Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Messung mit magnetischem Stahl

Bei der Messung werden zuerst Sensoren ohne magnetischen Kern vermessen. Als Nächstes testet man Sensoren mit magnetischem Kern und vergleicht die Ergebnisse beider Messungen. Bei den Messungen wird dasselbe Messobjekt verwendet (Eigenschaften siehe 8.3.2).

Bei den Messungen mit Wirbelstromsensoren ohne magnetischen Kern werden Untersuchungen für zwei Frequenzen durchgeführt. Die erste Messfrequenz wird auf 100 kHz eingestellt. Bei dieser Frequenz ändert sich die induzierte Spannung nicht wesentlich. Die induzierte Spannung in der Messspule beim Abstand von 10 µm zwischen Sensor und Messobjekt liegt bei 1,5 mV. Bei weiterer Entfernung des Sensors vom Messobjekt auf 1 mm sinkt die Spannung auf 1,37 mV (Bild 8.14).

Bei der Messung mit Wirbelstromsensoren ohne magnetischen Kern bei höheren Frequenzen erhöhen sich die Spannungswerte im Vergleich zu Messungen bei niedrigeren Frequenzen. Die induzierte Spannung in der Messspule bei der Messfrequenz von 1 MHz erreicht den Wert 4,95 mV und sinkt bei der Abstands- erhöhung auf 1 mm auf 4,43 mV (Bild 8.14).

6


In der Messspule induzierte Spannung [mV]
5

4

3

2

1

0

10 100 1.000

Abstand [µm]

1 MHz

100 kHz

2005 imt 5017-079
Bild 8.14: Abstandsmessung zwischen Sensor ohne magnetischen Kern (Aufbauvariante 3) und einem Messobjekt aus magnetischem Stahl

Die Differenz zwischen den Spannungen bei minimalem (10 µm) und maximalem (1.000 µm) Abstand während der Messungen mit der Frequenz von 100 kHz beträgt 0,13 mV. Bei Erhöhung der Arbeitsfrequenz auf 1 MHz liegt diese Differenz bei 0,52 mV.

6

In der Messspule induzierte Spannung [mV]
5
4 ^{1 MHz}
3

100 kHz

2
1

0

10 100

Abstand [µm]

1.000

2005 imt 5017-080
Bild 8.15: Abstandsmessung zwischen Sensor mit magnetischem Kern (Aufbauvariante 4) und einem Messobjekt aus magnetischem Stahl

Bei der zweiten Messreihe werden Sensoren mit magnetischem Kern untersucht. Bei diesen Untersuchungen soll man, wie bei der ersten Messreihe, in der Messspule induzierte Spannungen bei der Einstellung unterschiedlicher

Abstände aufnehmen. Die Messfrequenzen werden auf 100 kHz bzw. 1 MHz eingestellt (Bild 8.15).

Es konnte die gleiche Abhängigkeit zwischen der Messfrequenz und der Höhe der induzierten Spannung, wie bei den Messungen mit Sensoren ohne magnetischen Kern, festgestellt werden. Die Tendenz zu niedrigeren Spannungen bei Abstandserhöhung bei den unterschiedlichen Frequenzen ist jedoch noch deutlicher als beim Aufbau ohne magnetischen Kern. Während die Differenz zwischen den Spannungen bei minimalem (10 µm) und maximalem (1.000 µm) Abstand während der Messungen mit der Frequenz 100 kHz nur 0,2 mV beträgt, erhöht sich die Differenz bei einer Arbeitsfrequenz von 1 MHz auf 0,6 mV.

Beim Vergleich zweier Messungen mit demselben Messobjekt aus magnetischem Stahl bei unterschiedlichen Frequenzen kann man feststellen, dass die induzierte Spannung in der Messspule bei 1 MHz höher liegt als bei 100 kHz, da die Spannungsdifferenzen bei den unterschiedlichen Abständen größer sind.

Beim Vergleich der Untersuchungen von Sensoren mit unterschiedlichem Aufbau wird festgestellt, dass die in der Messspule induzierte Spannung beim Aufbau mit magnetischem Kern höher als beim Aufbau ohne magnetischen Kern ist. Das Vorhandensein eines magnetischen Kerns erlaubt die bessere Fokussierung von magnetischen Feldern im Messobjekt, was einen Unterschied zwischen den Spannungen bei der Variation der Abstände ergibt.

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