Meten van magnetische permeabiliteit
Om spoelen en trafo's te berekenen moeten de magnetische eigenschappen van het te gebruiken kernmateriaal bekend zijn. Dit artikel beschrijft hoe de permeabiliteitwaarden achterhaald kunnen worden van kernmaterialen.
Fysieke kenmerken
Voordat gemeten kan worden moeten eerst de fysieke kenmerken zoals het dwarsdoorsnede kernoppervlak Ac en de magnetische lengte van de kern lc bekend zijn. In het artikel Magnetische Circuits wordt dit nader verklaard.
Bepalen permeabiliteit
Om de permeabiliteit te meten wordt de kern voorzien van één wikkeling. Wikkel ongeveer één winding per millimeter magnetische weglengte. Het aantal windingen N moet nauwkeurig geteld worden.
Bij gedeelde kernen moeten de oppervlakten zeer schoon zijn. Alle vlekjes en pluisjes dienen verwijderd te worden. En de kernhelften moeten vervolgens recht en met voldoende kracht tegen elkaar geklemd worden.
Aansluitschema
De condensator zal meestal niet nodig zijn. Mocht op het signaal van de functiegenerator een DC-spanning zitten, dan kan dit de meting nadelig beïnvloeden. Een condensator is dan noodzakelijk. De waarde is niet zo belangrijk, als deze maar groot genoeg is om het signaal zonder al te veel verlies door te laten.
De weerstand moet een waarde hebben waarmee de stroom goed te meten is. Een waarde van 10 Ω is in de meeste gevallen goed uitgangspunt. De exacte waarde van de weerstand R moet echter wel nauwkeurig bekend zijn.
De meting
Stel de frequentie f van de functiegenerator in tussen de 100 en 1000 Hz sinus. Regel de spanning zodanig af dat de twee signalen op de scoop er onvervormd uitzien met een zo groot mogelijke amplitude. Eventueel kan de frequentie nog bijgeregeld worden om de signaalnivo's van de spanning en stroom in een mooie verhouding te krijgen, dwz. dat beide, de spanning en stroom, goed afleesbaar zijn.
Op de oscilloscoop zijn nu twee signalen te zien: de spanning over de spoel UL en de klemspanning van de functiegenerator Uk, dwz. de spanning over de spoel en weerstand. Om de spanning over de weerstand UR te verkrijgen moeten de twee signalen door de oscilloscoop van elkaar worden afgetrokken waarmee een derde golfvorm ontstaat die overeenkomt met de spanning over de weerstand R: uR(t) = uk(t) - uL(t). Met de effectieve spanningswaarde is de spoelstroom IL af te leiden:
[A]
Hieruit is de absolute permeabiliteit te berekenen:
[H-1]
Met de permeabiliteit van vacuüm µ0 = 4*π*10-7 als gegeven, kan de relatieve permeabiliteit berekenen worden: µr = µc / µ0
Uitsturing afhankelijke permeabiliteit
Magnetische materialen die gebruikt worden in kernen van spoelen en transformatoren zijn niet lineair. De permeabiliteit is zeer afhankelijk van de veldsterkte. Deze afhankelijkheid kan gemeten worden en in een grafiek weergegeven worden.
Voor deze meting wordt een gelijkstroom door de wikkeling geleid die een magnetisch veld veroorzaakt. Bij verschillende waardes voor dit veld wordt de permeabiliteit bepaald. Voor de permeabiliteitmeting wordt een klein AC stroom gebruikt om het hoofdveld minimaal te beïnvloeden. Kies de AC veldsterkte zodanig dat de top AC fluxdichtheid ongeveer 10 mT is.
De DC stroom afkomstig van een regelbare voeding vloeit via een serieweerstand Rv en de meetweerstand R door de wikkeling met de testkern. De AC stroom is weer afkomstig van de functiegenerator, en vloeit hier via de condensator C en de meetweerstand R. De condensator C is hier verplicht!
De scoop moet voor deze meting op de AC stand worden gezet. De grootte van de DC stroom kan van de voeding worden afgelezen, of als deze te onnauwkeurig is, kan een ampèremeter in serie met de voeding worden geschakeld. De serieweerstand Rv moet niet te klein worden genomen omdat deze anders de functiegenerator teveel belast.
Voor deze meting kan de kern met het zelfde aantal wikkelingen worden gebruikt als bij de hiervoor beschreven meting. Ook kan dezelfde meetfrequentie worden gehanteerd als hiervoor. De DC stroom kan het beste in logaritmische stappen verhoogt worden om met zo min mogelijk metingen toch een groot bereik te bestrijken.
Verwerking meetdata
Ook hier moeten eerst de gegevens van de kern worden gedefinieerd: oppervlak kern Ac, magnetische lengte lc, het aantal wikkelingen N, en ook de meet frequentie f.
De DC stroom Iac wordt ingesteld en de AC spanning Uac en AC stroom Iac gemeten en genoteerd. Dit wordt herhaald totdat een groot veldsterkte bereik bestreken is. Van elke meting kan nu veldsterkte H en de relatieve permeabiliteit μr berekend worden. De serie berekende waardes kunnen op een log-log-schaal getekend worden.
