Sensor zur Erkennung von Magnetfeldern

[Fili mi]

Hallo, da sind wir wieder.
Das mit den Sensoren hat echt seht gut funktioniert, ich bekomme von beiden Werte, nur leider nicht die die ich mir erwartet habe. Kann das sein, das ich mich bei der Berechnung des Magnetfeldes vertan hab?

Gerechnet hab ich:

I * N = H * l

also 1,13 A * 710 = H * 2,4m

dann auf H umgeformt und mit μ0 multipliziert. Damit müsste ich dann eigentlich B mit 0,4mT heraus bekommen.

Leider haben die ersten Messungen dieses Magnetfeld statt in 1,2m in etwa 10cm Entfernung ergeben.

Wisst ihr wo das Problem liegen könnte?

[Thomas$_]

Das Feld außerhalb der Spule berechnet sich besser mit dem Biot-Sarvat-Gesetzt, das wird auch ganz einfach wenn man es auf den Spezialfall einer Kreisförmigen Spule ankommen lässt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Biot-S...Leiterschleife


Ps.:
Ich hoffe ich kann auch als Gast einen Link setzten, aber ich übertrage meine Passwörter nur ungern über ungesicherte Verbindungen .....

[Fili mi]

Ok, das hilft uns schon sehr. Wenn ich jetzt eine Rahmenspule habe und sie näherungsweise als kreisförmige Spule ansetzte, ist der Fehler dann sehr groß?

Eigentlich wollen wir es ja nur ungefähr abschätzen können, damit wir wissen ob uns unsere Sensoren etwas sinnvolles liefern oder ob wir noch ein bisschen was an der Spule ändern müssen.

Dieses Gesetz dann auch für Spulen wo l<10*d ist? (dass das andere es nicht tut hab ich inzwischen heraus gefunden )

[Thomas$_]

also der Ansatz ist zu sagen das sich das gesamt Feld aus der Summe aller kurzen Leiterstücken zusammensetzt.

Ohne jetzt den Fehler auszurechnen würde ich behaupten das er euch erstmal egal sein kann ... Hauptsache die Größenordnung stimmt dann mal.

Ich gehe davon aus das Eure Spule im "Durchmesser" deutlich größer ist als die die spule lang oder dick ist.

oder einfach Wiki weiter nach unten ... https://de.wikipedia.org/wiki/Biot-S...tz#Rahmenspule


Werte einsetzten und Messen

[Fili mi]

Ich hab mir nur die ersten zwei Formeln angesehen und ein bisschen Panik geschoben, mein Fehler. Aber dann werden wir bei Gelegenheit das Mal durchrechnen und uns wieder melden. Danke

[White_Fox]

Es könnte sein daß ihr euch mit Feldverzerrungen auch grobe Fehler reinholt. Die meisten Formeln dazu sind Näherungen und stimmen eigentlich nie so richtig.

Vielleicht könnt ihr mit einer Helmholtzspule ein räumlich einigermaßen homogenes Magnetfeld erzeugen, mit einem Labornetzteil könnt ihr die Feldstärke und den magnetischen Fluß gut einstellen, und damit euren Sensor kallibrieren. HH-Spulen sind relativ einfach zu bauen und man bekommt, etwas Sorgfalt im mechanischen Aufbau vorausgesetzt, ein recht gut definiertes Magnetfeld hin. Hilfreich, wenn man kein Gerät hat mit dem man die Ergebnisse seines Sensors vergleichen kann. Es reicht den Strom genau genug messen zu können.

Hab ihr euch eure Aufgabe selber ausgesucht? Vom Konzept her ist das nicht trivial, ihr habt ja selber gemerkt daß ab relativ geringer Entfernung schon recht geringe Feldstärken ausgewertet werden müssen. Und dann seid ihr schnell in einem Bereich, wo euch die anfahrende Straßenbahn vor dem Haus, irgendwelche Elektrogeräte oder sonst was in die Suppe spuckt.
Das euer Lehrer auf Gleichstrom besteht halte ich für...ungeschickt. Ein Technologiewechsel (später auf Wechselstrom) wird kaum möglich ohne quasi mit dem Aufbau von vorne zu beginnen, da praktisch alles nach dem Sensor neu gemacht werden muß.
Auch der Ansatz an sich ist schon Mist, da ihr praktisch keine Chance habt, euch an Gleichfeldern zu orientieren (und das ist doch euer Hauptziel).

Kleines Beispiel: In der Realität gibt es bereits ein Magnetfeld, daß auch zur Orientierung zur Hilfe genommen werden kann: das Erdmagnetfeld. Was kann man damit feststellen: die Richtung. Und das allein reicht nicht. Man kann mit einem Kompaß durch ganz Deutschland rennen, mehr als die Richtung ist nicht sinnvoll auswertbar. Damit kann man allenfalls die Richtung einer Linie bestimmen, aber wo du dich auf der Linie befindest nicht mehr (beim Erdmagnetfeld könnte man über die Feldstärke theoretisch noch die Höhe bestimmen, in der man sich befindet).

Was ihr theoretisch machen könntet: Es gibt magnetische Winkelsensoren, die-wie der Namen schon sagt-den Winkel der Feldlinien messen. Wenn ihr zwei davon in bekanntem Winkel zueinander positioniert und die Feldstärke meßt wäre es theoretisch möglich eine Position zu bestimmen-unter der Voraussetzung, daß das Feld an keiner Stelle homogen oder kreisförmig ist, dafür der exakte Feldverlauf aber bekannt ist.
Praktisch sehe ich dieses Konzept aber an mehreren Punkten scheitern, wobei die hinreichend exakte Feldwinkel- und -stärkebestimmung sowie die Erzeugung und Vermessung des Magnetfeldes nur einige Punkte und eher die geringeren Probleme sind.

Eure Möglichkeiten wären, wenn ihr mit Wechselstrom arbeiten könntet, deutlich besser. Das würde mit zwei Spulen 90° zueinander schon gehen. Ihr könntet einfach zwei Wechselfelder mit unterschiedlicher Frequenz messen, z.B. 1kHz und 5,5kHz. Damit baut ihr noch keinen Funksender, könnt die Felder aber gut auseinanderhalten. Die Entfernungsbestimmung zu jeder Feldquelle könntet ihr mit einem Verstärker und einem schmalen Bandpaß machen, das geht in diesem Frequenzbereich auch analog noch gut, Störungen werden auch gleich ausgefiltert. Das eigentliche Berechnen der Position ist dann triviale Trigonometrie, ganz im Gegensatz zu der Lösung mit dem Gleichfeld.

Was ist da eigentlich der Grund für die Restriktion mit dem Gleichfeld...ich hab ja so einen Verdacht, aber will eurem Lehrer nicht voreilig Unrecht tun. Mal eine Frage...ihr schreibt eine Diplomarbeit, andererseits von einem Lehrer mit anscheinend engen Restriktionen. Wie würde man das, was ihr schreibt, denn in De nennen?

[Fili mi]

Hallo,
danke für diese umfangreiche Antwort. Ich muss zugeben ich bin ein bisschen entmutigt.
Wir gehen derzeit in die 5. Klasse für Elektrotechnik in die HTL. Das ist eine Schule nach der 8. Schulstufe, die sowohl mit einer Matura als auch mit einer fertigen Berufsausbildung beendet wird. Dazu müssen wir am Ende der 5 Jahre eine Arbeit abgeben, die in ihrem Umfang etwa 180 bis 240 Stunden Arbeit pro Person betragen soll.

Das mit dem Gleichstrom versteh ich auch nicht so wirklich. Ich hab ihn schon gefragt ob wir nicht einfach mal unsere Spule mit Wechselstrom verwenden wollen und schauen was der Hallsensor dann misst, aber das wollte er dann auch nicht. Er hat gemeint er will jetzt nicht auch noch einen Stelltrafo holen.

Ein großes Problem das ich hab ist auch, das mein Teamkollege nicht besonders motiviert und sorgfältig ist. Leider haben wir auch keine Wickelmaschinen die jünger als 30 Jahre und genau sind. Selbst mit einem Draht der einen Durchmesser von 0.79 mm hat mussten wir sehr sehr langsam wickeln, das es halbwegs ordentlich ausgesehen hat. Worauf würde ich diese Spulen denn am besten Wickeln?

Als ich die Idee dazu hatte hat das ganze noch ganz anders ausgesehen. Ich wollte sozusagen ein Followme-car basteln, das einer Spule (mit Wechselstrom:/ natürlich) nachfährt. Der Lehrer hat dann gemeint, das ist alles viel zu kompliziert und wir machen das jetzt so und Wechselstrom ist viel unpraktischer. Also eigentlich haben wir die Aufgabe mehr oder weniger zugeteilt bekommen. Er hat dann auch noch einen Artikel über ein Projekt einer Uni gefunden, die sich mit einem Magnetfeld in einem ganzen Haus orientiert hat. Dabei ist ihm aber nicht aufgefallen, das die Spule riesig, der Strom sehr groß und der Sensor etwa 300€ teuer ist. Er kommt halt doch aus der reinen Informatik.

Prinzipiell war die Idee mit zwei normal zueinander stehenden Hallsensoren die Richtung festzustellen und uns dann sozusagen quer dazu zu bewegen. Das müsste doch auch gehen oder?
Und wenn ich die schnell genug abfrage sollte ich die vom Gleichstromfeld eigentlich auch nutzen können oder? Schafft das der Arduino Mega?

Liebe Grüße und nochmal vielen Dank
Julia