Welches ist das richtige Gerät für magnetische Messungen?
Abb. 1: Verschiedene Magnetfeldsensoren und Proben
Magnetfeldmessungen können auf unterschiedliche Weisen durchgeführt werden. Entscheidend ist, welche physikalische Größe gemessen werden soll. Zum einen kann die magnetische Feldstärke an einer bestimmten Position gemessen werden, zum anderen der magnetische Fluss durch eine definierte Fläche.
Teslameter
Die magnetische Feldstärke wird in Tesla oder Gauss gemessen, daher auch der Name des entsprechenden Messgeräts von Lakeshore: Teslameter. Für die Magnetfeldmessungen wird neben dem Teslameter ein entsprechender Messkopf benötigt, diesen gibt es entweder als puren Sensor oder als Messkopf mit Handstück (Probe).
Das jeweilige Messgerät ist in der Lage:
- die Stärke des Magnetfeldes an einen Punkt im Raum zu messen
- das Magnetfeld in kleinen Lücken oder Bereichen zu messen
- schnell individuelle statische Messungen durchzuführen
- AC- und DC-Felder zu messen oder hochauflösende Magnetfeldkarten zu erstellen
Grundlage für die Messungen ist der Hall-Effekt. Dieser Effekt bewirkt, dass sich in einem stromdurchflossenen Leiter in Anwesenheit eines Magnetfeldes eine Potentialdifferenz ausbildet. Diese ist senkrecht zum Strom und dem Magnetfeld und für einen festen Strom proportional zur Magnetfeldstärke.
Aufgrund dieser Richtungsabhängigkeit ist es besonders wichtig, den richtigen Sensor auszuwählen. Es werden drei Typen von Proben und Sensoren unterschieden:
- Transversale Sensoren und Proben sind ideal für Messungen von Feldern zwischen engen Spalten, wo sich Nord- und Südpol gegenüberstehen und so ein homogenes Feld erzeugen, sowie auf Oberflächen, die von Magneten passiert werden.
- Axiale Sensoren und Proben sind sinnvoll bei Messungen innerhalb von Zylinderspulen oder beispielsweise Magnetisierern.
- Dreiachsige Sensoren und Proben verbinden die Eigenschaften der anderen beiden Varianten, sind jedoch größer. Das Teslameter ist in der Lage das gesamte Feld, sowie die einzelnen x-, y- und z-Komponenten zu berechnen.
Um möglichst genaue Messungen zu gewährleisten, sollten alle Sensoren so klein wie möglich sein.
Hat man den entsprechenden Sensor gefunden, geht es an die Messung. Hier gibt es zwei Modi. Zum einen die Gleichstrommessung, welche für statische oder sich langsam ändernde Felder am besten ist. Zum anderen Messungen mit Wechselströmen für periodisch wechselnde Magnetfelder, wobei die Frequenz des Messkopfes entsprechend angepasst werden kann.
Zudem muss der Messbereich eingestellt werden. Moderne hochwertige Messgeräte nehmen diese Einstellungen automatisch vor. Manchmal muss der Messbereich fixiert werden. Als Regel sollte man das Intervall so wählen, dass der Messwert mindestens 10% des Limits des aktuellen Messbereichs erreicht.
Fluxmeter
Als alternative Messmethode können magnetischer Fluss, Flussdichte, magnetische Feldstärke, Dipolbewegungen und magnetisches Potential mit einer Kombination aus Fluxmeter und Helmholtz-Spule gemessen werden.
Fluxmeter messen die magnetisch induzierten Spannungen in Spulen. Durch die Vielzahl messbarer Größen sind Fluxmeter deutlich komplizierter in der Bedienung als Teslameter.
Allgemeine Anwendungen von Fluxmetern sind:
- Bestimmung der Gesamtmagnetisierung eines Magneten
- Messung des magnetischen Flusses innerhalb fester Objekte, wie z.B. Spulenkerne
- Dipolmessungen von Permanentmagneten mit Hilfe einer Helmholtz-Spule
- unterstützt die Herstellung eigener Spulen und deren Charakterisierung sowie
- Messung von hochfrequenten Feldern
Search Coil
Ein Fluxmeter nutzt eine Leiterschleife oder eine Spule, um den magnetischen Fluss senkrecht durch diese zu bestimmen. Die Messung ist also abhängig von der Größe der Spule.
Um einen magnetischen Fluss messen zu können, muss während der Messung eine Bewegung einzelner Komponenten stattfinden, um den nötigen Fluss zu erzeugen.
Mit der Hilfe einer „Search Coil“ können ähnliche Messungen wie mit einem Teslameter gemacht werden. Jedoch sind diese Messungen limitiert, da die Magnetfeldmessung ausschließlich senkrecht zur Search Coil durchgeführt werden kann und über den Durchmesser der Search Coil gemittelt wird. Zudem muss ein magnetischer Fluss erzeugt werden, indem die Search Coil an der zu messenden Stelle platziert wird und dann ruckartig entfernt wird. Besser funktioniert die Messung in Wechselfeldern. Generell sollten diese Messungen daher vorzugsweise mit einem Teslameter durchgeführt werden und die Search Coil nur Verwendung finden, wenn bereits ein Fluxmeter vorhanden ist und kein zweites Gerät angeschafft werden soll.
Seine Stärken spielt das Fluxmeter in Verbindung mit der Helmholtz-Spule aus. In dieser Kombination ist das System nicht nur in der Lage die Magnetisierung eines Testobjekts zu messen, sondern auch Eigenschaften wie Permeabilität oder den magnetischen Leitwert. Die Wahl des richtigen Messgerätes hängt also in der Regel von den zu messenden Größen und der Geometrie des Versuchsaufbaus ab.
Gerne helfen wir Ihnen die richtige Wahl zu treffen.
