitet durch User
Martin schrieb: > Problem jetzt ist, dass der Realteil der Impedanz ab einer gewissen > Erregerfrequenz negativ wird Wer misst, misst meistens Mist! Hold dir einen für ein paar Dutzend Taler einen NanoVNA. Damit kannst du Impedanzen ohne Vorzeichenfehler messen und mit dem weiten Frequenzbereich auch Resonanzen aufspüren.
> Angenommen ich subtrahieren von der unteren messspannung die obere > messspannung. Platzieren ich ein leitfähiges Blech unterhalb der Spule > -> ich bekomme eine gewisse induzierte Spannung mit einem gewissen > Vorzeichen. Platzieren ich nun das Blech oberhalb der Spule und ich > greife die Differenzspannung genau gleich ab -> ich bekomme ein genau um > 180° verschobenes Ergebnis in der Differenzspannung -> einmal ist die > Impedanz positiv und einmal negativ. Liegt nicht da der Denkfehler? Vom Betrag her betrachtet überwiegt immer die Spannung derjenigen Spule, der das Blech näher ist. Bringt man das Blech auf die andere Seite, dann muss man sich den gemessenen Differenzspannungswert umgepolt denken, weil ja die andere Spule andersherum gewickelt ist. Und schon sind die 180° verschwunden. Wie @Giovanni sagte: Eine Frage der Interpretation.
Rolf schrieb: >> Angenommen ich subtrahieren von der unteren messspannung die obere >> messspannung. Platzieren ich ein leitfähiges Blech unterhalb der Spule >> -> ich bekomme eine gewisse induzierte Spannung mit einem gewissen >> Vorzeichen. Platzieren ich nun das Blech oberhalb der Spule und ich >> greife die Differenzspannung genau gleich ab -> ich bekomme ein genau um >> 180° verschobenes Ergebnis in der Differenzspannung -> einmal ist die >> Impedanz positiv und einmal negativ. > > Liegt nicht da der Denkfehler? Vom Betrag her betrachtet überwiegt immer > die Spannung derjenigen Spule, der das Blech näher ist. Bringt man das > Blech auf die andere Seite, dann muss man sich den gemessenen > Differenzspannungswert umgepolt denken, weil ja die andere Spule > andersherum gewickelt ist. Und schon sind die 180° verschwunden. > > Wie @Giovanni sagte: Eine Frage der Interpretation. Naja es hängt dann davon ab wie ich meine Differenzspannung am Messgerät verbinde. Wenn ich so anschließe, dass die untere minus obere Spannung gerechnet wird dann ergibt sich je nach Blechpositon (oberhalb oder unterhalb) ein anderes Vorzeichen im Ergebnis. Es polt sich die Differenzspannung um sie ist aber immer noch gleich mit dem Messgerät verbunden.
Vielleicht würde es helfen, wenn du das Schaltbild deiner Messung könntest, damit klar wird, wie genau gemessen wird. Im PDF von Giovanni ist die Messschaltung auch abgebildet, das hilft für das Verständnis ungemein. In welcher Größenordnung liegen denn die Signale?
Angehängte Dateien:
Christoph M. schrieb: > Vielleicht würde es helfen, wenn du das Schaltbild deiner Messung > könntest, damit klar wird, wie genau gemessen wird. Im PDF von Giovanni > ist die Messschaltung auch abgebildet, das hilft für das Verständnis > ungemein. > In welcher Größenordnung liegen denn die Signale? Im Anhang ein Prinzipschaltbild der 3 verschiedenen Messverfahren. Die Spule besteht aus der Erregerspule mit ohmsche n Widerstand und die beiden messspulen sind gegensinnig verschalten -> Differenzspannung. Die wirbelstrom Verluste sind mit dem Widerstand R_w auf der sekundärseite dargestellt. Bei der DAQ Messung werden zur signalfilertung noch Anti Imaging und Anti aliasing Filter verwendet. Diese Filter sind auf eine Grenzfrequenz von 600 kHz ausgelegt. Die Filter sind vermessen und in Software hinterlegt, damit der Einfluss auf die Impedanzberechnung wieder heraus gerechnet wird. Bei der yokogawa und bei der DAQ Box Messung Erreger mich einem Strom mit einer Amplitude von 0.25 A. Damit ergeben sich bei 200 kHz Spannungen knapp unter 1 Volt. Die Ergebnisse sind sehr reproduzierbar, das bedeutet, dass die Signale nicht im rauchen verschwinden. Vielleicht noch eine zusätzliche Info. Wenn ich ein ferromagnetisches Stahl Blech unter die Spule halte, ist der Realteil positiv. (Dort ist die Phase dazwischen Differenzspannung und Erregerstrom aber nicht so nahe an 90 Grad wie bei der Kupferplatte - er so in Bereich 70 grad) Aber der Effekt mit dem kleiner werdenden Realteil ist trotzdem überlagert. Mit steigender Frequenz beginnt irgendwann der realteil wieder abzunehmen. Dieser Effekt ist auch Spulen Geometrie abhängig. Bei Geometrie 2 (siehe ganz oben) sieht man keinen abnehmenden realteil. Bei der Kupferplatte haben, wie bereits weiter oben beschrieben, alle Spulen einen negativen Realteil als Ergebnis.
:
Bearbeitet durch User
Martin (martin912) 10.10.2025 14:17 >Ich hab heute Mal parallel zur erregerspule einen 10pF Keramik >Kondensator einbebaut. Das hat am Ergebnis beinahe nichts verändert. >Dann habe ich einen am Differenzausgang Eingabe -> ebenfalls nur ganz >leichter Einfluss. >Zum Abschluss hab ich noch einen 10 nF Kondensator am Differenzausgang >ausprobiert. Da gab es deutliche Änderung in der Impedanz. "deutliche Änderung in der Impedanz" : In welcher Größenordnung lag die denn zur Gesamtimpedanz und in welche Richtung ging es? Problematisch bei so einer Messung kann der im Vergleich zur niedrigen Gleichstromwiderstand der Spule hohe Messaufbauwiderstand sein. Zur Simulation: Meistens wird in der Simulation die Spule nicht im Detail sondern als Block simuliert. Da kann der Einfluss des Skineffekts oder der Stromverdrängung durch nahe Leiter fehlen. Außerdem werden Strahlungseffekte ausgeblendet.
Habe mal FEM versucht. Dazu würde ich aber noch ein paar Infos brauchen. * zu welcher Anordnung (1,2 oder 3) gehören die Kurven vom Initialbeitrag? * Alle Spulen haben 17 Windungen und 48mm Durchmesser OK? * Abstände der Spulen bzw. Abstand zur Cu-Platte * Dicke der Cu-Platte? danke Wie schon einmal bemerkt, ist mir die Interpretation der „Impedanz“ nicht ganz klar. Es wird der Strom der Erregerspule gemessen und dann die Differenz der Spannungen von 2 Spulen an verschieden Positionen. Daraus dann eine Impedanz Z = ΔU/I . Aber was ist das physikalisch?
Giovanni schrieb: > Habe mal FEM versucht. Dazu würde ich aber noch ein paar Infos brauchen. > * zu welcher Anordnung (1,2 oder 3) gehören die Kurven vom > Initialbeitrag? > * Alle Spulen haben 17 Windungen und 48mm Durchmesser OK? > * Abstände der Spulen bzw. Abstand zur Cu-Platte > * Dicke der Cu-Platte? > > danke > > > Wie schon einmal bemerkt, ist mir die Interpretation der „Impedanz“ > nicht ganz klar. > Es wird der Strom der Erregerspule gemessen und dann die Differenz der > Spannungen von 2 Spulen an verschieden Positionen. > Daraus dann eine Impedanz Z = ΔU/I . Aber was ist das physikalisch? *Die Kurven gehören zum Setup 3. Der Innenradius der Erregerspule ist 24 mm. Der Außenradius der Erregerspule ist 24.8 mm. Die Windungszahl ist 12. Die Höhe beträgt 11 mm. Der Außenradius der Messpulen ist 24 mm und der Innenradius 23.7 mm. Windungszahlen der Messspulen sind jeweils 17. Die Höhe der Messspulen beträgt 5 mm. Zwischen den beiden Messspulen ist 1 mm Abstand. *Der Abstand zur Kupferplatte war einmal L = 3.34 mm und einmal L = 7.88 mm. Das sind hab ich in der Legende der Kurve eingetragen. *Die Kupferplatte ist 0.8 mm dick Ja genau so wird die "Differenzgegenimpedanz berechnet". Das ist im pyhsikalischen Sinne keine richtige Impedanz.
Angehängte Dateien:
Christoph M. schrieb: > "deutliche Änderung in der Impedanz" : In welcher Größenordnung lag die > denn zur Gesamtimpedanz und in welche Richtung ging es? > Problematisch bei so einer Messung kann der im Vergleich zur niedrigen > Gleichstromwiderstand der Spule hohe Messaufbauwiderstand sein. Ich hab die Auswertungen angehängt. Die kleinen 10 pF Kapazitäten ändern nicht ganz so viel im Ergebnis. Die 10 nF dann deutlich.
Angehängte Dateien:
-
test1.png
38 KB
Martin schrieb: > *Die Kurven gehören zum Setup 3. Also ich war jetzt selber überrascht. Das FEM Ergebnis passt gut mit der Messung zusammen. * Primär: Strom 1Amp x 12 Windungen * Messungen: 2 Spulen je 17 Windungen, offen - Differenzfluss für Auswertung Die Geometrie im FEM Modell stimmt nicht exakt, aber trotzdem passen die Werte ganz gut. Habe keine parasitären Effekte wie Stromverdrängung, kapazitive Kopplungen,... berücksichtigt. Nur axialsymmetrische Feldberechnung + Helmholz für die Kupferplatte und Dirichlet am Rand.
Giovanni (sqrt_minus_eins) 15.10.2025 22:09 >Also ich war jetzt selber überrascht. Das FEM Ergebnis passt gut mit der >Messung zusammen. Sehr erstaunlich, Gratulation :-) Hättest du Lust, das Modell zu posten?
Giovanni schrieb: > Martin schrieb: >> *Die Kurven gehören zum Setup 3. > > Also ich war jetzt selber überrascht. Das FEM Ergebnis passt gut mit der > Messung zusammen. > > * Primär: Strom 1Amp x 12 Windungen > * Messungen: 2 Spulen je 17 Windungen, offen - Differenzfluss für > Auswertung > > Die Geometrie im FEM Modell stimmt nicht exakt, aber trotzdem passen die > Werte ganz gut. > > Habe keine parasitären Effekte wie Stromverdrängung, kapazitive > Kopplungen,... berücksichtigt. > Nur axialsymmetrische Feldberechnung + Helmholz für die Kupferplatte und > Dirichlet am Rand. Danke! Hast du die Spannung in der oberen Messspule von der unteren subtrahiert oder umgekehrt? Ich habs selber auch in FEMM Simuliert und bei mir waren negative Realteile nie möglich. Der Imaginärteil war bei mir genauso negativ wie bei dir, also müssen wir eigentlich die selbe Definition für die Differenzspannung haben.
Angehängte Dateien:
-
set3-3mm.png
48 KB
Martin schrieb: > Hast du die Spannung in der oberen Messspule von der unteren subtrahiert > oder umgekehrt? Details siehe Modell + Auswertung.
1 | ... |
2 | spg1 = dat.flux1 .* dat.frequ .* 2pi * 1im |
3 | spg2 = dat.flux2 .* dat.frequ .* 2pi * 1im |
4 | spgD = spg2-spg1 |
5 | ... |
FEMM + LUA folgt. Wie machst Du die Auswertung? FEMM gibt Komplexe Zahlen leider im Textformat aus. Nervensache. Bild: Der Bereich bis 20kHz ist eigentlich interessanter. Fortsetzung folgt.
Giovanni schrieb: > Martin schrieb: >> Hast du die Spannung in der oberen Messspule von der unteren subtrahiert >> oder umgekehrt? > > Details siehe Modell + Auswertung. >
1 | > ... |
2 | > spg1 = dat.flux1 .* dat.frequ .* 2pi * 1im |
3 | > spg2 = dat.flux2 .* dat.frequ .* 2pi * 1im |
4 | > spgD = spg2-spg1 |
5 | > ... |
6 | > |
> > FEMM + LUA folgt. Wie machst Du die Auswertung? FEMM gibt Komplexe > Zahlen leider im Textformat aus. Nervensache. > > Bild: Der Bereich bis 20kHz ist eigentlich interessanter. > > Fortsetzung folgt. Ich steure FEMM mittels Matlab an. Da kann man die komplexen Zahlen direkt auslesen: circuitPProperties = mo_getcircuitproperties('iMeas1'); inducedVolt1 = circuitPProperties(1,2); circuitPProperties = mo_getcircuitproperties('iMeas2'); inducedVolt2 = circuitPProperties(1,2); diffVoltage = inducedVolt2 - inducedVolt1; Z = diffVoltage/ I; inducedVolt2 ist bei mir die untere Messspannung
:
Bearbeitet durch User
Angehängte Dateien:
-
Betrag.png
6,3 KB -
Phase.png
7 KB -
ImRe.png
6,7 KB -
FEMM.png
110 KB
Ich hab mir ja auch das analytische Modell von Dodd und Deeds implementiert. Das ist bei mir fast kitschig wie gut das zusammenpasst mit meiner FEMM Simulation. Weiters noch ein Bild von FEMM im Anhang wo man sieht wie fein ich gemesht habe um dieses Ergebnis zu erhalten. Die grüne Fläche ist das Mesh -> man sieht eigentlich nicht mehr durch.
Angehängte Dateien:
-
manipuliertesModell.png
8,5 KB
Wenn ich bei meinem Modell den Realteil mit -1 multipliziere komme ich ungefähr auf dein Ergebnis. (siehe manipuliertes Modell im Bild) -> Ich hab auch den kleinen Frequenzbereich wie du ausgewertet
:
Bearbeitet durch User
!! RÜCKRUF !! ------------ quick & dirty ... so bezeichnet man Lösungen man schnell hat, aber nicht ganz richtig sind. Ich verwende FEMM mit WINE unter Linux. Damit bleibt für eine automatisierte Berechnung nur die LUA Schnittstelle. Meine Umwandlung Complex => Real/Imag im Textformat war nicht korrekt (Vorzeichenfehler). Richtig dürfte sein: (+)Real und (-)Imag - oder umgekehrt. Neue Version folgt asap.
Angehängte Dateien:
-
setup3-3mm.png
57 KB
neuer Versuch. jetzt mit FEMM, CSV und Auswertung. Ich habe für die Auswertung den Fluss gewählt, da mich die Kopplungen interessiert haben. Report.jl zur Ansicht - oder falls jemand JULIA verwendet. Der Erregerstrom ist (1.0+0.0j)Amps. Damit entspricht der Wert der Spannung der Impedanz.
Danke! Sieht gut. Wie fein hast du gemesht? Das Ergebnis denkt sich mit meinem Ergebnis (bis auf kleine Abweichungen vermutlich wegen der nicht genau passenden Geometrie). Damit ist die Theorie Mal bestätigt. Bleibt jetzt nur noch die Frage woher das Verhalten bei den Messungen kommt?
Martin schrieb: > Ich hab mir ja auch das analytische Modell von Dodd und Deeds > implementiert. Gibt es dazu Literatur? Ich habe nur das gefunden, aber noch nicht gelesen. Ist natürlich der elegantere Ansatz. "analytical-solutions-to-eddy-current-probe-coil-problems-5dx9yr1gt8.pdf " Martin schrieb: > Sieht gut. Wie fein hast du gemesht? Siehe Fall3.FEM im ZIP. Ob eine hohe Anzahl von Elementen eine Verbesserung bringt ist nicht sicher, da FEMM nur lineare Elemente kennt. Besser wäre es die Ordnung zu erhöhen, bzw. die Randbedingungen zu verbessern. FEMM hat hier einen guten Ansatz mit dem "open boundary builder", den ich auch verwendet habe.
Dazu gibt es noch ein besseres Dokument: https://www.semanticscholar.org/paper/SOME-EDDY-CURRENT-PROBLEMS-AND-THEIR-INTEGRAL-Dodd-Luquire/c7d6f634d48c270b6e604a2621eacbf6e1015e77 Wenn ich mich richtig erinnere sind in deinem Dokumente einige Tippfehler in den Formeln. OK. Ich hab bei mir schon die Erfahrung gemacht, dass mehr Elemente eine Verbesserung der lösung bringen.
Nachtrag: Bin von den Fähigkeiten von FEMM begeistert. Habe noch die Induktivitäten der Anordnung OHNE Cu-Platte berechnet. Es gab in der Diskussion auch Kurven mit einem 10nF Ko an den Messspulen. Es sollte möglich sein einen Strom in M1+M2 einzuprägen so, dass U=I / (j*omega *C) ist. Ein Optimierer sollte das schaffen. PS: es gibt auch ein xfemm als C-code ohne GUI. https://github.com/crobarcro/xfemm
1 | SELF |
2 | L1010 = (A10 / Q10) * N10 = 9.8065e-6 |
3 | L2020 = (A20 / Q20) * N20 = 2.1669899999999997e-5 |
4 | L3030 = (A30 / Q30) * N30 = 2.165783e-5 |
5 | |
6 | MUTUAL 10->20; 10->30 |
7 | M1020 = (A20 / Q20) * N10 = 7.034796e-6 |
8 | M1030 = (A30 / Q30) * N10 = 7.035708e-6 |
9 | |
10 | MUTUAL 20->10; 20->30 |
11 | M2010 = (A10 / Q10) * N20 = 1.4117083333333332e-5 |
12 | M2030 = (A30 / Q30) * N20 = 1.0541479e-5 |
13 | |
14 | MUTUAL 30->10; 30->20 |
15 | M3010 = (A10 / Q10) * N30 = 1.4118570833333333e-5 |
16 | M3020 = (A20 / Q20) * N30 = 1.0541377e-5 |
17 | |
18 | impedance ratio |
19 | K1020 = (N10 / N20) ^ 2 = 0.4982698961937717 |
20 | K1030 = (N10 / N30) ^ 2 = 0.4982698961937717 |
21 | K2030 = (N20 / N30) ^ 2 = 1.0 |
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.