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Messung von Magnetfeldern

Induktionsspule

Eine Induktion entsteht immer dann, wenn sich ein Magnetfeld (H) zeitlich ändert. Hierdurch wird ein elektrisches Feld (E) induziert. Wird z.B. eine Leiterschleife (Induktionsspule) aus der Mitte einer Feldspule herausgezogen, so entsteht an der Leiterschleife ein Spannungsstoß. Dieser Spannungsstoß hängt davon ab, wie viele Magnetfeldlinien beim Herausziehen von der durch die Leiterschleife eingespannten Fläche gekreuzt werden. Hierbei ändert sich der magnetische Fluss der Leiterschleife von einem bestimmten Wert (solange sich die Leiterschleife in der Spule befindet) auf Null (wenn sich die Leiterschleife außerhalb des Magnetfeldes der Spule befindet). Der entstehende Spannungsstoß (Udt) ist somit abhängig von der Änderung des magnetischen Flusses ( φ ) und der Anzahl der Windungen der Leiterschleife:

U ( t ) d t = N Δ φ

1831 erkannte Faraday, dass jede zeitliche Änderung des magnetischen Flusses eine elektrische Spannung induziert:

U i n d = N d φ d t

Diese Formel gibt den Zusammenhang zwischen der induzierten Spannung ( U i n d ), der Windungszahl (N) und der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses ( φ ) wieder. Der entstehende Induktionsstrom ist seiner Ursache entgegengerichtet, was durch das Minuszeichen zum Ausdruck kommt (Lenz'sche Regel).

Die Einheit des magnetischen Flusses ist 1 Vs = 1 Wb (Weber) und hängt über folgende Gleichung mit der Induktion (B) zusammen, wobei (A) die Querschnittsfläche der Induktionsspule ist.

B = φ A = d φ d A

Mit dem Neigungswinkel ( ϕ ) der Feldlinien zur Flächennormalen der Induktionsspule folgt nun hieraus:

φ = B d A = B cos ϕ d A

Eine Induktionsspule ist eine Spule, in die durch das Ändern des Magnetfeldes eine Spannung induziert wird. Die Feldspule dagegen erzeugt durch einen Stromfluss ein magnetisches Feld. Zur Messung von Gleichfeldern muss die Induktionsspule um 180° gedreht werden, um so eine Änderung des magnetischen Flusses hervorzurufen. Der hierdurch entstehende Spannungsstoß wird über die Zeit integriert.

Der Vorteil eines Sensors für Magnetfelder auf der Basis einer Induktionsspule ist die günstige und einfache Herstellung. Der Nachteil ist, dass die Induktionsspule eine starke Frequenzabhängigkeit aufweist und somit nicht für breitbandiges Messen geeignet ist. Die Eichung eines solchen Systems weist ebenfalls Probleme auf, da man ein magnetisches Feld mit genau bekannter Stärke benötigt, um das Signal der Spule anzugleichen.

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