Ingenieurbüro für Leistungselektronik und Antriebe
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Dienstleistungen

Magnetfeld-Messungen mit dem Fluxmeter

Ein Fluxmeter dient der Messung des magnetischen Flusses oder besser gesagt, der Änderung des magnetischen Flusses. Ein präziser und driftarmer Integrator integriert die in einer Messspule induzierte Spannung auf und ermittelt so die Änderung des magnetischen Flusses unter Anwendung des Faradayschen Induktionsgesetzes. Da die Eingänge des Integrators in der Regel sehr hochohmig ausgeführt sind, kann die Messspule aus sehr dünnem Draht bestehen, beispielsweise 0,05 mm Kupfer-Lackdraht. Eine entsprechende Messspule kann somit problemlos in einer elektrischen Maschine untergebracht werden. Ist die wirksame Fläche der Spule bekannt, also das Produkt aus Windungszahl und Querschnittsfläche, kann auch die mittlere Flussdichte, die die Spule durchsetzt, ermittelt werden. Im einfachsten Fall wird dazu die Messspule in das bekannte Magnetfeld eines Referenzmagnets eingeführt.

Der magnetische Fluss kann mit einem Fluxmeter nicht nur im Luftspalt gemessen werden, sondern auch innerhalb der Bauteile einer elektrischen Maschine, wie beispielsweise Zahn- und Jochflüsse. Dazu wird eine Prüfspule um das entsprechende Bauteil gelegt. Befindet sich die Messspule auf dem Rotor der Maschine, kann eine lange, verdrillte Zuleitung an die Spule angeschlossen werden. Im Verlauf der Messung wird diese Leitung dann auf der Rotorwelle aufgewickelt.

Mit einer Helmholtzspule kann das Fluxmeter das magnetische Dipolmoment eines Permanentmagneten ermitteln und erlaubt somit Rückschlüsse auf die Magnetisierung bzw. die Eigenschaften der untersuchten Magnetprobe. Ein Fluxmeter ermöglicht auch die Ermittlung von Magnetisierungskurven verschiedener Werkstoffe. Eine ringförmige Werkstoffprobe wird mit zwei gleichmäßig verteilten Wicklungen versehen. Die Prüfwicklung besteht aus dünnem Draht und befindet sich möglichst nahe an der Oberfläche der Probe, um so wenig Streufluss wie möglich einzufangen. Auf diese Wicklung wird die Erregerwicklung mit größerem Drahtquerschnitt gewickelt. Aus der Durchflutung der Erregerwicklung und der mittleren Eisenweglänge der Probe kann die in der Probe wirkende magnetische Feldstärke ermittelt werden. Aus der Windungszahl der Prüfspule und der (effektiven) Querschnittsfläche der Probe kann mit dem Fluxmeter die magnetische Flussdichte in der Probe ermittelt werden. Bei schneller Änderung des Magnetfeldes kann die Messung des magnetischen Flusses auch mit Hilfe eines digitalen Speicheroszilloskops und anschließender numerischen Integration durchgeführt werden.

Aufgrund des Arbeitsprinzips eines Fluxmeters ist keine absolute Messung des magnetischen Flusses möglich. Die mathematische Erklärung dazu liegt in der Integrationskonstante. Problematisch beim Einsatz eines Fluxmeters ist die Drift des Integrators und der Einfluss von Thermospannungen im Messaufbau. Beide Effekte führen dazu, dass sich der gemessene Wert über der Zeit verändern kann. Moderne Geräte besitzen einen automatischen Driftabgleich, der beide Einflüsse minimieren kann. Ein weiterer prinzipbedingter Nachteil liegt in der Breite der Prüfspule. Diese beeinflusst den Verlauf der gemessenen Flussverteilung, da stets nur der mittlere Fluss der Messspule angezeigt wird. Will man beispielsweise die Einflüsse der Nutung auf die räumliche Verteilung des Luftspaltflusses erfassen, so muss die Breite der Messspule deutlich geringer sein als die Nutschlitzbreite. Jedoch ist zu beachten, dass das Eingangssignal des Fluxmeter, die in der Spule induzierte Spannung, proportional zu der Spulenfläche ist.

Hier wird das Fluxmeter e-Flux 100 von M-Pulse bzw. Harrier Technology eingesetzt. Wie auch das aktuelle Nachfolgemodell M-Flux 1000, zeichnet es sich durch eine Selbstkalibrierung aus, welche automatisch sämtliche Thermospannungen (Seebeck-Effekt) im Signalweg kompensiert. Ein vollständig automatisierter Driftabgleich ist ebenfalls vorhanden. Als weitere Besonderheit können die Parameter einer jeden Messspule in einem One-Wire-EEPROM DS2430A abgespeichert werden, das im Steckergehäuse der Spule untergebracht werden kann.