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Helmholtz-Spule, Messung des magnetischen Moments

1. Allgemeine Beschreibung

Muss eine Hallsonde überprüft oder kalibriert werden? Oder soll eine neu entwickelte 32 Bit Microcontrollerschaltung bezüglich Sensitivität auf elektromagnetische Gleich- oder auch Wechselfelder mit Frequenzen bis 100 kHz getestet werden, ist dieses Gerät die richtige Wahl!
Zwischen den beiden Spulen entsteht beim Einschalten von Gleichstrom (> 1A) ein starkes magnetisches Feld. Bedingt durch die Anordnung der Spulenpaare als Helmholtz-Spule entsteht in der Mitte ein Bereich mit homogen verlaufenden Feldlinien. Deren Abweichung vom Optimum liegt im Prozent Bereich. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind:

Daten der Helmholtz-Spule:
  • Frequenzbereich [kHz]: DC - 100
  • Magnetische Flussdichte B [mT/A]: ca 50 im Zentrum {Messprotokoll im Lieferumfang}
  • Spulendurchmesser [mm]: 60.3
  • Spulenöffnung [mm]: 55.2
  • Aussendimensionen [mm]: 52.7 x 100 x 100
  • Widerstand [Ω]: 7.0/Spule
  • Max. Dauerstrom [A]: 0.714
  • Betriebsspannung (100% ED) [VDC]: 5.0
  • Seitlich zugänglicher Raum zwischen den Spulen [mm]: 10
Abb. 1: Das Gerät wird mit einem Messprotokoll und 2m langen Speisekabel geliefert. 2 Teile wurden mittels 3D-Drucker hergestellt! 		Helmholtz Coil

2. Beispiel: Testen von weichmagnetischen Materialien mit Helmholtz-Spule und Hallsonde

Abb. 2: Testen einer Folie aus amorphem Eisen (VC6025F, 20.0 x 0.025mm)

Die zu einem Rohr gewickelte Vitrovac-Folie [Ref. 1] umschliesst die Hallsonde (rechts des weissen Gehäuses). Dabei werden die Spulenpaare mit einem Wechselstrom von 1.29Hz (Rechtecksignal) beaufschlagt. Mittels Hallsonde wird das H-Feld gemessen, um die Dämpfungswirkung der Folie zu ermitteln.
Natürlich können auch Statorbleche für BLDC-, Schritt- oder Synchronmotoren getestet werden. Hier dürfte sich noch ein Innovationspotential auftun: Viele Bleche, die in Statoren von kleinen Motoren eingesetzt werden, werden mit der Methode des Epsteinrahmens (nach IEC 60404-2 bei 50 Hz, für Frequenzen bis 400 Hz nach IEC 60404-2) bezüglich der Eisenverluste gemessen. In der Praxis werden die Wicklungen von BLDC- oder Schrittmotoren aber mittels PWM-Frequenzen bis 40 kHz gesteuert. Auch die Kommutierfrequenzen sind inzwischen weit im kHz-Bereich angelangt, wenn beispielsweise bei einem BLDC-Motor mit Durchmesser 6.0mm Drehzahlen von 100'000 1/min erreicht werden sollen!

3. Ideen für Experimente

Denkbar wäre der Einsatz der Spule auch als Modulator für ferromagnetische Nanopartikel, die in einer Farbstofflöung {Rhodamin 6G in Methanol} einer Küvette schweben. In der Art, dass sie als optischer Schalter für einen LASER fungieren. Oder, dass die ferromagnetischen Partikel nach dem Prinzip des magnetohydrodynamischen Motors [Ref. 2] die Lösung in einem geschlossenen Rohrsystem umwälzen. Dadurch kann sich der LASER-Farbstoff in der von der Pumplichtquelle abgewandten Seite schneller abkühlen!

Referenzen:
[1] Vacuumschmelze GmbH, D-6450 Hanau
[2] Streifzug durch die Magnetohydrodynamik, Juris Birzvalks, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1986, ISBN 3-342-00114-3

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MAGNETRON LABS Merz
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Date last modified: 2015-07-01