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Die Induktivität ist die Eigenschaft einer stromdurchflossenen Spule, elektrischen Strom abzubremsen. Eine Induktionsspule kann den Strom abbremsen, sodass ein anderer Strom fließen kann. Zum Beispiel wird die Induktivität in Fernsehapparaten oder Radios verwendet, um verschiedene Kanäle zu empfangen und zwischen diesen umzuschalten. Die üblichen Einheiten der Induktivität sind Millihenry oder Mikrohenry. Normalerweise wird sie mit einem Frequenzgenerator und einem Oszilloskop oder einem LCR-Meter gemessen. Außerdem kann man die Induktivität auch über die Änderung von Strom und Spannung erhalten werden, wobei die Änderung des elektrischen Stroms durch die Spule gemessen wird.
Vorgehensweise
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Wähle einen 100 Ohm Winderstand mit einer Toleranz von 1%. Widerstände sind mit farbigen Ringen versehen, damit du sie auseinanderhalten kannst. Ein 100 Ohm Widerstand hat einen braunen, einen schwarzen und einen weiteren braunen Ring. Ein weiterer, letzter Ring ist ebenfalls braun und steht für die Toleranz von 1%. Wenn du mehrere Widerstände zur Auswahl hast, wähle einen mit einem bekannten Wert. [1] X Forschungsquelle
- Wenn sie neu sind, sind Widerstände beschriftet, aber sie können leicht verwechselt werden, sobald man sie aus der Packung holt. Miss die Induktivität immer mit einem bekannten Widerstand, um ein genaues Ergebnis zu erhalten.
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Schalte die Induktionsspule in Reihe mit dem Widerstand. In Reihe bedeutet, dass der Strom die beiden Bauteile nacheinander passiert. Achte darauf, dass sie nur an einer Stelle miteinander verbunden sind. Um den Stromkreis zu schließen, musst du an die freien Kontakte des Widerstands und der Spule Stromkabel anschließen. [2] X Forschungsquelle
- Besorge dir die Kabel entweder online oder im Fachgeschäft. Meistens gibt es sie in rot und schwarz, damit du sie leichter auseinanderhalten kannst. Verbinde das rote Kabel mit dem freien Kontaktende vom Widerstand und das schwarze Kabel mit dem gegenüberliegenden Ende der Spule.
- Wenn du noch keine Steckplatine hast, solltest du es in Erwägung ziehen, dir eine zuzulegen. Die Kontaktfelder vereinfachen das Verbinden der Kabel mit den Bauteilen.
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Schalte einen Funktionsgenerator und ein Oszilloskop dazu. Verbinde die Ausgangskabel vom Funktionsgenerator mit dem Oszilloskop. Schalte dann beide Geräte ein, um zu überprüfen, ob sie funktionieren. Verbinde das rote Ausgangskabel vom Funktionsgenerator mit dem roten Kabel und das schwarze Eingangskabel vom Oszilloskop mit dem schwarzen Kabel in deinem Stromkreis, sobald beide Geräte eingeschaltet sind. [3] X Forschungsquelle
- Der Funktionsgenerator ist ein Gerät, das periodische elektrische Signale durch den Stromkreis sendet. Dies ermöglicht dir, das Signal durch deine Spule zu kontrollieren, sodass du die Induktivität genau bestimmen kannst.
- Das Oszilloskop wird verwendet, um die Spannung des Signals im Stromkreis zu erkennen und darzustellen. Du brauchst es, um das vom Funktionsgenerator erzeugte Signal zu visualisieren.
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Lasse mit Hilfe des Funktionsgenerators Strom durch den Stromkreis fließen. Der Funktionsgenerator simuliert Ströme, die durch die Spule und den Widerstand fließen würden, wenn sie in Gebrauch wären. Schalte den Strom mit dem Bedienknopf am Gerät ein. Versuche, den Funktionsgenerator auf etwa 100 oder 50 Ohm einzustellen. Stelle sicher, dass der Generator auf Sinuswellen eingestellt ist, sodass auf dem Schirm gleichmäßige, große, gekrümmte Wellen zu sehen sind. [4] X Forschungsquelle
- Der Wellentyp kann in den Einstellungen vom Generator verändert werden. Funktionsgeneratoren können Rechteck-, Dreieck- und andere Signale erzeugen, die sich nicht zur Berechnung der Induktivität eignen.
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Betrachte die Eingangsspannung und die Spannung über dem Widerstand auf dem Bildschirm. Suche nach einem Sinuswellen-Paar. Eine dieser Wellen lässt sich über den Funktionsgenerator steuern. Die andere, kleinere Welle wird durch die Verbindung zwischen der Spule und dem Widerstand erzeugt. Stelle die Frequenz am Generator so ein, dass die auf dem Schirm gezeigte Übergangsspannung der Hälfte der ursprünglichen Eingangsspannung entspricht. [5] X Forschungsquelle
- Stelle die Frequenz am Generator zum Beispiel so ein, dass am Oszilloskop eine Spannung von 1 V zwischen den Maximalwerten angezeigt wird. Verändere sie anschließend so lange, bis die Spannung 0.5 V beträgt.
- Die Übergangsspannung entspricht dem Unterschied der Sinuswellen am Oszilloskop. Für deine Zwecke muss sie der Hälfte der ursprünglichen Spannung am Signalgenerator entsprechen.
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Finde die Frequenz des vom Funktionsgenerator bereitgestellten Stroms. Dieser wird am Oszilloskop angezeigt. Schaue unten auf der Anzeige nach dem Wert in Kilohertz oder kHz. Notiere diese Zahl, da du sie zur Berechnung der Induktivität brauchen wirst. [6] X Forschungsquelle
- Benutze 1 kHz = 1000 kHz, wenn du Hertz (Hz) in Kilohertz umrechnen sollst. Beispielsweise ist 1 Hz / 1000 kHz = 0,001 kHz.
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Berechne die Induktivität über eine mathematische Formel. Benutze die Formel L = R * sqrt(3) / (2 * pi * f). Für die Berechnung der Induktivität L brauchst du also den Widerstand (R) und die zuvor bestimmte Frequenz (f). Die andere Möglichkeit wäre, deine Messwerte in einen Induktivität-Rechner, wie https://daycounter.com/Articles/How-To-Measure-Inductance.phtml , eiinzugeben. [7] X Forschungsquelle
- Multipliziere zuerst den Widerstand mit der Quadratwurzel von 3. Zum Beispiel: 100 Ohm x 1,73 = 173.
- Multipliziere dann 2, pi und die Frequenz. Wenn die Frequenz zum Beispiel 20 kHz beträgt, ergibt dies: 2 * 3,14 * 20 = 125,6.
- Dividiere anschließend das erste Ergebnis durch das zweite, in diesem Fall: 173 / 125,6 = 1,38 Millihenry (mH).
- Multipliziere das Ergebnis mit 1000, um Millihenry in Mikrohenry (µH) umzurechnen: 1,38 x 1000 = 1378 uH.
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Schließe den LCR-Meter an und warte, bis er eingeschaltet ist. Ein gewöhnlicher LCR-Meter ähnelt einem Multimeter zur Strom- und Spannungsmessung. Die meisten Messgeräte sind Handgeräte mit einem Anzeigedisplay, der nach dem Einschalten eine 0 anzeigt. Drücke die Reset-Taste, um das Messgerät auf 0 zu setzen, wenn keine 0 angezeigt wird. [8] X Forschungsquelle
- Es gibt auch größere elektrische Geräte, welche die Messung noch weiter vereinfachen. Für ein genaueres Ergebnis haben sie häufig einen Steckplatz für die Induktionsspule.
- Multimeter können nicht zur Messung der Induktivität verwendet werden, da sie diese nicht messen können. Glücklicherweise gibt es jedoch günstige LCR-Meter, die man sich online kaufen kann.
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Stelle das LCR-Meter auf die Messung der Induktivität L ein. Ein LCR-Meter kann mehrere Messungen durchführen, die auf dem Ziffernblatt angezeigt werden. L steht für Induktivität und ist damit der einzige Messwert, den du brauchst. Drehe bei Handmessgeräten den Drehknopf auf die Position L. Wenn du ein digitales Messgerät verwendest, kannst du es über die Knöpfe auf die Messung von L einstellen. [9] X Forschungsquelle
- LCR-Meter haben mehrere Einstellungen. Pass also auf, dass du die richtige verwendest. Die Einstellung C steht für Kapazität und R für Widerstand.
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Stelle das Messgerät auf 100 kHz bei 1 Volt ein. LCR-Meter bieten meistens mehrere unterschiedliche Messeinstellungen. Die kleinste Induktivitätsmessung beträgt für gewöhnlich etwa 200 µH. Wenn du für die Messung ein Tischmessgerät verwendest, sind 100 kHz bei 1 Volt eine gute Einstellung für die meisten Geräte. [10] X Forschungsquelle
- Wenn du falsche Einstellungen verwendest, wird das Ergebnis ungenauer. Die meisten LCR-Meter sind zur Messung von kleinen Strömen konzipiert und du solltest den Strom nicht stärker machen, als die Induktionsspule aushalten kann.
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Schließe die Leitungen an das LCR-Meter an. Genau wie das Multimeter hat das LCR-Meter ein schwarzes und ein rotes Kabel. Das rote Kabel gehört in den positiv markierten Steckplatz, wobei das schwarze Kabel in den negativ markierten Steckplatz gehört. Verbinde die Leitungen mit den Enden des zu messenden Bauteils, um einen Stromfluss herzustellen. [11] X Forschungsquelle
- Einige LCR-Meter haben einen Steckplatz, wo du Probebauteile wie Kondensatoren oder Spulen hineinstecken kannst. Stecke die Enden des Bauteils in den Steckplatz, um diesen zu testen.
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Lese die Induktivität auf dem Display ab. LCR-Geräte messen die Induktivität meistens augenblicklich und du wirst sehen, dass sich die Anzeige auf dem Display sofort verändert. Es wird eine Zahl in Mikrohenry (µH) angezeigt. Sobald du den Wert hast, kannst du das Messgerät ausschalten und das Bauteil herausnehmen.Werbeanzeige
Methode 3
Methode 3 von 3:
Induktivität über den Strom-Spannungs-Anstieg berechnen
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Schließe die Induktionsspule an einer pulsierende Spannungsquelle an. Der einfachste weg einen gepulsten Strom zu erhalten ist die Anschaffung eines Pulsgenerators. Er funktioniert ähnlich wie ein gewöhnlicher Funktionsgenerator und wird auf die gleiche Weise an den Stromkreis angeschlossen. Verbinde die Ausgangsleitung des Generators über ein rotes Kabel mit einem Messwiderstand. [12] X Forschungsquelle
- Der andere Weg einen Puls zu erhalten ist den Stromkreis so zu bauen, dass man selbst einen erzeugt . Es kann allerdings umgebende Elektronik beschädigen, sei also vorsichtig damit.
- Mit einem Pulsgenerator kannst du den Strom besser kontrollieren als mit einem selbstgebauten Schaltkreis. Verlasse dich also lieber auf einen Generator, wenn du einen zur Verfügung hast.
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Stelle die Stromwächter mit einem Messwiderstand und einem Oszilloskop ein. Du musst einen Strommesswiderstand an den Induktor schließen. Achte dabei darauf, dass ihre Kontakte verbunden sind, bevor du ein rotes Stromkabel an das gegenüberliegende Ende anschließt. Füge als nächstes das Oszilloskop hinzu, indem du sein schwarzes Eingangskabel über ein weiteres schwarzes Kabel mit dem anderen Ende des Induktors verbindest. [13] X Forschungsquelle
- Überprüfe die Wächter sobald alles verbunden ist. Wenn alles funktioniert und der Pulsstrom eingeschaltet ist, wirst du eine Bewegung auf dem Oszilloskopschirm sehen.
- Ein Strommesswiderstand ist ein besonderer Widerstand, durch den wenig Strom fließt. Er wird auch als Shunt-Widerstand bezeichnet und wird verwendet, um eine genaue Spannungsmessung durchzuführen.
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Stelle den Impulszyklus auf maximal 50% ein. Betrachte den Puls auf dem Oszilloskopschirm. Die Maxima der Welle geben an, wann der Puls aktiv ist. Sie müssen etwa dieselbe Länge haben, wie die Minima. Der Impulszyklus entspricht der Länge einer vollständigen Welle auf dem Oszilloskop. [14] X Forschungsquelle
- Der Puls kann zum Beispiel eine Sekunde lang aktiv sein, dann eine Sekunde lang inaktiv. In diesem Fall ist das Wellenmuster auf dem Oszilloskopschirm gleichmäßig, da der Puls nur die Hälfte der Zeit aktiv war.
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Lese den Spitzenstrom und die Zeit zwischen den Spannungspulsen ab. Überprüfe das Oszilloskop auf diese Messgrößen. Der Spitzenstrom ist der Scheitelpunkt der höchsten Welle, die auf dem Bildschirm sichtbar ist. Er wird in Ampere angegeben. Die Zeit zwischen den Scheitelpunkten wird in Mikrosekunden angezeigt. Sobald du beide Messgrößen hast, kannst du die Induktivität berechnen. [15] X Forschungsquelle
- In einer Sekunde sind 1000000 Mikrosekunden. Wenn du das Ergebnis in Sekunden umrechnen willst, musst du die Mikrosekunden durch 1000000 dividieren.
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Multipliziere die Spannung mit der Pulslänge. Verwende dann L = V*Ton/Ipk, um die Induktivität zu berechnen. Alle Werte sollten am Oszilloskopschirm angezeigt sein. Dabei steht V für die Pulsspannung, Ton ist die Zeit zwischen den Pulsen und lpk der zuvor gemessene Spitzenstrom. [16] X Forschungsquelle
- Wenn zum Beispiel ein Puls von 50 Volts alle 5 Mikrosekunden losgeschickt wird: 50 x 5 = 250 Volt-Mikrosekunden.
- Alternativ kannst du die Zahlen in einen Rechner eingeben, etwa wie den bei https://daycounter.com/Articles/How-To-Measure-Inductance.phtml .
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Dividiere das Ergebnis durch den Spitzenstrom, um die Induktivität zu erhalten. Lies dazu den Spitzenstrom am Oszilloskop ab. Setze es in die Formel ein, um die Rechnung zu beenden!
- Zum Beispiel: 250 Volt-Mikrosekunden / 5 Ampere = 50 Mikrohenry (µH).
- Obwohl die Rechnung ziemlich einfach aussieht, ist dieser Messaufbau komplizierter als andere Methoden. Aber sobald alles funktioniert, ist die Induktivitätsmessung ein Kinderspiel!
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Tipps
- Längere Spulen haben wegen ihres Aufbaus eine geringere Induktivität als kürzere Spulen.
- Wenn mehrere Spulen in Reihe geschaltet sind, ergibt sich ihre Gesamtinduktivität als Summe der einzelnen Induktivitäten.
- Wenn du mehrere Spulen parallelschaltest, ist die Gesamtinduktivität viel kleiner. Du musst die Kehrwerte der einzelnen Induktivitäten summieren. Die Gesamtinduktivität wird als der Kehrwert von diesem Ergebnis erhalten.
- Induktive Bauteile können als Zylinderspulen, Ringförmige Spulenkerne oder dünne Filme hergestellt werden. Je größer die Anzahl der Windungen oder die Fläche einer Spule dabei ist, desto höher ist ihre Induktivität.
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Warnung
- Hochqualitative Messgeräte für Induktivitäten können kostspielig und schwer zu kriegen sein. Außerdem messen erschwingliche LCR-Meter bei geringen Strömen, sodass sie zur Messung von großen Induktivitäten nicht geeignet sind.
Was du brauchst
Induktivität mit Hilfe eines Widerstands Messen
- Pulsgenerator
- Oszilloskop
- Induktionsspule
- Verbindungskabel
- Taschenrechner
Messung mit einem LCR-Meter
- LCR-Meter
- Induktives Bauteil
- Schwarze und rote Kabel
Berechnung der Induktivität über den Strom-Spannungs-Anstieg
- Pulsgenerator
- Oszilloskop
- Strommesswiderstand
- Induktionsspule
- Verbindungskabel
- Taschenrechner
Referenzen
- ↑ https://sciencing.com/connect-diodes-5462387.html
- ↑ https://www.testandmeasurementtips.com/how-to-measure-inductance/
- ↑ https://meettechniek.info/passive/inductance.html
- ↑ https://www.dos4ever.com/inductor/inductor.html#method
- ↑ https://www.dos4ever.com/inductor/inductor.html#method
- ↑ https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-3/series-resistor-inductor-circuits/
- ↑ https://doc.modelica.org/Modelica%203.2.3/Resources/helpMapleSim/Electrical/QuasiStationary/MultiPhase/Examples/index.html
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=BYjNkWE2v2E&feature=youtu.be&t=26
- ↑ https://www.electronics-notes.com/articles/test-methods/lcr-meter-bridge/primer-basics.php
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=zZiVvgUiRdc&feature=youtu.be&t=29
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=Jcuxh7iJ_nI&feature=youtu.be&t=814
- ↑ https://webassign.net/labsgraceperiod/ncsulcpem2/lab_7/manual.html
- ↑ https://meettechniek.info/passive/inductance.html
- ↑ https://www.testandmeasurementtips.com/how-to-measure-inductance/
- ↑ https://www.testandmeasurementtips.com/how-to-measure-inductance/
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=bnqYDxMtOL8&feature=youtu.be&t=275
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