Vorstellung LCR-Meter DE-5000 von DER EE

Lange war ich auf der Suche nach einem LCR-Meter, was meinen Vorstellungen entspricht.
Die meisten nicht ganz einfachen passen für Kondensatoren durchmessen, Elkos mit ESR.
Dann will man noch die Induktivität von Übertragern oder Trafos messen können.
Meist reicht es, wenn man damit Windungsschlüsse bei Trafos oder Motorwicklungen findet.
Bei mir ist das Anforderungsprofil anders, ich will damit auch selbstgewickelte Spulen messen.
Damit meine ich vor allem Luftspulen für Hochfrequenz, so etwa Bereich 10 bis 1000 nH.
Da wird es bei bezahlbaren Messgeräten dünn, viele taugen erst ab etwa 0,1 µH.
Mit bezahlbar meine ich die Preisgegend bis etwa 250 Euro, noch nicht teure Profigeräte.
Das DE-5000 ist in meinen Augen genau passend, eher schon professioneller Bereich.
Im Gegensatz zu vielen Konkurrenten in der Preisklasse ist Vierleitermessung (Kelvin) möglich.

Modell: DE-5000
Hersteller: DER EE Taiwan
Preis: ca. 200 Euro
Betriebsspannung: 9 Volt Blockbatterie intern oder 9 Volt Netzteil extern
Widerstand: 20 Ω bis 200 MΩ, kleinste Auflösung 0,001 Ω
Kapazität: 200 pF bis 20 mF, kleinste Auflösung 0,01 pF
Induktivität: 20 µH bis 2 kH, kleinste Auflösung 1 nH
Anzeige: LCD dual, zwei Messwerte mit Einheit/Messbereich, Hauptwert bis zu 5 Stellen
Zweiter Messwert: D (Verlustfaktor), Q (Güte), ESR (Equivalent Series Resistance) und Phasenwinkel
Grundgenauigkeit: ab 0,2 %, bereichsabhängig, siehe angehänges Bild
Messfrequenzen: DC, 100 Hz, 120 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz
Messbuchsen: Schlitzklemmen Vierleitertechnik, Bananenbuchsen Zweileitertechnik

Lieferumfang
Der scheint je nach Anbieter unterschiedlich zu sein, deswegen beim Preisvergleich aufpassen.
Ich bestellte bei Eleshop, siehe Bild, das Zubehör gehört mit dazu:
eleshop.de/de-ree-de-5000-lcr-meter.html
Das Messgerät kommt im recht stabilen Kunststoffkoffer mit englischer Bedienungsanleitung.
Die deutsche Anleitung, Übersetzung etwas holprig, kann man sich im Link zuvor herunterladen.
Legt man die mitgelieferte Batterie ein oder benutzt das Netzteil, ist das Gerät einsatzbereit.
Am ehesten wird man den Adapter TL-21 mit den Krokoklemmen nutzen, so auch spezifiziert.
Häufig angenehm die Messpinzette TL-22 in Vierleitertechnik mit vergoldeten Messspitzen.
Misst man in Geräten, kann das Massekabel (Chassismasse) TL-23 gegen Einstreuungen hilfreich sein.
Benutzt man das Steckernetzteil, ist APO (auto power off) für Batteriebetrieb deaktiviert.
Bei einigen Anbietern gibt es die kleinere Lieferversion ohne Steckernetzteil und Messpinzette.
Hier nicht im Lieferumfang enthalten ist die Verbindung zum PC mit Software Win auf CD.
eleshop.de/de-ree-usb-cable-for-de-5000.html
Beim DE-5000 ist auf der Rückseite eine kleine Infrarotschnittstelle vorhanden.
Das Adapterstück im Link steckt man dort ein und realisiert so eine Verbindung via USB zum PC.
Die PC-Schnittstelle mit der Software scheint hilfreich beim Bauteileselektieren zu sein.

Wird fortgesetzt!
Im nächsten Beitrag wird die grundsätzliche Bedienung mit Beispielen gezeigt.
Das Gerät kann viel, nicht nur Automatikmodus.

Andreas

Das Video ist etwas langgezogen!

Der Erklärbär bringt aber interessante Aspekte.
Er vergleicht das DE-5000 mit einem Profigerät deutlich höherer Preisklasse.
Die Abweichungen sind marginal, irgendwo Promille.
Auch hat er, wie man sieht, ein zweites DE-5000, vergleicht zwischen denen die Abweichungen.
Ein drittes hat er als Schlachtgerät, macht es auf, man sieht die Innenansicht.
Schaut man genauer hin, er geht nicht darauf ein, sieht man die Vierleitertechnik.
Ihm geht es um eine Anfrage, ob man einen Überspannungsschutz nachrüsten kann und sollte.
Auch ich halte nichts davon, könnte bei empfindlichen Messungen stören.

Andreas


Nachtrag
Ich nahm ein Detailbild aus dem Video auf, was humax5600 verlinkte.
Man sieht da schön, wie die Buchsen angeschlossen sind, Vierleitertechnik.
Die Ansicht sieht man etwa ab 15. Minute im Video.

Inbetriebnahme des LCR-Meters DE-5000

Zuerst muss man die mitgelieferte Blockbatterie 9 Volt einlegen.
Um an das Batteriefach zu gelangen, entfernt man den Aufstellbügel, geht etwas schwer.
Die Batteriefachklappe ist mit vier Kreuzschlitzschrauben M3 befestigt, die lösen.
Das Einlegen der Batterie ist selbsterklärend, sie sitzt jedoch recht stramm.

Jetzt drücken wir die Taste POWER, das Gerät macht einen kurzen Selbsttest, auch Display.
Anschließend wechselt es in den Automatikmodus, ist messbereit.
Wer keine Lust hat, zuvor die ganze Bedienungsanleitung zu lesen, kann jetzt erste Messungen machen.
Ein Messadapter ist nicht notwendig, man kann ein Bauteil wie Elko in die Messschlitze stecken.
Das DE-5000 ist recht groß, daneben einfaches Multimeter zum Größenvergleich.
Steckt das Bauteil nicht richtig in den Schlitzen, kann die Vierleitertechnik verwirrt sein.
Das merkt man aber schnell, es erscheinen unplausible Werte auf der Anzeige, teils schwankend.

Das Gerät erkennt im Automatikmodus, was es für ein Bauteil ist, zeigt in dem Fall die Kapazität an.
Der Automatikmodus kennt nur Wechselspannungsmessung mit 1 kHz, sollte man im Hinterkopf behalten.
In vielen Fällen passt das, selbst eine Kalibrierung zuvor ist nicht notwendig.

Will man das Gerät in der Nähe der Messgrenzen wie mΩ oder pF nutzen, sollte man zuvor kalibrieren.
Man drücke die Taste CAL, es wird in der Anzeige OPEn angezeigt, also nichts am Eingang angeschlossen.
Erneutes Drücken der Taste CAL startet den eigentlichen Kalibriervorgang, dauert 30 Dekunden, Countdown.
War der erfolgreich, meldet sich das Gerät mit PASS.
Nun schließen wir für den zweiten Teil den Messeingang kurz und drücken wieder CAL.
Gleiches Spielchen mit Countdown, wieder 30 Sekunden, diesmal wird Srt für Kurzschluss angezeigt.
Anschließend nochmals CAL drücken, um den Kalibriermodus zu verlassen, das Gerät ist jetzt kalibriert.
Es kann passieren, daß beim Kalibrieren FAIL angezeigt wird, also Kalibrierung misslungen.
Während des Kalibriervorgangs sollte man die Messleitung nicht in der Hand halten, Fehlerquelle.
Etwas sich ändernde Kapazität, verursacht durch Anfassen und Bewegen, reicht da schon.
Das DE-5000 scheint sich die Kalibrierung zu merken, also auch später nach erneutem Einschalten vorhanden.
Die Kalibrierung ist natürlich abhängig vom benutzen Messadapter, bzw. Messleitungen.
Das beachten, wenn man z.B. von Adapter Krokoklemme auf Messpinzette wechselt.
Nicht extra kalibrieren muss man, wenn es wie meist auf wenige pF oder oder mΩ nicht ankommt.

Kleiner Tip, wenn man das Adapterstück TL-21 mit Krokoklemmen für Kurzschluss kalibriert.
In der Anleitung wird vorgeschlagen, die Krokoklemmen direkt miteinander zu verbinden, nicht so gut.
Besser ist es, man klemmt in die Krokoklemmen ein kurzes Stück Draht ein, Klemmen etwa 2 mm auseinander.
So wird dann in der Kalibrierung der Übergangswiderstand von der Klemme zum Draht berücksichtigt.
Außerdem sollte man im Hinterkopf haben, daß 1 mm Draht knapp 1 nH Induktivität hat.
So kalibriert funktioniert das dann auch, wenn man die Induktivität in nH von kleinen Luftspulen misst.

Im nächsten Teil die etwas spezielleren Funktionen ohne Automatik.
Manche Funktionen sind gesperrt, wenn sich das LCR-Meter im Automatikmodus befindet.

Andreas

Weitere Funktionen des DE-5000 am Beispiel Elko

Als Testobjekt nahm ich einen hochwertigen Elko 105 °C 100 µF 35 V long life von TEAPO.
Der ist aus der Serie SY, erhöhte Anforderungen, gedacht für Schaltnetzteile.
Hier die Daten laut Datenblatt:
Temperature Range: -40 ... 105 °C
Leakage Current: 3,5 µA (20°C)
Dissipation Factor: 0,12 (120 Hz, 20°C)
Rated Voltage: 35 VDC
Rated Capacitance: 100 µF
Capacitance Tolerance: ± 20 % (120 Hz, 20°C)
Impedance: 0,150 Ω (20°C, 100 kHz)

Ein Messadapter ist nicht zwingend notwendig, man kann den Elko in die Schlitze für Vierleitertechnik stecken.
Andererseits, hat man schon wie zuvor mit Adapter Krokoklemmen kalibriert, sollte man damit messen, genauer.
Der Elko ist deswegen interessant, weil sich mit dem DE-5000 die Werte gemäß Datenblatt überprüfen lassen.

Was kam heraus?
Wie ich zuvor erwähnte, befindet sich das Messgerät nach dem Einschalten im Automatikmodus.
Wir drücken die Taste FREQ so oft, bis die Messfrequenz 120 Hz beträgt.
Mit der Taste FREQ kann man alle verfügbaren Messfrequenzen von 100 Hz bis 100 kHz wählen.
Hat man die Messfrequenz 120 Hz eingestellt, sollte es sinngemäß auf der Anzeige so aussehen:



Der neue Elko liegt mit gut 90 µF sauber im Toleranzbereich und D (Dissipation Factor) beträgt 0,033.
Den Teil hat der Elko bestanden, Messwerte besser als Maximalwerte laut Datenblatt.

Nun interessiert uns Impedance bei 100 kHz.
Damit sollte der serielle ohmsche Widerstand gemeint sein, Verluste, die den Elko warm werden lassen.
Da ist nichts mehr mit Automatikmodus, muss man per Hand einstellen.
Mit FREQ setzen wir die Frequenz auf 100 kHz.
Dann so lange Taste LCR AUTO drücken, bis das Gerät im Modus Rs (serieller Widerstand) ist.
Wie man im Bild sieht, hat der Elko auch den Test bestens bestanden, 0,091 Ω.



Teilweise interessiert noch der Leckstrom.
Bei Schaltnetzteilanwendungen uninteressant, jedoch nicht bei Audioanwendungen, Koppelkondensatoren.
Die korrekte Messung erfolgt bei voller Elko-Betriebsspannung, mit dem DE-5000 natürlich nicht möglich.
Ersatzweise kann man Widerstandsmessung DC machen, immerhin Indikator, ob beim Elko ein Fehler vorliegt.
Das LCR-Meter DE-5000 kann bis 200 MΩ anzeigen, schon recht aussagekräftig für eventuellen Leckstrom.
Bei einem fehlerhaften Elko ist ein DC-Widerstand kΩ bis wenige MΩ zu erwarten, der hier brachte ca. 60 MΩ.
Um in den Modus Widerstandsmessung DC zu gelangen, drücke man so lange LCR AUTO, bis DCR erscheint.



FREQ und LCR AUTO sind eigentlich die wichtigsten Tasten, wenn einem der Automatikmodus nicht reicht.
Einige Funktionen (Tasten) sind nur verfügbar, wenn man mit LCR AUTO einen festen Modus eingestellt hat.
Normalerweise kommt beim Drücken einer Taste ein Quittierton, ist einmal Piep.
Ist dagegen eine Funktion nicht wählbar, meist im Automatikmodus, kommen zwei Piep hintereinander.
Hätte ich das LCR-Meter entwickelt, hätte ich die Bedienung etwas angenehmer gemacht.
Will man wieder in den Automatikmodus, muss man sich durchhangeln, geht nicht mit einem Tastendruck.
Da wäre einmal kurz POWER drücken sinnvoll und Taste POWER lang gedrückt für Ausschalten.

Andreas

Taste D, Q, ESR, Winkel

Im ersten Bild zwei interessante Beispiele, oben blau bipolarer Elko 10 µF 40 V 105 °C Roederstein.
Unten der waldhoniggelbe ist selten, ein ROE axial 100 µF 25 V und 105 °C, locker 30 Jahre alt.
Das DE-5000 wurde gerade eingeschaltet, befindet sich im Automatikmodus, nichts angeschlossen.
Nimmt man bipolare Elkos für Lautsprecherfrequenzweichen, sind typische Audiofrequenzen interessant.
Ich nahm 1 kHz, ist halbwegs die Trennfrequenz zwischen Tiefton- zu Hochtonbereich.
Hier jetzt nicht dokumentiert, gleichen Durchgang sollte man auch für 100 Hz und 10 kHz machen.
Drückt man sofort die Taste für D, Q, ESR und Winkel, kommt der Fehlerton zweimal Piep.
Die manuelle Auswahl D, Q, ESR und Winkel funktioniert erst, wenn man mit LCR Auto z.B. Cs einstellt.



Es gilt Q = 1/D, Q finde ich angenehmer, man sieht sofort das Verhältnis ohne Umrechnen.



Angabe ESR ist gängig, man kann sich auch mit LCR AUTO Rs direkt in höherer Auflösung anzeigen lassen.
Bildet man vom Winkel den Tangens, hat man die Güte Q, Quality Factor.

Anschließend teste ich den alten ROE 100 µF, schöner Vergleich zur Messung zuvor aktueller TEAPO.
Da nahm ich für die Kapazitätsmessung 100 Hz, meist in (alten) europäischen Datenblättern angegeben.



Bei 100 kHz ergibt sich Rs = 0,42 Ω, nicht so schöner Wert.
In der Tüte waren auch einige Ausreißer um die 70 µF.
ROE war und ist bei Al-Elkos, Metallgehäuse, nie so wirklich mein Freund.

Das DE-5000 ist stromhungrig!
Offensichtlich nicht ohne Grund wird ein Steckernetzteil 9 Volt mitgeliefert.
Bei Betrieb über Spannungsversorgung extern schaltet sich das Gerät nicht nach 5 Minuten aus.
Neugierig wie ich bin, machte ich ein paar Messungen, Strom bei Spannungsversorgung extern.
Bei offenem Eingang im Modus Auto 1 kHz beträgt der Strom 10 mA.
Schließt man einen niederohmigen Prüfling an, z.B. Widerstandsmessung mΩ, steigt er auf 13 mA.
Misst man niederohmig mit 100 kHz, z.B. Spulen einige nH, landet man bei 15 mA.
Die LED-Beleuchtung, schaltet sich automatisch nach 60 Sekunden ab, benötigt 6 mA zusätzlich.

Andreas

Heute mal Induktivitätsmessungen, (Motor-)Spulen und Trafos!

Im ersten Beitrag riss ich das Thema kurz an, man kann mit dem DE-5000 prima Spulen testen.
Häufiger Thema im Forum, defekte Motorspulen in SABA-Radios mit Automatik.
Nicht immer reicht es, gut/schlecht mit einem Ohmmeter zu überprüfen.
Hat man einzelne Windungsschlüsse dicht beieinander, findet man die mit Ohmmessung nicht.
Um die Messung zu verdeutlichen, diese Spulen habe ich nicht, nehme ich ein kleines AC-Netzteil.
Viel nimmt sich das nicht, gleiches Prinzip, um einen Windungsschluss zu lokalisieren.
Bei der ersten Messung, siehe Bild, ist der Trafo im Leerlauf, sekundär nichts angeschlossen.
Die Induktivität beträgt ca. 18,5 H und die Güte Q liegt bei knapp 6.
Hier ist es empfehlenswert, die Messfrequenz auf 100 Hz einzustellen, nicht 1 kHz.
Gleiche Messanordnung, jedoch Sekundärseite kurzgeschlossen, deutlicher Unterschied!
Die Induktivität sinkt auf 1,7 Henry und aus der Güte ist 0,4 geworden.
Bei Motorspulen werden etwas andere Werte herauskommen, interessant ist der Vergleich Güte.
Hat da eine Motorspule im Vergleich einen ernsthaften Ausreißer, stimmt was nicht!
Bei dem Trafo im Beispiel ist das Übersetzungsverhältnis primär zu sekundär etwa 30:1.
Heißt, ist bei einer Motorwicklung lediglich 1/30 kurzgeschlossen, sieht man das deutlich.
Ob nun der Schluss direkt in der Wicklung ist oder hier sekundär, ist vom Prinzip her egal.

Hat man dieses oder ein vergleichbares LCR-Meter, kann man sich defekte Motorspulen neu wickeln.
Die Messmöglichkeit hat man damit, bleibt nur noch das handwerkliche Geschick mit dem Wickeln.
Man nehme einen Kupferlackdraht, der im Durchmesser recht gut dem Original entspricht.
Zuerst wird man versuchen, ob die vorhandene Wicklung zumindest teilweise noch zu retten ist.
Beim Abwickeln immer wieder messen, ob irgendwann die Güte praktisch sprunghaft steigt.
Ist dem so, sollte man die schadhafte Stelle gefunden haben, muss nur teilweise neu wickeln.
Funktioniert das nicht, hat über die Hälfte abgewickelt, sollte man lieber komplett neu wickeln.
Man wickele so viel Draht auf, wie mechanisch möglich ist und misst.
Ist man über das Ziel hinausgeschossen, kann man immer noch abwickeln, bis es stimmt.
Flickstellen sollte man möglichst vermeiden, dauerhafte Isolierung nicht ganz einfach.
Schrumpfschlauch ist meist zu dick, obwohl für Temperaturen über 100 °C geeignet.
Am ehesten sollte hitzebeständige Kunststofffolie bei der Flickstelle geeignet sein.
Ein Stückchen Folie unter der Flickstelle und dann ein Stückchen bei der nächsten Lage darüber.
Ähnlich sieht das auch bei industriell gewickelten Trafos aus, z.B. Anschluss Thermosicherung.

Kleine Geschichte nebenbei!
Vor vielen Jahren reparierte ich mal ein altes Effektgerät für einen Gitarrenbass.
Dort war die Spule für tiefe Frequenzen hinüber, praktisch nicht mehr rettbar.
Ich brauchte eine um 1 Henry, also ähnliche Induktivität wie bei Trafos, etwas kleiner.
So kam ich auf die Idee, Spulen von Relais durchzumessen, sehr bald Treffer!
Von den mechanischen Abmessungen her passte die auch und ließ sich mechanisch brauchbar befestigen.
Das als Tip, wenn man mal für ähnliche Zwecke Spulen in der Gegend 0,3 bis 3 Henry sucht.

Andreas

Interessanter Vergleich zwischen verschiedenen Kondensatoren 2,2 µF!

Ich nahm deswegen 2,2 µF, weil es sich um einen typischen Koppelkondensator für Audio handelt.
Oft taucht im Forum die Frage auf, ob und womit man Koppelkondensatoren ersetzten sollte.
Mit dem DE-5000 sieht man echte Messwerte ohne Glaubensfragen.
Gemessen wurde bei 100 Hz, 1 k, 10 k und 100 kHz und auch DC-Widerstand, siehe Tabellen.
Der axiale, 85 °C und 63 V ist von BC Vishay, war früher Philips.
Dann ein Elko radial von Jamicon 100 V und 85 °C, nicht 105 °C.
Den roten werden alle kennen, ist ein Folienkondensator WIMA mit 63 V und Rastermaß 5 mm.
Interessant sind natürlich auch Tantals, der gelbe ist ein Thomson mit 16 Volt.
Nicht gut im Bild zu erkennen, das ganz kleine Ding ist ein 2,2 µF X7R SMD 1206, 50 Volt.


Elko axial 2,2 µF BC Vishay

Elko radial 2,2 µF Jamicon

Tantal 2,2 µF Thomson

Folienkondensator 2,2 µF WIMA

Keramikkondensator 2,2 µF SMD X7R


Das DE-5000 kann bis 200 MΩ anzeigen, in vielen Fällen war der Wert höher, OL.
Axiale Elko sind eigentlich nur bei älteren Hifi-Geräten anzutreffen, inzwischen selten und teuer.
Häufig passt es bei Raster und Platz, dafür Folienkondensatoren einzusetzen.

Die erste Wahl ist bei Ersatz ein Folienkondensator, wenn es vom Platz her passt.
Tantals sind meist besser gegenüber Al-Elkos, man muss aber bei der Spannungsfestigkeit aufpassen.

Schaut man sich die Messwerte an, machen der Keramikkondensator X7R und der WIMA das Rennen.
Wissen viele nicht, Keramiken wie X7R sind bei der Kapazität deutlich spannungs- und frequenzabhängig.
Reinhard wies mal darauf hin, mit solchen Keramik-Cs als Koppelkondensator ist ernsthaft Klirr möglich.
Bei Materialien wie X7R ändert sich die Kapazität ernsthaft mit der Spannung, auch mit der Frequenz.
Als Stützkondensatoren Betriebsspannung kann man sie durchaus gebrauchen.

Im zweiten Bild wird gerade der WIMA bei 1 kHz gemessen.
Dort schaltete ich von D (Dissipation Factor) um auf Q, Güte, besser ablesbar, Kehrwert von D.
Q gibt dann noch einen gut ablesbaren Wert, wenn für D (nahezu) 0 angezeigt wird.

Andreas

Mögliche Missgeschicke oder Tricks beim Bestücken von Induktivitäten

Hier zeige ich Beispiele, wenn im Platinenlayout Spulen ungünstig angeordnet sind.
Betroffen sind davon Zylinderspulen, egal ob mit oder ohne Kern.
Hat man geschlossene Spulen, z.B. Ringkern, können keine Wechselwirkungen auftreten.
Im Gegensatz zu Ringkernen haben offene Spulen außen ein nicht zu vernachlässigendes Feld.

Als Demonstrationsobjekt nahm ich zwei ausgemessene Zylinderspulen ca. 60 µH mit Ferritkern.
Die Testfrequenz mit dem LCR-Meter DE-5000 beträgt 10 kHz, reicht für diesen Zweck.
Gemessen wurde mit dem Adapterstück TL-21, Vierleiter auf Krokoklemmen.
Eigentlich sind die Spulen mit 68 µH und Q > 45 angegeben, jedoch bei höherer Frequenz.




1. Versuch, zwei Spulen dicht beieinander, siehe Bild.
Wie man sieht, ist eine am Messgerät angeschlossen, die andere nicht, Enden offen.
Das reicht schon, damit sich der Messwert merklich ändert, aus 59 µH werden gut 67 µH.
Unschwer zu erraten, das Ferrit der nicht angeschlossenen Spule macht sich bemerkbar.
Den gleichen Effekt hat man natürlich auch bei angeschlossener Spule, jedoch andere Frequenz.
Zieht man beide Spulen etwas auseinander, verschwindet der Effekt ab etwa 1 mm Abstand.
Das beachten, wenn man Schaltungen entwirft, Spulen nicht dicht beieinander im Layout!
Auch bei Abständen >> 1 mm ist noch etwas Beeinflussung möglich, aufpassen bei Messverstärkern.




2. Versuch, dem Versuch 1. ähnlich, jedoch zweite Spule in Serie angeschlossen, siehe Bild.
Liegen beide Spulen dicht parallel, kommt man locker auf 170 µH.
Zieht man sie auseinander, dreht sie zunehmend auf 90 ° zueinander, landet man bei 120 µH.
Den Effekt kann man mit zwei Festinduktivitäten zu Abstimmzwecken nutzen.
Da nicht übertreiben, in dem Fall ist der Abstimmbereich 125 bis 145 µH gut praxistauglich.
Gute Ausgangslage ist bei etwa 45 ° gegeben, da kann man schön biegen, abstimmen.
Im Bild sind es etwa 45 °, gemessene Induktivität angenehme 133 µH.
Man beachte, die Induktivitätsänderung kurz vor 0 ° ist groß und zu 90 ° immer kleiner.
Sollen Spulen nicht aufeinander koppeln, ordnet man sie möglichst 90 ° zueinander an.




3. Versuch, verbogene Luftspule
Einige Leser werden schon solche verbogenen Luftspulen gesehen haben, z.B. in Tunern.
Da keinesfalls auf die Idee kommen, die geradezubiegen, ist Absicht, keine Schlamperei!
Als Demonstrationsobjekt wickelte ich eine Luftspule mit 4 Windungen, 8 mm, Länge 5,1 mm, 116 nH.
Damit man nH messen kann, muss man beim DE-5000 die Messfrequenz auf 100 kHz stellen.
Spaßeshalber nahm ich diesen Kalkulator online, taugt für kurze Luftspulen:
wetec.vrok.de/rechner/cspule.htm
Im ersten Bild ist sie etwas zusammengedrückt, 142 nH gemessen, passt.
Dann stark auseinandergebogen, Messwert 95 nH.
Man sieht, der Variationsbereich ist groß, gegenüber 2. sogar mit der Länge linear.






Andreas

Wir ermitteln den AL-Wert bei Ringkernen!

Nicht selten hat man z.B. ausgebaute Kerne in der Bastelkiste und kennt nicht die Daten dazu.
Üblicherweise wird der AL-Wert in nH angegeben und bezieht sich auf eine Windung.
AL-Werte sind meist auch etwas frequenzabhängig, viele Hersteller geben sie für 10 kHz an.
Kennt man den AL-Wert, kann man sich für eine beliebige Windungszahl die Induktivität berechnen.

Die Formel ist recht praktisch und einfach, im AL-Wert sind schon Kernmaterial und Geometrie enthalten.

Im zweiten Bild sieht man mehrere Kerne, die ich jeweils mit 10 Windungen bewickelte.
Windungszahl 10 ist recht praktisch, man kann sofort im Kopf den AL-Wert ausrechnen.
Die Induktivität steigt quadratisch mit der Windungszahl, man muss hier lediglich durch 100 teilen.
Auch lassen sich 10 Windungen gut wickeln und man hat nicht die Ungenauigkeit wie bei z.B. 2 Windungen.

Kleine Kür mit dem DE-5000 und vergleichbaren LCR-Metern!
Teilweise kann man Rückschlüsse auf das Kernmaterial ziehen, wofür es gedacht ist, Verwendungszweck.
Ferrit ist nicht gleich Ferrit, die Hersteller optimieren die Kerneigenschaften für Anwendungsbereiche.
Grob kann man sagen, Material mit niedrigem µ ist gut für HF und welches mit hohem µ gut für Schaltnetzteile.
Man kann nicht direkt von AL auf µ und umgekehrt umrechnen, hängt von der Kerngeometrie ab.
Dürfte klar sein, je größer der Kern, desto größer auch die Induktivität bei gleicher Windungszahl.
Legt man zwei identische Ringkerne übereinander, hat man den doppelten AL-Wert gegenüber einem Einzelkern.
Ferrit für Schaltnetzteile hat ein sehr hohes µ, taugt aber normalerweise nicht für Frequenzen >> 100 kHz.
Bei solchen Materialien steigen die Kernverluste sehr schnell mit steigender Frequenz.



In der Graphik ein sehr gutes Beispiel, ist das Kernmaterial 76 von Fair-Rite.
Mit µ" sind die Verluste gemeint, die stark mit der Frequenz steigen, den Kern warm werden lassen.
Wir schauen in die Graphik und lesen grob für µ" ab: 1 kHz = 200; 10 kHz = 500; 100 kHz = 4000
Diese Tendenz kann man gut mit dem DE-5000 erkennen, wenn man Q oder den ohmschen Serienwiderstand misst.
Bei Q jedoch aufpassen, ist der Quotient aus dem frequenzabhängigen Blindwiderstand und Serienwiderstand.
Einen Kern Fair-Rite 76 habe ich nicht vorrätig, der blaue Kern scheint aus ähnlichem Material zu bestehen.
Dort sind die abgelesenen Werte für den Serienwiderstand, Verluste: 1 kHz = 0,19; 10 kHz = 0,46; 100 kHz = 5,8
Misst man nur geringe Änderungen, kann man davon ausgehen, daß das Kernmaterial mindestens bis Mittelwelle taugt.

Andreas

AL und Induktivität mit etwas Mathematik ermitteln

Ich hoffe, ich schrecke jetzt nicht die Leser ab, weil in der Überschrift Mathematik steht.
Häufig kann man auch gut schätzen und dann die Werte in einen Kalkulator wie den eingeben:
pigeonsnest.co.uk/stuff/core-saturation.html

Ausgangslage, ich habe eine unbekannte Spule, kenne weder Windungszahl, noch AL-Wert.
Im Bild ist so ein Beispiel, die Drossel baute ich aus einer Energiesparlampe aus.
Bei der löste sich die Verklebung am Kern, kann man wieder kleben.
Wer genau hinschaut, sieht, daß beim losen Stück der mittlere Schenkel ca. 1 mm kürzer ist, Luftspalt.
Mit dem DE-5000 wurde, loses Kernstück einfach kurz angedrückt, die Induktivität gemessen.
Prinzipiell könnte man zur Ermittlung des AL-Werts z.B. 10 Windungen zusätzlich aufwickeln.
Da die Induktivität für meinen Verwendungszweck, Schaltnetzteil, zu groß ist, wickele ich ab.
Man notiere sich die Induktivität am Anfang und wickele x, z.B. 50 Windungen, ab.
Das kann man auf Verdacht machen, bis es passt oder sich sofort Windungen und AL ausrechnen.



In der ersten Zeile die allgemeine Formel, wie man mit AL und Windungszahl N die Induktivität berechnet.
In der zweiten Zeile wieder die Formel, jedoch nach AL umgestellt.
L1 ist unsere erste Induktivitätsmessung und L2 die zweite, wenn x Windungen abgewickelt wurden.

Setzen wir beide Formeln gleich, können wir nach N auflösen, die ursprüngliche Windungszahl der Drossel.
Den Wert, hier 172,8 Wdg, setzen wir in eine der Formeln der zweiten Zeile ein und haben jetzt auch AL!

N - 0: 1424 µH (173 Wdg)
N - 50: 713 µH (123 Wdg)
N - 70: 502 µH (103 Wdg)
N - 90: 327 µH (83 Wdg)

Wer will, setzt zur Probe Werte aus der Tabelle in den Onlinerechner im Link ein.
Mit den Gleichungen ermittelte ich AL = 44,7 nH/N², deckt sich sehr gut mit den gemessenen Werten.
Hat man keine Lust auf Formeln, kann man AL auch schätzen, bis es mit den gemessenen Werten passt.
Bei Spulen dieser Art mit Luftspalt kann man mit AL = 40 bis etwa 120 rechnen.
Im letzten Bild mein Ziel, gut 300 µH für das Schaltnetzteil hier:
Schaltnetzteil mit MC34063, Testboard
Dort setzte ich auch Ae, die Wirkfläche des Ferritkerns mit 21,5 mm² bei dieser Induktivität ein.
Kann man in dem Fall mit einem Messschieber ermitteln, zweimal Querschnittsfläche der Seitenschenkel.
Kennt man Ae, kann man den maximal zulässigen Strom bis zur Sättigungsgrenze des Ferritkerns ermitteln.

Andreas