Hallo miteinander, Ich hoffe, dass ich hier mit meiner Frage im richtigen Abschnitt gelandet bin. Ich arbeite im Moment an einem Versuchsstand für magnetische Wechselfelder und würde gerne über eine flache Spule mit einem Ferritkern ein Wechselfeld im Frequenzbereich von 100Hz bis ca. 5kHz erzeugen. Die verfügbare Spule ist mit 0,4mm Kupferlackdraht über 650 Windungen gewickelt worden und hat einen mittleren Durchmesser von 90mm. Die Impedanz verhält steigt nicht linear zwischen 80Ohm @100Hz bis auf 600Ohm @1kHz. Ich würde gerne kurzfristige Spitzenflussdichten von etwa 20mT - 100mT erreihen um ein stärkeres statisches Feld mit wechselanteilen zu modulieren. Bisher habe ich die Spule mangels Alternative über einen Akustikverstärker (Klasse A) mit Impedanzanpassung (Ausgangsüberträger) betrieben, was im niedrigen Frequenzbereich auch gut funktioniert hat, jedoch bricht die Leistung an den hohen Impedanzen natürlich ein und/oder gerät ins clipping, weswegen ich jetzt auf der Suche nach einem brauchbaren Verstärker für einen großen Impedanzbereich bin. Kann mir jemand ein Gerät empfehlen oder kennt eine passende Schaltung? Vielen Dank im Voraus!
Ich hatte die Impedanz der Spule vermessen um die Induktivität zu bestimmen. Die Induktivität fällt in dem Frequenzbereich zwischen 100Hz und 1kHz von 120mH auf 95mH, dementsprechend verhält sich die Impedanz. Das liegt vermutlich an der Spule selbst. Ich vermute, dass es der Kern oder vielleicht eine unsaubere Wicklung sein kann.
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Das dürfte eher der Einfluss der Materialkonstanten µ' und µ" des Ferritkerns sein, dass der Scheinwiderstand zu höheren Frequenzen hin abfällt. Erfahrungsgmäß fällt meist die Induktivität und die eingekoppelten ohmschen Verluste steigen. μ= μ' - j*μ“ Die frequenzabhängige Impedanz des Gebildes Wird Z ~ jω * L ( μ' - j*μ“ ) ~ jω L μ' - jω L j*μ“ . Man erkennt, dass der zweite Term wegen j * j = -1 nicht mehr imaginär ist, sondern reel; er bildet einen (zusätzlich zu den Drahtverlusten) >ohmschen Verlustwiderstand<. Das obige gilt weiter nur bei kleiner Aussteuerung, nicht mehr, wenn die Grenzen der Hysterese-Eigenschaften berührt werden. Dein jetziges Verstärkerkonzept ist plausibel. Wahrscheinlich wirst du leichter zum Ziel kommen, wenn du die Spulenparameter (sofern möglich) ändern kannst.
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Vielen Dank für die Antwort, anscheinend sind die Ummagnetisierungsverluste in diesem recht niedrigen Frequenzbereich doch höher als ich dachte. Ich werde dann für höhere Frequenzen eine 2. Impedanzanpassung vornehmen und die Spule verändern. Ich bin nicht an diese Spule gebunden, weder was die Geometrie angeht noch das Kernmaterial, lediglich geblechte Kerne fallen raus, da diese durch die Magnetostriktion stören würden (Ich möchte in einem Wasserbecken über ein Hydrophon die Bewegung superparamagnetischer Teilchen erkennen). Es wäre natürlich sehr vorteilhaft, wenn ich die Widerstände so gering wie möglich halten kann. Kannst du mir ein Kernmaterial mit geringen Verlusten bis 5kHz empfehlen?
Max K. schrieb: > Ich würde gerne kurzfristige Spitzenflussdichten von etwa 20mT - 100mT > erreihen um ein stärkeres statisches Feld mit wechselanteilen zu > modulieren. Du möchtest also vor allem die Flußdichte einstellen? Da wäre die direkte Steuerung des Spulenstromes wohl besser geeignet als die Spannungssteuerung. Was du jetzt machst, ist die indirekte Steuerung des Stromes (und damit der Flußdichte) über die angelegte Spannung. Dabei bestimmt der Impedanzverlauf den Strom der sich aus der angelegten Spannung ergibt. Mit Stromsteuerung fällt der Impedanzverlauf heraus.
100 mT AC ist schon ein Haufen Holz. Wie ist denn jetzt dein geometrischer Aufbau, also soll das statische Feld mit über denselben Ferritkern erzeugt werden? Ich kenne die Vorgaben des Experimentes zu wenig. Da wäre z.B. die Frage, ob der resultierende Fluss halbwegs sinusförmig dem Gleichfeld additiv überlagerten Verlauf haben muss. Den geringsten Eisen-Verlusten mit Pulverkernen steht deren vergleichsweise niedrige Permeabilität mit der Folgen hoher Windungszahlen und Kupferverlusten entgegen. Kannst du mal was über die Geometrie andeuten?
Ich habs nicht so mit Phi und Psi aber kannst du mal was zu den realen Grössen von Strom und Spannug schreiben auf die du mit dieser Spule etwa kommen müsstest? Das Verstärkerchen neben mir drückt 50kW (in die Spule kVA, kurzzeitig mehr, bis 600V/144A RMS, hat 11HE und Wasswerkühlung. Kostet richtig Geld, ist ziemlich schwer und braucht eine DICKE Steckdose. Geben tut es sowas also. Ich denke aber das du mit ein paar Nummern kleiner auch davon kommst. Nur ein paar Zahlen würde beim Tipps geben helfen. viel Erfolg hauspapa
von Max K. schrieb: >was im niedrigen Frequenzbereich auch gut funktioniert hat, >jedoch bricht die Leistung an den hohen Impedanzen natürlich ein Dann mach doch die Spule einfach mit Anzapfungen. Und schalte der Spule Kondensatoren parallel um auf Resonanz zu kommen, dann wird der Verstärker nicht mit Blindstrom belastet. Je höher die Frequenz um so weniger Windungen bis zur Anzapfung.
Das hätte weiter den Vorteil, dass bei Serienresonanz die Spannung am Verstärkerausgang sehr viel kleiner ist. Eine brauchbare Materialübersicht findet sich bei Fair-Rite https://www.fair-rite.com/materials/ Die FAQs sind IMHO aussagekräfter als z.B. bei Amidon, zumal Amidon offenbar bei Fair-Rite bezieht. Als ersten Ansatz scheinen mir MnZn-Material 98, 78 oder 95 geeignet, hohe Aussteuerbarkeit (mit welchen Leistungen arbeitest du eigentlich bei deiner Audio-Endstufe?) und noch ausreichende Güten. Hängt von deiner mechanisch benötigten Bauform ab, ob in den Sorten verfügbar.
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Max K. schrieb: > Die Induktivität fällt in dem Frequenzbereich zwischen 100Hz > und 1kHz von 120mH auf 95mH, dementsprechend verhält sich die Impedanz. > Das liegt vermutlich an der Spule selbst. Ich vermute, dass es der Kern > oder vielleicht eine unsaubere Wicklung sein kann. Kann sehr gut auch an der Eigenkapazität der Wicklung und des Aufbaus liegen. Deren Einfluß hat nämlich das umgekehrte Vorzeichen, und wenn du die Frequenz weiter erhöhst, nimmt die gemessene Induktivität weiter ab, bis sie bei der Resonanzfrequenz ganz verschwindet und nur ein reeller (Verlust-)Widerstand übrig bleibt. Jenseits der Resonanzfrequenz misst du dann nur noch eine mit der Frequenz steigende Kapazität.
Max K. schrieb: > lediglich geblechte Kerne fallen raus, da diese > durch die Magnetostriktion stören würden Ferrite zeigen allerdings auch Magnetostriktion, und sogar Luftspulen vibrieren, weil sie versuchen ihre Länge zu verkürzen und den Dürchmesser zu vergrößern. Im Extremfall explodieren sie. Wenn dich mechanische Schwingungen also stören, wirst du sie irgendwie isolieren müssen. Wasser ist übrigens diamagnetisch, und der Effekt ist stark genug, dass man u.U. über dem wasserbedeckten Pol eines NdFeB-Magneten eine Beule in der Wasseroberfläche sehen kann.
von Max K. schrieb: >Die Induktivität fällt in dem Frequenzbereich zwischen 100Hz >und 1kHz von 120mH auf 95mH, dementsprechend verhält sich die Impedanz. >Das liegt vermutlich an der Spule selbst. Ich vermute, dass es der Kern >oder vielleicht eine unsaubere Wicklung sein kann. Wie sieht denn die Spule genau aus, was für ein Kern hast du benutzt, Durchmesser Länge des Kerns? Und wie lang ist die Spule auf diesen Kern. Ich bestimme die Induktivität immer mit der Resonanzmethode. Bekannte Kapazität, bekannte Frequenz und mit der Thomsonschen Schwingungsformel berechne ich dann die Induktivität. Ein Fehler könnte durch die parasitäre Kapazität der Spule entstehen, aber dann müßte die Induktivität scheinbar mit zunehmender Frequenz größer werden.
Günter Lenz schrieb: > Ein Fehler könnte durch die parasitäre > Kapazität der Spule entstehen, aber dann müßte die > Induktivität scheinbar mit zunehmender Frequenz > größer werden. Oben habe ich das Gegenteil beschrieben. Worauf wollen wir uns einigen?
Hp M. schrieb: > Oben habe ich das Gegenteil beschrieben. > Worauf wollen wir uns einigen? indem du günter Lenz zustimmst. es handelt sich um eine Parallelresonanz, die leitwerte kompensieren sich, die Blindwiderstände gehen gegen unendlich, L müsste mit steigender Frequenz größer werden
Achim S. schrieb: > es handelt sich um eine > Parallelresonanz, Davon weiss die Induktivitätsmesskiste aber nichts. Sie sieht nur eine induktive Phasenverschiebung, die mit steigender Frequenz immer kleiner wird und beim Passieren der Resonanzfrequen negativ, d.h. kapazitiv wird. Im weiteren Verlauf konvergiert der Messwert gegen den Wert der Schaltungskapazität. Dementsprechend wird der korrekte Induktivitätswert nur bei sehr niedriger Messfrequenz angezeigt.
Hp M. schrieb: > Dementsprechend wird der korrekte Induktivitätswert nur bei sehr > niedriger Messfrequenz angezeigt. je näher man der Resonanzfrequenz kommt desto stärker wird die "wirksame" Induktivität gegenüber dem ungestörten Wert verfälscht - soweit hat du Recht. Hp M. schrieb: > Im weiteren Verlauf konvergiert der Messwert gegen den Wert der > Schaltungskapazität oberhalb der Resonanzfrequenz konvergiert es gegen den Wert der Wicklungskapazität - auch richtig. Hp M. schrieb: > Sie sieht nur eine induktive Phasenverschiebung, die mit steigender > Frequenz immer kleiner wird dass die Phasenverschiebung immer kleiner wird passt auch. das führt dazu, dass die Güte der Spüle abnimmt wenn man näher zu f_res kommt. aber der induktive Blindwiderstand nimmt trotzdem zu, wenn man sich f_res nähert. Nochmal: der wesentliche punkt ist, dass L und C_wickl parallel liegen. bei der Parallelschaltung addieren sich die (Blind)Leitwerte, nicht die (Blind)widerstände. die beiden Blindleitwerte heben sich bei f-res gegenseitig auf, der Imaginärteil von Y hat einen Nulldurchgang. aber wenn Im(Y) gegen Null geht, dann geht Im(Z) gegen unendlich - weil Y=1/Z ist. der Blindwiderstand wird also kurz vor f_res sehr groß. und damit wird das wirksame L sehr groß. oder anders ausgedrückt: der Parallelschwingkreis ist ein Sperrkreis.
Achim S. schrieb: > oder anders ausgedrückt: der Parallelschwingkreis ist ein Sperrkreis. Er ist ja auch in Serie zum Messgerät geschaltet. Kurt
Mensch, Kurt, he levvet noch... YMMD Herzlich willkommen auch in diesem Thread.
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Günter R. schrieb: > Mensch, Kurt, he levvet noch... YMMD > Ein bisserl schon. > Herzlich willkommen auch in diesem Thread. Naja, da bist du aber wohl ziemlich alleine damit. Ein Wort zum Schwingkreis. Es wird immer zwischen Parr und Ser-Schwingkreis unterschieden. Da besteht aber kein Unterschied. Kurt
Elliot schrieb: > Da wäre die > direkte Steuerung des Spulenstromes wohl besser geeignet als die > Spannungssteuerung. Richtig, ich will natürlich den Strom haben. Ich weiß auch dass es Diskussionen über Konstantstromverstärker im Hifi Bereich für Hörgeräteträger gibt. Eines dieser Geräte wäre ideal. Der alte Akustikverstärker war in unserem Labor vorhanden (2x65W @4Ohm)und auch wegen der begrenzten Leistung nicht meine erste Wahl, allerdings wird er noch etwas dafür herhalten müssen. Da ich wahrscheinlich irgendwann noch etwas Forschungsgeld bekommen werde, würde ich auch einen Verstärker und eine kaufen wollen und eine neue Spule anfertigen (lassen). Günter R. schrieb: > Wie ist denn jetzt dein > geometrischer Aufbau, also soll das statische Feld mit über denselben > Ferritkern erzeugt werden? Es ist eine flache Spule, da ich mir ursprünglich eine große Öffnungsfläche gewünscht hatte. Innendurchmesser: 60mm Außendurchmesser: 120mm n=650 Drahtdurchmesser: 0,4mm (400mA dauerbelastbar) Höhe: 7,1mm Öffnungsfläche: 8482,3mm² Der Kern ist zylindrisch und füllt die Spule mit einem Durchmesser von 56mm aus. Die herausragende Spitze ist konisch zulaufend. Er wurde ursprünglich aus einem größeren Ferrit Stück herausgedreht um die Flussdichte möglichst punktförmig zu konzentrieren. Bisher moduliere ich ein statisches Feld (15mT), welches von einem Helmholtzspulenpaar erzeugt wird. Ein homogenes Feld ist mir dabei garnicht so wichtig, es kann auch gerne einen Gradienten geben, an welchem die Partikel sich ausrichten. Insofern wäre es auch eine gute Lösung, wenn das statische Feld über dieselbe Spule erzeugt wird. Mit einem anderen Verstärker der den Gleichanteil verstärkt und einer Spule aus dickerem Draht würde ich diese Methode gerne verwenden. Hp M. schrieb: > Wenn dich mechanische Schwingungen also stören, wirst du sie irgendwie > isolieren müssen. Das Wasser wird sich in einem geschlossenen Akrylbehälter befinden, jedoch möchte ich jeden Lärm vermeiden, wenn ich kann. Günter Lenz schrieb: > Je höher die Frequenz um so > weniger Windungen bis zur Anzapfung. Die Idee finde ich richtig gut, gerade bei dem anvisierten Frequenzbereich bräuchte ich etwas Flexibilität. In welchen Abständen würdest du die Anzapfungen setzen? Die Parallelresonanz wär die eleganteste Methode um mit meinem aktuellen Verstärkerkonzept zurecht zu kommen, da habt ihr recht. Mein erster Gedanke war auch, die Anpassung über einen Netzwerkanalysator vorzunehmen, allerdings wollte der von dem niedrigen Frequenzbereich (ab 100Hz) garnichts wissen. Ich würde jetzt eine längere Spule entwerfen mit den empfohlenen MnZn Ferriten und mehreren Anzapfungen um gegen 5kHz eine Resonanz zu erzeugen. Danke bisher für die vielen hilfreichen Antworten
Wenn du so einen Verstärker mit niederohmigem Ausgang hast, wäre mMn die Serienresonanz als Anregung günstiger. Der Nachteil ist allenfalls die dann an Spule und Kondensator auftretenden sehr hohen Teilspannungen. Beim Kondensator sind sie beherrschbar, bei einer neu zu entwickelnden Spule kann die Konstruktion das berücksichtigen. Man spart sich dabei den Transformator auf die hohe Spannung des Parallelkreises. Auch der Einfluss des Frequenzgangs des Hoch-Tranformators und seine Verluste würden entfallen.
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Wenn ich noch sehe, dass es ein Verstärker 2 x 65 W ist, bekommt mit je dem halben Kondensatorwert pro Kanal auch die Entkopplung der beiden Kanäle in den Griff, falls die Endstufen nicht direkt parallelschaltfähig sind. Die Spule würde auch in der alten Form erst einmal ausreichen. Sie hält jetzt ja auch die Spannung aus.
Achim S. schrieb: > aber der induktive Blindwiderstand nimmt trotzdem zu, wenn man sich > f_res näher Nur leider kann man den, -oder den induktiven Blindleitwert-, separat leider nicht messen, sondern immer nur die Parallelschaltung von L mit den parasitären C. (Die Verluste, ob als niederohmiger Serienwiderstand oder hochohmiger Parallelwiderstand modelliert, können wir gerne mal aussen vorlassen). Achim S. schrieb: > aber der induktive Blindwiderstand nimmt trotzdem zu, wenn man sich > f_res nähert. Ja, aber nur gemächlich, gemäß wL. Hat mit einer etwaigen Resonanz eigentlich nichts zu tun. L bleibt überhaupt konstant, sondern nur das, was die Messkiste sich aus der Phasenverschiebung zusammenreimt ändert sich mit der Frequenz: Der angezeigte Wert, aka Meßwert, für L. Und dieser Meßwert -nichts anders hat der TE ja bestimmt-, sinkt mit der Frequenz bis zur Resonanz. Wen du es nicht glaubst, schau es dir mal auf dem VNA an. Achim S. schrieb: > anders ausgedrückt: der Parallelschwingkreis ist ein Sperrkreis. Kommt darauf an, wie er in der Schaltung verwendet wird. Wenn er in Reihe mit dem Sugnal liegt ist es ein Sperrkreis. Aber wohl noch öfter wird seine Eigenschaft als Bandpass oder die Resonanzüberhöhung des Signals benutzt, wenn man ihn parallel zum Signal legt.
Max K. schrieb: > Bisher moduliere ich ein statisches Feld (15mT), welches von einem > Helmholtzspulenpaar erzeugt wird. Um eine Bewegung der Teilchen mit 2f zu vermeiden? Das statische Feld erreichst du aber wahrscheinlich einfacher mit Permanentmagneten. Hast du mal abgeschätzt, wieviel Spitzenstrom deine Spule braucht, um diese 15mT zu kompensieren? Die Verwendung einer Serienresonanz ist natürlich verlockend, aber dann musst du die Schwingkreiskondensatoren umschalten wenn du die Frequenz ändern willst, oder gar einen Sweep über einen Frequenzbereich machen willst. Ausserdem sollte man stets daran denken, dass manche Leistungsverstärker grosse Blindlasten gar nicht mögen und schlicht kaputt gehen, wenn das Ausgangssignal zu weit von der Resonanzfrequenz abweicht.
Ich finde den ganzen Thread hier etwas chaotisch. Eine Flachspule mit Kern? Wie sieht das aus? Wozu ein Kern? Ein Verstärker für hohe Impedanzen? Bei einem Verstärker bei niedrigen Frequenzen und Gleichspannungen hat man meist gerne eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz. Es kann besser ein Verstärker gebaut werden, der eine Eingangsspannung in einen genauen Ausgangsstrom wandelt, denn der induktive Lastwiderstand wird nie über verschiedene Frequenzen gleich sein. Der Versuchsaufbau ist nicht genau beschrieben, der Einfluss des Magnetfeldes auf das Wasser wurde schon beschrieben. Dieser Fehler lässt sich aber eventuell nullen. Ein genaues gleichmäßiges Magnetfeld lässt sich am besten mit einer Spule nach Helmholtz realisieren. MfG
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Hp M. schrieb: > Nur leider kann man den, -oder den induktiven Blindleitwert-, separat > leider nicht messen, sondern immer nur die Parallelschaltung von L mit > den parasitären C. An den Klemmen misst man die Kombination (also Parallelschaltung) von L und C. Und diese Parallelschaltung hat einen Blindwiderstand X_mess, der größer ist als der Blindwiderstand X von L alleine wäre. Weil sich die Blindleitwerte von L und C ein Stück weit kompensieren, und ein kleinerer Leitwert zu einem größeren Widerstand gehört. Und aus dem größeren Blindwiderstand X_mess leitet das LCR-Meter eine größere wirksame Induktivität L_mess ab. Hp M. schrieb: > Ja, aber nur gemächlich, gemäß wL. Hat mit einer etwaigen Resonanz > eigentlich nichts zu tun. Nein: das X_mess der Parallelschaltung wächst unterhalb der Resonanz überproportional zu w. Und das ist genau die Resonanzkurve des real vorliegenden LC-Parallelkreises. Hp M. schrieb: > L bleibt überhaupt konstant Aber L lässt sich an den Klemmen nicht alleine abgreifen. An den Klemmen sieht man das wirksame L_mess, das sich aus dem Zusammenspiel von L_nom und C_wickl (und R) ergibt, und dieses L_mess bleibt nicht konstant. An den Klemmen sieht es so aus, als würde das L des Bauteils mit steigender Frequenz zunehmen (bis zur f_res). Hp M. schrieb: > Und dieser Meßwert -nichts anders hat der TE ja bestimmt-, sinkt mit der > Frequenz bis zur Resonanz. nein: es steigt. Auch wenn es konterintuitiv ist, dass eine Parallelkapazität zu einer Zunahme der an den Klemmen messbaren Größen L_mess und R_mess führt - trotzdem ist es so. Das kann man ausrechnen, das kann man messen, das kann man simulieren. Jedesmal kommt dasselbe raus. Und deswegen stimmt, was Günter geschrieben hatte: Günter Lenz schrieb: > Ein Fehler könnte durch die parasitäre > Kapazität der Spule entstehen, aber dann müßte die > Induktivität scheinbar mit zunehmender Frequenz > größer werden. Genauso ist es. Hp M. schrieb: > Wen du es nicht glaubst, schau es dir mal auf dem VNA an. Bitteschön: im Anhang Messungen mit einem LCR-Meter (der TO dürfte seine Messungen bei 100Hz auch eher mit LCR-Meter als mit VNA durchgeführt haben). Ich hab für die Messung eine riesige Luftspule verwendet (also anders als der TO), weil damit keine freuqenzabhängigen Effekte eines Kernmaterials auftreten können und weil man damit eine sehr niedrige Resonanzfrequenz bekommt, bei der auch andere "Dreckeffekte" kaum eine Rolle spielen. Man sieht in der Messung also alleine das Zusammenspiel von L_nom, Wicklungskapazität C_wick und dem Kupferwiderstand. Alle Diagramme zeigen die identische Messreihe, es wurde jeweils nur eine andere Ausgabegröße des LCR-Meters angezeigt. C_Blindleitwert.png zeigt den Verlauf des Blindleitwerts B und des dazugehörigen Messwerts von C_s (C angegeben im Serienersatzschaltbild). Beide Kurven unterscheiden sich nur um den Faktor w. Der Blindleitwert hat seinen Nulldurchgang bei f_res=9,5kHz. Unterhalb von f_res ist das Teil induktiv (für C_s wird ein negativer Wert ausgegeben). Oberhalb von f_res konvergiert der Messwert von C_s gegen die Wicklungskapazität (ca. C_wick=190pF. Berechnet man es aus der f_res und L_nom ergibt sich ein C_wick von 187pF). L_Blinwiderstand.png zeigt den Verlauf des Blindwiderstands X und des dazugehörigen Messwerts von L_s. Beide Kurven unterscheiden sich nur um den Faktor w. Bei sehr niedrigen Frequenzen erhält man als Messwert den nominellen Wert der Spule (L_nom=1,5H), weil sich die Parallelkapazität praktisch noch nicht auswirkt. Die nominelle Induktivität liegen in Serie mit 300Ohm Wicklungswiderstand, was man allerdings in den hier gezeigten Messungen aufgrund der Skalierung kaum ablesen kann. Wenn man die Frequenz erhöht macht sich immer stärker die Parallelkapazität C_wick bemerkbar, die - aus Sicht des LCR-Meters - mit dem L_nom der Spule einen Sperrkreis bildet. Das führt zu einen überproportionalen Anstieg von X, der aus Sicht des LCR-Meters einer erhöhten effektiven Induktivität an den Klemmen entspricht. Bei 8kHz wirkt die Spule an den Klemmen wie eine Serienschaltung von L_s=5H mit einem Widerstand R_s, der wesentlich höher liegt als der Kupferwiderstand. (siehe Abbildung Realteil_Z.png). Intern besteht die Spule natürlich weiter aus (1,5H in Serie mit 300Ohm) parallel zu 190pF. Aber an den Klemmen hat das das identische elektrische Verhalten wie 5H in Serie mit einigen kOhm - und genau das zeigt das LCR-Meter an. Wenn du es immer noch nicht glaubst: simuliere in LTSpice die Kombination (1,5H in Serie mit 300Ohm) parallel zu 190pF. Und du wirst genau das in der Messung aufgenommene Verhalten bekommen.
Günter R. schrieb: > Wenn ich noch sehe, dass es ein Verstärker 2 x 65 W ist, bekommt mit je > dem halben Kondensatorwert pro Kanal auch die Entkopplung der beiden > Kanäle in den Griff, falls die Endstufen nicht direkt > parallelschaltfähig sind. Der ist leider nicht parallelschaltfähig. Die Idee gefällt mir aber. Du meinst die halbe Kapazität des Kondoensators in Serie zur Spule? Hp M. schrieb: > Um eine Bewegung der Teilchen mit 2f zu vermeiden? > > Das statische Feld erreichst du aber wahrscheinlich einfacher mit > Permanentmagneten. > > Hast du mal abgeschätzt, wieviel Spitzenstrom deine Spule braucht, um > diese 15mT zu kompensieren? Ich will versuchen, die Teilchen in Schwingung zu Versetzen, um eine möglichst große Druckamplitude zu erzeugen. Ich bin in der Konzeptphase für die Versuche und einer meiner Gedanken war, dass die Ausrichtung in einem einigermaßen homogenen und in der Stärke variierbarem Feld stattfinden kann und ich die Oszillation über die oben beschriebene Pulsspule herbeiführen kann, die Feldparameter sind dabei das Ziel der Untersuchung. Matthias K. schrieb: > Ich finde den ganzen Thread hier etwas chaotisch. > Eine Flachspule mit Kern? Wie sieht das aus? Wozu ein Kern? Ich stimme dir zu, war nicht komplett von mir erleutert. Die Flachspule war ursprünglich dazu gedacht alleine ein möglichst breites Wechselfeld Feld zu erzeugen. Der kern sollte den Gradienten verstärken um eine Bewegung der Teilchen zu beobachten, jedoch war der Gradient mit der beschriebenen Verstärkung zu schwach. Matthias K. schrieb: > Bei einem Verstärker bei niedrigen Frequenzen und Gleichspannungen hat > man meist gerne eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige > Ausgangsimpedanz. Es kann besser ein Verstärker gebaut werden, der eine > Eingangsspannung in einen genauen Ausgangsstrom wandelt Da würde ich gerne an deiner Erfahrung teilhaben. Die Möglichkeit eines Konstantstromverstärkers fände ich u.a. interessant. Wie würdest du den Strom steuern? Matthias K. schrieb: > Der Versuchsaufbau ist nicht genau beschrieben, der Einfluss des > Magnetfeldes auf das Wasser wurde schon beschrieben. Dieser Fehler lässt > sich aber eventuell nullen. Richtig und das kann auch noch zu einem Problem werden, ich hatte mir eine Messung zur Abstimmung mit Reinstwasser vorgestellt,außerdem werde ich das Wasser irgendwie entgasen müssen um Sauerstoff raus zu bekommen. Hp M. schrieb: > Ausserdem sollte man stets daran denken, dass manche Leistungsverstärker > grosse Blindlasten gar nicht mögen und schlicht kaputt gehen, wenn das > Ausgangssignal zu weit von der Resonanzfrequenz abweicht. Dessen bin ich mir bewusst. Ich würde mehrere Kondensatoren für die verschiedenen Frequenzbereiche nehmen.
Max K. schrieb: >> Wenn ich noch sehe, dass es ein Verstärker 2 x 65 W ist, bekommt mit je >> dem halben Kondensatorwert pro Kanal auch die Entkopplung der beiden >> Kanäle in den Griff, falls die Endstufen nicht direkt >> parallelschaltfähig sind. > > Der ist leider nicht parallelschaltfähig. Die Idee gefällt mir aber. Du > meinst die halbe Kapazität des Kondoensators in Serie zur Spule? Richtig, jeder Verstärker-Ausgang treibt über die Hälfte (ungefähr, muss nicht so genau sein) der Kapazität die gemeinsame Spule. Die oben genannten Einschränkungen solcher Schmalbandlösung treffen natürlich zu, dass jeder Einzel-Verstärker mit solcher Last stabil zu betreiben ist und dass beim Frequenzwechsel die Kondensatoren mit umgeschaltet werden müssen (no free lunch).
Achim S. schrieb: > nein: es steigt. Auch wenn es konterintuitiv ist, dass eine > Parallelkapazität zu einer Zunahme der an den Klemmen messbaren Größen > L_mess und R_mess führt - trotzdem ist es so. Das kann man ausrechnen, > das kann man messen, das kann man simulieren Mittlerweile fürchte ich, dass du Recht hast. Ich muss das noch ein bischen sacken lassen, denn irgendwie widerspricht es meiner Intuition. Ich bin allerdings vor Jahrzehnten bei einem Resonanzkreis schon einmal in die Falle eines hartnäckigen Vorzeichenfehlers getappt, was mich eine Note gekostet hat. Ich hätte es also besser wissen sollen. Jedenfalls danke ich dir für die Mühe mir diese Flausen auszutreiben! Allerdings gibt es bei der Messung mit dem VNA einen Effekt, für den ich bisher keine Erklärung habe: Ich habe einen Parallel-Resonanzkreis geringer Güte aus einer dieser Festinduktivitäten in Widerstandsform (47µH + 2,2 Ohm Wicklungswiderstand) und einem 2200pF Folienkondensator aufgebaut. Das gibt eine Resonanzfrequenz von nominell 495 kHz (und X=146 Ohm). Wenn ich diesen Schwingkreis mit dem nanoVNA messe, finde ich bei S11 und 50kHz bzw. 5MHz in etwa die Bauteilwerte wieder 43µH +8 Ohm bzw. 2,85nF +5 Ohm. Im Bereich 450..550kHz findet sich in einiger Entfernung von der Resonanz auch zunächst der erwartete Verlauf der L- und C-Werte: 450kHz 183µH 140 Ohm 461kHz 220µH 159 Ohm 470kHz 263µH 187 Ohm 480kHz 337µH 250 Ohm 490kHz 475µH 400 Ohm 500kHz 775µH 1000 Ohm 510 kHz 1000µH 6300 Ohm 520kHz 89pF 2100 Ohm 530 kHz 159pF 545 Ohm 540kHz 233pF 295 Ohm 550kHz 306pF 202 Ohm aber bei feineren Abstufungen treten in umittelbar Nähe der Resonanz auch sehr kleine L-Werte bis unter 20µH und hohe Kapazitätswerte bis über 9nF auf. Ob diese Erscheinung nur durch Rauschen bedingt ist (die Werte sind nicht sehr stabil), oder ob es tatsächlich einen mathematisch/physikalischen Grund dafür gibt, müsste man mal näher untersuchen. Jedenfalls habe ich diesen Effekt schon öfter beobachtet, und das ist wohl auch die Ursache für meinen Irrtum.
Hp M. schrieb: > denn irgendwie widerspricht es meiner Intuition. Ja, erst mal ist der Effekt entgegen der Intuition. Das liegt imho daran, dass wir meist zuerst in der Z-Ebene denken. D.h. wir addieren in Gedanken Real- und Imaginärteil von Widerständen. Bei der Parallel-Resonanz werden physikalisch aber Leitwerte addiert, und der Kehrwert zwischen Z und Y stellt einiges auf den Kopf. Hp M. schrieb: > aber bei feineren Abstufungen treten in umittelbar Nähe der Resonanz > auch sehr kleine L-Werte bis unter 20µH und hohe Kapazitätswerte bis > über 9nF auf. Auch der Effekt ist echt, ich würde vielleicht eher als einen mathematischen Effekt statt als einen physikalischen effekt betrachten. Wichtig dabei ist, in welchem ESB das Messgerät die Werte ausspuckt. Wenn du z.B. die folgenden Messwerte bekommst: Hp M. schrieb: > 510 kHz 1000µH 6300 Ohm dann hat das Messgerät bei 510kHz ein bestimmtes komplexes, induktives Z gemessen. Aus diesen komplexen Z kann es auf ein Ersatzschaltbild aus Spule und Widerstand zurückrechnen, und zwar - entweder auf eine Serienschaltung von L_s und R_s (Serien-ESB). - oder auf eine Parallelschaltung von L_p und R_p (Parallel-ESB) Beide Kombinationen beschreiben gleichermaßen das physikalisch gemessene komplexe Z, aber die Zahlenwerte unterscheiden sich (L_s ist kleiner als L_p, R_s ist kleiner als R_p). Und je nachdem, in welchem ESB der Verlauf um die Resonanz betrachtet wird, hat man unterschiedliche Durchgänge durch die Resonanz. Im Anhang wieder mein Luftspule gemessen mit dem LCR-Meter. Das Diagramm LS_LP.png zeigt wieder die identische Messreihe - nur nach unterschiedlichem ESB in L umgerechnet. Im Verlauf von L_p sieht man den "Sprung von plus unendlich nach minus unendlich". Im Verlauf von L_s gibt die selbe Messung einen glatten Nulldurchgang mit kleineren Zahlenwerten von L_s. Wie gesagt: es ist zwei mal die identische Messung, nur in unterschiedlichen ESB auf L zurückgerechnet. Dein VNA dürfte die Rückrechnung im Serien-ESB machen. Und diesen Effekt beim Durchlaufen der Resonanzkurve bekommt man nicht nur in der Messung, sondern auch wenn man die Formeln aufstellt und im Bereich der Resonanz plotten lässt. Das Diagramm CS_CP.png zeigt wieder die identischen Messreihe, bei der die gemessene komplexe Größe in unterschiedlichen ESB auf C rückgerechnet wurde. In C_p sieht man den erwarteten glatten Nulldurchgang. In C_s hat man die unerwartete Kurve, falls man direkt bei der Resonanz fein genug hinschaut. Wenn ich die Messpunkte in 1Hz-Abstand sezte (Da wird die Frequenzgenauigkeit meins LCR schon etwas wackelig), dann kann ich auch C_s Werte im nF Bereich treffen - sehr viel größer als die tatsächliche Wicklungskapazität. Auch diesen "seltsamen Effekt" bei der Rückrechnung auf das Serien-ESB kann man schon sehen, wenn man die Formeln für den Schwinkreis aufstellt und den Bereich um die Resonanz mit ausreichend vielen Einzelwerten plottet.
Fuer maximal hohe Felder betreibt man die Spule in Resonanz. Ohne Ferrit. Allenfalls benoetigst du eine Abstimmbox mit schaltbaren Kondensatoren. Dann optimierst du die Kapazitaet fuer maximalen Spulenstrom.
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Hallo > Matthias K. schrieb: >> Bei einem Verstärker bei niedrigen Frequenzen und Gleichspannungen hat >> man meist gerne eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige >> Ausgangsimpedanz. Es kann besser ein Verstärker gebaut werden, der eine >> Eingangsspannung in einen genauen Ausgangsstrom wandelt > > Da würde ich gerne an deiner Erfahrung teilhaben. Die Möglichkeit eines Also mit Erfahrung hat das nichts zu tun. Man braucht eine hohe Eingangsimpedanz, damit die Eingangsspannung nicht an zu niedriger Impedanz(=Wechselstromwiderstand) einsackt, und eine niedrige Ausgangsimpedanz, damit die Ausgangsspannung nicht an der niederohmigen Last einsackt/einknickt. > Konstantstromverstärkers fände ich u.a. interessant. Wie würdest du den > Strom steuern? "Konstantstromverstärker".. Davon habe ich nichts gesagt. Ich meinte damit, man kann z.B. eine genaue Sinus-Eingangsspannung in einen genauen Sinusausgangstrom wandeln. Hat man einen genauen Sinusausgangsstrom auf einer Spule, ergibt das ein genaues Sinus-Magnetfeld. Hier wieder: Man kann sowas nicht mit "Erfahrung" realisieren, sondern man muss es ausrechnen. Mit Operationsverstärkern kann man eine Ausgangsstrommessung vornehmen und mit der Eingangsspannung vergleichen. Das nennt man fertig glaub ich auch Regelkreis. > eine Messung zur Abstimmung mit Reinstwasser vorgestellt,außerdem werde > ich das Wasser irgendwie entgasen müssen um Sauerstoff raus zu bekommen. Die genauen Details zu Deinem Versuch liegen im Dunkeln. MfG
Matthias K. schrieb: >> eine Messung zur Abstimmung mit Reinstwasser vorgestellt,außerdem werde >> ich das Wasser irgendwie entgasen müssen um Sauerstoff raus zu bekommen. > Die genauen Details zu Deinem Versuch liegen im Dunkeln. > > MfG Nicht so sehr. Auch Sauerstoff ist paramagnetisch, -der Effekt wird bei manchen Gasanalysatoren genutzt-, und würde evtl. die Messung stören. Gründliches Abkochen sollte genügen um gelöste Gase zu entfernen.
Pandur S. schrieb: > Fuer maximal hohe Felder betreibt man die Spule in Resonanz. Ohne > Ferrit. Da gebe ich dir Recht, ich habe es per FEM einmal simuliert und würde trotzdem ein Ferrit nehmen, da meine Zieltiefe etwa 1-5cm beträgt. Pandur S. schrieb: > Allenfalls benoetigst du eine Abstimmbox mit schaltbaren > Kondensatoren. Dann optimierst du die Kapazitaet fuer maximalen > Spulenstrom. Günter R. schrieb: > Die oben genannten Einschränkungen solcher Schmalbandlösung treffen > natürlich zu, dass jeder Einzel-Verstärker mit solcher Last stabil zu > betreiben ist und dass beim Frequenzwechsel die Kondensatoren mit > umgeschaltet werden müssen (no free lunch). Ich bau mir die Box zusammen. Ob der Verstärker stabil läuft werde ich rausfinden müssen. Genauso stellt sich mir die Frage, wie weit ich mich von der jeweiligen Resonanzfreuenz fortbewegen kann ohne die Blindlast zu hoch zu treiben oder ins Schwingen zu bringen. Ich vermute mal, dass es das beste wäre, die fertigen Einstellungen per VNA zu überprüfen. Matthias K. schrieb: > Mit Operationsverstärkern kann man eine Ausgangsstrommessung vornehmen > und mit der Eingangsspannung vergleichen. Danke für die Richtigstellung. Das hilft mir weiter, ich werde eine Schaltung berechnen, wenn ich die etwaigen Magnetfeldparameter gefunden habe. Matthias K. schrieb: >> eine Messung zur Abstimmung mit Reinstwasser vorgestellt,außerdem werde >> ich das Wasser irgendwie entgasen müssen um Sauerstoff raus zu bekommen. > Die genauen Details zu Deinem Versuch liegen im Dunkeln. Ich beabsichtige in einer Distanz von 1-5cm zur Spule superparamagnetische Partikel mit Durchmessern von 8-20nm zum Schwingen zu bringen, um eine möglichst starke Druckwelle zu erzeugen. Die Magnetfeldparameter wie Stärke, Frequenz, Gleich- und Wechselanteile sind noch zu finden. Es handelt sich um Vorversuche. Oder auf welche Details beziehst du dich? nachtmix schrieb: > Nicht so sehr. Auch Sauerstoff ist paramagnetisch, -der Effekt wird bei > manchen Gasanalysatoren genutzt-, und würde evtl. die Messung stören. > Gründliches Abkochen sollte genügen um gelöste Gase zu entfernen. Danke für den Tip, das ist deutlich einfacher
> Ich beabsichtige in einer Distanz von 1-5cm zur Spule > superparamagnetische Partikel mit Durchmessern von 8-20nm zum Schwingen > zu bringen, um eine möglichst starke Druckwelle zu erzeugen. So kleine Partikel haben einen größeren Strömungswiderstand. Du würdest also etwas akustisches im Wasser verursachen. Also gibt es dann eine akustische Aufgabe. Meine Idee ist eine wasserakustische Kammer mit schallgedämpften Enden. Vor und zurücklaufende Wellen könnten sich sonst auslöschen oder aufaddieren. Hier ist die Frequenz und somit die Wellenlänge im Wasser relevant. Jetzt müsste ich nachschauen, welche Frequenz im Wasser eine Wellenlänge von vorschlagsmäßigen 5mm entspricht. Ultraschall? Da ist dann die Frage, wie genau soll das Magnetfeld sein, kommt evtl. nicht so drauf an. Kann man nicht einfach die Partikel mit Magnetfeld abscheiden und wiegen? Oder ist es eine strömende Flüssigkeit? > Die Magnetfeldparameter wie Stärke, Frequenz, Gleich- und Wechselanteile > sind noch zu finden. Es handelt sich um Vorversuche. Oder auf welche > Details beziehst du dich? Ich konnte mir das bisher nicht genau vorstellen.
Matthias K. schrieb: > So kleine Partikel haben einen größeren Strömungswiderstand. Du würdest > also etwas akustisches im Wasser verursachen. Also gibt es dann eine > akustische Aufgabe. Meine Idee ist eine wasserakustische Kammer mit > schallgedämpften Enden. Vor und zurücklaufende Wellen könnten sich sonst > auslöschen oder aufaddieren. Gut dass du das erwähnst. Ich habe ein Acrylbecken zur Verfügung, welches ich mit Porenschaumstoff dämmen wollte, aber der muss natürlich auch für Ultraschall geeignet sein, denn .. Matthias K. schrieb: > Hier ist die Frequenz und somit die Wellenlänge im Wasser relevant. > Jetzt müsste ich nachschauen, welche Frequenz im Wasser eine Wellenlänge > von vorschlagsmäßigen 5mm entspricht. Ultraschall? das sind etwa 296,8 kHz, stimmt. Damit sind meine 5kHz deutlich unterdimensioniert, wenn ich die Amplitude möglichst ausnutzen möchte um einen Schalldruck zu erzeugen. Matthias K. schrieb: > Kann man nicht einfach die Partikel mit Magnetfeld abscheiden und > wiegen? Oder ist es eine strömende Flüssigkeit? Ich möchte in einem stehenden Fluid messen, damit die Schwingung nicht gestört wird. Ich würde gerne die verschieden großen Partikel im Fluid durch ihre Bewegung unterscheiden können, wenn es zu einer Messbaren Schallwelle kommt.
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