Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Vergleich der Abstandsmessungen mit unterschiedlichen Materialien

Bei den Abstandsmessungen mit Wirbelstromsensoren werden zwei verschiedene Ausführungen des Sensors verwendet. Der erste Aufbau besteht nur aus doppellagigen Spulen, beim zweiten Aufbau ist ein magnetischer Kern integriert.

Aus den Versuchen kann man entnehmen, dass der Aufbau des Wirbelstromsensors mit magnetischem Kern viel bessere Ergebnisse liefert als der ohne. Das Vorhandensein des magnetischen Kerns bewirkt die Fokussierung des magnetischen Felds in das Messobjekt, so dass höhere induzierte Spannungen gemessen werden können.

Auch die Frequenzauswahl hat einen großen Einfluss auf die in der Messspule induzierte Spannung. Messungen bei höheren Frequenzen ergeben höhere Spannungswerte. Bei der Arbeitsfrequenz von 1 MHz werden die besten Ergebnisse erzielt. Die induzierte Spannung wächst schneller als linear mit der Frequenz.

Beim Vergleich der Abstandsmessungen mit drei unterschiedlichen Materialien kann man feststellen, dass die induzierte Spannung beim Messobjekt aus Stahl mit zunehmendem Abstand sinkt und bei den Messobjekten aus Kupfer und Ferrit ansteigt (Bild 8.21).

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In der Messspule

induzierte Spannung [mV]

5,5
5
4,5
4
3,5

Ferrit Stahl Kupfer

3

10 100

Abstand [µm]
1.000

2005 imt 5017-086
Bild 8.21: Abstandsmessung mit dem Wirbelstromsensor mit magnetischem Kern (Aufbauvariante 4) und Messobjekten aus Stahl, Ferrit und Kupfer bei der Arbeitsfrequenz 1 MHz

Obwohl bei beiden Messobjekten aus Kupfer und Ferrit eine ansteigende Tendenz beobachtet wird, wird die Spannungsdifferenz bei Abstandserhöhung immer größer. Während die in der Messspule induzierte Spannung beim Messobjekt aus Kupfer bei der Abstandsänderung von 10 auf 1.000 µm 1,66 mV beträgt, ergibt sich beim Messobjekt aus Ferrit der Wert 2,34 mV.

Dennoch kann man feststellen, dass der Aufbau des Wirbelstromsensors mit magnetischem Kern für die Abstandsmessung unterschiedlicher Materialien gut geeignet ist. Die Verwendung eines magnetischen Kerns ermöglicht den Aufbau

eines mikrotechnischen Sensors für die Abstandsmessung auf bis zu 1 mm durch die bessere Fokussierung des Magnetfeldes im Messobjekt.

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