B–H-Plots schnell und unsauber

Für einige Elektromagneten brauchte ich eine schnelle Möglichkeit, die magnetischen Eigenschaften eines unbekannten Stahls einzuschätzen. Mit einem Hallsensor-IC, einer gesteuerten Stromquelle für die Spule und einem XY-Plotter (oder Oszilloskop in XY-Modus) sind rudimentäre B–H-Plots möglich.

Die Sensorplatine nutzt einen APS00B (hier wird nur eine Achse verwendet). KiCad-Schaltplan und -Layout sind hier zu finden.
Damit die X-Achse mit dem Spulenstrom korrespondiert, braucht es eine gesteuerte Stromsenke. Viel einfacher als diese wird es nicht (Schaltplan und Layout hier).

Durch folgendes Vorgehen wird (für einen gegebenen Strom/eine gegebene Feldstärke) Linearität sichergestellt:

  1. Die Spule (ohne Kern) wird mit der Stromsenke verbunden, die z. B. mit einem Funktionsgenerator oder auch einfach mit einem Poti gesteuert werden kann. Der Steuereingang wird auch mit dem X-Eingang des Plotters verbunden.
  2. Der Sensor wird so weit von der Spule entfernt platziert, dass seine Antwort linear ist. Der Plotter wird so eingestellt, dass sie dem vollen Messbereich entspricht.
  3. Nun kann der Kern eingefügt werden. Der Sensor muss nun weiter wegbewegt werden, bis die maximale Flussdichte kleiner oder gleich wie vorher ist. Ansonsten könnte er nicht mehr linear arbeiten.
  4. Mit fester Spulen- und Sensorposition können z. B. Spulen mit und ohne Kern verglichen und die relative Permeabilität bestimmt werden.
Eine Spule Kupferlackdraht zeigt dass der Aufbau relativ linear arbeiten kann (der Sensor ist außerhalb des Blickfelds). Die Hysterese kommt vermutlich von einigen Stahlschrauben in der näheren Umgebung
Eine kleine Spule mit einer Schraube als Kern zeigt Hysterese und Sättigungsverhalten des Stahls sehr deutlich.
Beispielplot der selben Spule mit und ohne Kern.
Veröffentlicht am 21.9.2015 in #analog, #Physik, #Messtechnik und #Hardware. Zuletzt aktualisiert am 30.10.2020.