Induktivitaetsberechnung unbekannte Spule

Die Methode ist extrem ungenau, da U_L numerisch instabil ist (Differenz ähnlich großer Zahlen). Kurzum, wenn beim Ablesen 10% Fehler drin sind, hat der erste Messwert schon rund 70% Fehler.

R sollte bei dieser Methode klein gegen gegen Z sein. Das wird den Oszi nicht vor unlösbare Probleme stellen, sorgt aber dafür, dass die numerische Instabilität verschwindet und U_g ungefähr gleich U_Sp wird.

• Piep! *

R_Sp ist der DC-Widerstand. Das hat mit dem ESR der Spule bei irgendeiner Frequenz wenig gemein. R_Sp muss man als Unbekannte mitführen. Theoretisch kein Problem, denn man hat ja noch einen ungenutzten Parameter: den gemessenen Phasenwinkel. Daraus kann man Z in Komponenten zerlegen:

ESX_L = sin(Phi) * Z ESL = ESX_L / (2*pi*f) ESR_g = cos(Phi) * Z ESR_Sp = ESR_g - R

f[Hz] Z[Ohm] ESX_L ESL[mH] ESR_g[Ohm] ESR_Sp[Ohm]

50 206 14,4 46 205,5 26,5 500 212 25,8 8,2 210,4 31,4 5000 313 151,7 4,8 273,8 94,8 50000 1038 734 2,3 734 555

Das sind natürlich totale Hausnummern, da die Phasenwinkelbestimmung mit dem Oszi noch viel ungenauer ist.

Du hast den Verlustfaktor der Spule vergessen. Der manifestiert sich auch als ohmsche Komponente.

Marcel

Leute, macht's doch nicht so kompliziert. Kondensator bekannter Kapazitaet nehmen (laesst sich sehr leicht mit Multimetern messen), in Serie zur Spule, noch ein paar hundert Ohm oben drauf, Generator durchkurbeln. Gucken wo das Minimum ist, auf dem Taschenrechnerli die Induktivitaet rausklimpern.

[...]

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Joerg :

Oder gleich das Multimeter (mit dem Du die Kapazität misst) in den Induktivitätsmessbereich schalten und die Drossel damit direkt ausmessen. :-)

M.

Sich zu überlegen, wie das Multimeter das macht, würde nur stören :-).

Grüße, H.

Kann man, aber da sind mir die meisten bisher nicht durch besonders gute Praezision aufgefallen.

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Gruesse, Joerg

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Marcel Müller schrieb:

Hallo Marcel,

erstmal danke für Deine ausführliche Antwort.

Ok, bei den niedrigen Frequenzen. Aber bei den hohen Frequenzen müßte es doch dann besser werden, weil Z sehr viel größer wird, oder?

Ehrlich gesagt, hier bin ich etwas überfordert. Ich hätte gedacht, wenn die reale Spule in einen Induktiven und Ohmschen Anteil in Reihe zerfällt, dass dann die R Werte einfach addiert werden. Wie Du auf obige Zerlegung kommst ist mir auch nicht klar (ok, bin auch kein E-techniker ;-)

Vielleicht ist die Frage etwas blöd, aber: warum?

Du meinst, wenn diese einen Kern hat? Den Drahtwiderstand habe ich ja durch R_Sp schon berücksichtigt.

Generell (auch wegen der Bemerkung von Jörg): ich weiß schon, dass die klassische Methode über die Resonanz geht, ich habe mich aber schon immer gefragt, warum man es nicht auch einfach über Ströme, Spannungen und Phasenverschiebung bestimmen kann. Nun, zumindest habe ich jetzt ungefähr eine praktische Vorstellung davon, dass es so wirklich nicht geht ;-)

Gruß Gerd

Naja, R soll klein gegen Z sein. Wenn Z groß ist, muss R auch nicht so klein sein. Aber einen Faktor 10 dazwischen sollte man sich schon geben. Anders formuliert: wenn man ein ordentliches Ergebnis haben will, sollte der Messwert vom Meßobjekt dominiert werden und nicht von bekannten Komponenten. Kurzum, solange der Oszi beim Signal über dem Widerstand nicht an seine Grenzen kommt (Rauschen oder Amplitude) kann man R kleiner machen.

Ja das stimmt schon, nur dass der ESR der Spule noch wesentlich mehr frequenzabhängig ist, als die Induktivität.

Naja, ein Teil der Spannung ist in Phase zum Strom, das ist der ohmsche Anteil. Ein anderer Teil der Spannung ist genau 90° Phasenverschoben zum Strom, das ist der induktive Anteil (eine ideale Spule hat immer genau 90°).

Wenn ich im Summensignal jetzt eine Phasenverschiebung von z.B. 45° habe, dann Kann man die Spannung mit Sinus und Cosinus in die beiden Komponenten zerlegen. Der Cosinus (bei Phase 0 maximal) liefert die zum ohmschen Anteil gehörende Spannung, der Sinus die zum induktiven. Im Beispiel beide 71%. Wie der ohmsche Anteil zustande kommt, ist dem Cosinus egal. Deswegen spricht mach ja auch von ESR (Effective Series Resistor) - es ist ja kein Bauteil.

Letztlich hat man den Aufbau mit

----- RRRRR ------ RRRRR --- LLLLL ----

179 Ohm ESR_Sp ESL_Sp | Widerstand | Spule |

modelliert.

Beim Phasenwinkel mit dem Oszi im XY-Betrieb macht man locker mal 5° Fehler. Das würde beim ersten Messpunkt nahezu jede errechnete Induktivität ermöglichen.

Da gibt es vmtl. noch ein halbes duzend andere Effekte. Die wichtigsten, die mir gerade einfallen:

- Streufeld Gerade Luftspulen haben oft viel größere Verluste, als solche mit Kern. Es ist die als "Sendeleistung" abgestrahlte Energie. Die muss ja eine Wirkleistung haben, also ohmscher Natur sein. Siehe

, Fig. 2.2 (Lass das bloß nicht die Audio-Freaks, die auf Luftspulen in Frequenzweichen schwören hören.)

- Hystereseverluste Die kommen vom ggf. vorhandenen Kernmaterial und steigen in erster Näherung linear mit der Frequenz und alles andere als linear mit der Amplitude.

- Skin-Effekt Bei ein paar 'zig kHz geht der effektive Drahtwiderstand schon bei 1mm Draht hoch, weil die Frequenz nicht mehr komplett eindringt.

Kann man. Man muss es nur ordentlich machen. Die Beispeilmessung oben habe ich mit exakt einem solchen Aufbau gemacht. Letztlich bestimmt die Resonanzmessung die Parameter auch nur bei der verwendeten Resonanzfrequenz. Und sonderlich genau ist das auch nicht unbedingt, da man (zumindest auf die Schnelle) den ESR ebenfalls nicht berücksichtigt und dieser Dummerweise die Resonanz nach unten verschiebt.

Doch geht schon, aber man tut sich einen persönlichen gefallen, wenn man breitbandig misst, und die Auswertung nicht geometrisch auf dem Oszischirm macht, sondern mit einer Analyse aller Daten. Im Prinzip genügt es die beiden Oszikanäle über einen Zeitraum bei einem beliebigen, breitbandigen Referenzsignal abzuspeichern. Den Rest bekommt mna mit einer FFT-Analyse raus. Da dabei alle Messpunkte beitragen, und nicht nur ein paar einzelne im Maximum, ist das Ergebnis erstaunlich gut, obwohl man das ganze Frequenzspektrum in einer einzigen Messung erschlägt.

Marcel

Joerg :

Kapazitätmessung ist da aber auch nicht viel besser. ;-)

M.

Selbst bei dem Centech China-Meter haut das recht gut hin wenn ich den Kondensator auf dem frisch kalibrierten HP-4191A zum Vergleich nochmal messe.

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Hallo,

die Frage ist ja auch, wie präzise muss die Messung überhaupt sein für ein Schaltnetzteil. Die Induktivitäten dafür haben wohl eher eine Toleranz grösser als 5 %.

Bernd Mayer

"Richtige" L- und C-Meter sollten imho die Möglichkeit haben, C unter Spannung und L unter Strom zu messen. Findet man aber kaum. Bei Digital- oder Niederspannungs-Analog wohl auch nicht so wichtig.

Messung bei variabler Frequenz ist auch was Schönes, das uns so manche Illusion nehmen könnte :-).

Grüße, H.

Heinz Schmitz :

Nennt sich network analyzer :-).

M.

Das HP-4191A kann unter Spannung messen. Die ist sogar als veraenderlicher Parameter fuer die Messreihen setzbar. Viel Strom kann es allerdings nicht, den muesste man extern einspeisen und ueber HPIB mitsteuern.

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

Geht auch mit einem Impedance Analyzer :-)

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Gruesse, Joerg

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Joerg :

Ja, der kann aber Phase nicht messen, da steh ich eher auf network :-)

M.

Er misst schon die Phase mit, aber gegenueber einer Referenz. Also nur fuer einen Zweipol, es sei den man arbeitet mit Umschalttricks und viel HPIB-Geraffel.

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Gruesse, Joerg

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Heinz Schmitz schrieb:

Da hab ich schon richtige ElIngs mit richtigem Equipment gesehen, die auch das noch verbockt haben. Einer hat mal für einen Audio-@#!§* diverse Spulen durchgemessen. Tendenziell hatten die winzigen die richtigen Werte, die etwas grösseren zu grosse und die wirklich dicken Dinger zu kleine Induktivitäten. Ich hab ihn dann möglichst schonend darauf hingewiesen, dass es an der unterschiedlichen Behandlung seiner Prüflinge liegen könnte. Die kleinen liess er an den Messstrippen runterbaumeln, die etwas grösseren legte er auf ein Netzgerät unter dem RLC-Meter (offenbar Eisenblech), die grossen Drosseln legte er auf das Meter selber (schätzungsweise Alu). Nach Rumexperimentieren gab er dann zu, verblüfft zu sein, dass so was so viel ausmachen könnte. Und der hatte sicher 20 Jahre Hardwareentwicklung hinter sich.

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mfg Rolf Bombach

Das dürfte aber im wesentlichen bei Luftspulen so sein. Bei einer Spule mit einem ordentlichen geschlossenen Kern dürfte es nicht mehr so viel ausmachen, wo man sie liegenläßt.

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David Kastrup

David Kastrup :

Das war dann wohl nie wirklich relevant.

Wenn man bei einem MEMS-Beschleunigungssensor den Finger auf den Chip legt und dann plötzlich 20% des Messwertes angezeigt bekommt, fragt man sich auch, ob man den Dingern überhaupt trauen kann. Das Zeugs wird in Airbags verbaut .... ;-).

M.