Messung (relativ) niedriger Induktivitäten

Christian Rötzer · Mar 3, 2006

Hallo Gruppe,

Ich würde gerne ein Meßgerät bauen (Zeit ist vorhanden), das
Induktivitäten im Bereich von 10uH bis 10mH mißt. Die Genauigkeit soll
dabei <1% betragen. Also im Idealfall auch 10uH mit 1% Genauigkeit. Ein
vorhandener Serienwiderstand der Spule soll zu einer möglichst geringen
Verfälschung des Meßergebnis führen. Typisches Meßobjekt: 100uH,
Serienwiderstand 10Ohm. Als einfache Lösung ist mir bis jetzt ein
LC-Oszillator eingefallen, z.B. Colpitts, dem halt seine Induktivität
von außen angeschlossen wird. Anschließende Frequenzmessung und
Umrechnung durch Mikrocontroller. Umschaltung der Meßbereiche über
mehrere vermessene Kondensatoren.

Nun habe ich bei meinen Wanderungen durch eBay zufällig ein Meßgerät
gesehen, das offensichtlich von einem engagierten Elektroniker gebaut
wird. Die angegebenen Meßbereiche klingen interessant, da übliche
Multimeter, sofern sie denn Induktivitäten messen können, minimal 1uH
auflösen:

http://cgi.ebay.de/Digital-MESSGERAT-LCR-Meter-Induktivitaet-Kapazitaet-LC_W0QQitemZ5874275825QQcategoryZ12961QQrdZ1QQcmdZViewItem

Artikel: 5874275825

Er schreibt daß er ab 10nH mißt, ich kann's nicht glauben, wohl eher
"nur" die Auflösung.

Meine Frage: Wie könnte hier das Meßprinzip sein? Oder vielleicht ganz
andere Vorschläge?

Grüße

Christian

Helmut Sennewald · Mar 3, 2006

"Makus Grnotte" <keinemailadresse@gmx.net> schrieb im Newsbeitrag
news:44094b05$0$13795$9b4e6d93@newsread4.arcor-online.net...

"Christian Rötzer"

Ich würde gerne ein Meßgerät bauen (Zeit ist vorhanden), das
Induktivitäten im Bereich von 10uH bis 10mH mißt.

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus. Das Problem bei
kleinen Induktivitäten ist der Induktivitätsanteil, der durch Zuleitungn
zu der Spule entsteht. Spulen im nF Bereicht sind eigentlich eher normale
Kabel.

Die Induktivität kann man über die Lissajousfigur (oder wie auch immer man
das schreibt) bestimmt werden. Wenn du diese Figur für verschiedene
Frequenzen machst, kannst du einen Funktion extrapolieren die
auf X-Achse Frequenz und auf der Y-Achse die Induktivität aufträgt.
Daraus kriegst du Induktivitätsangaben mit einer Genauigkeit von _weit_
unter 1%-Fehler.

Hallo Markus,

Also ich halte den ganzen Hype auf Lissajousfiguren für total überholt.
Ich kenne kein kommerzielles Messgerät das dieses Prinzip verwendet.
Diese Lissajousfiguren sind meiner Meinung nach selbst für Ausbildungszwecke
nicht mehr zeitgemäß. Da wäre es viel sinnvoller andere Dinge zu lehren.

Gruß
Helmut

Lars Mueller · Mar 4, 2006

Christian Rötzer wrote:

Hallo Gruppe,

Ich würde gerne ein Meßgerät bauen (Zeit ist vorhanden), das
....
Nun habe ich bei meinen Wanderungen durch eBay zufällig ein Meßgerät
gesehen, das offensichtlich von einem engagierten Elektroniker gebaut

Ach, du kennst ihn?

wird. Die angegebenen Meßbereiche klingen interessant, da übliche
Multimeter, sofern sie denn Induktivitäten messen können, minimal 1uH
auflösen:

[Ebay-Link, Artikelnummer]

Er schreibt daß er ab 10nH mißt, ich kann's nicht glauben, wohl eher
"nur" die Auflösung.

Meine Frage: Wie könnte hier das Meßprinzip sein? Oder vielleicht ganz
andere Vorschläge?

Google erschlägt einen mit kompletten Bauanleitungen, aus denen das Ding
wohl offensichltich hervorgegangen sein muß, insofern verstehe ich deine
Anfrage nicht. Auch die Sache mit dem Meßbereich ist auf den ersten
Blick schon eindeutig zu beantworten. Insofern hoffe ich mal, daß das
kein getarnter Spam war. Falls nein, google doch einfach mal.

Gruß Lars

Joerg · Mar 4, 2006

Hallo Christian,

Ich würde gerne ein Meßgerät bauen (Zeit ist vorhanden), das
Induktivitäten im Bereich von 10uH bis 10mH mißt. Die Genauigkeit soll
dabei <1% betragen. Also im Idealfall auch 10uH mit 1% Genauigkeit. ...

Gibt es fuer recht wenig Geld:
http://www.aade.com/lcmeter.htm

Die Schaltung dazu findet sich hier:
http://www.aade.com/LCinst/lcm2b.htm

Noch einfacher geht es per Frequenzzaehler und "Besenstielschwinger",
d.h. eine Stufe, die beim kleinsten Huster schwingt. Dann braucht man
nur einige Kondensatoren, deren Kapazitaet genau bekannt ist und
schaltet einen davon mit der unbekannten Induktivitaet als Schwingkreis.
Danach ist es nur noch ein Foermelchen. Wenn man keinen Frequenzzaehler
oder Scanner hat, ist das allerdings, wie der Koelner sagt, Driss.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

Rafael Deliano · Mar 4, 2006

von einem engagierten Elektroniker gebaut wird.
Man könnte ihn bei ElektroG-Stiftung denunzieren ...

Letztlich würde Endanwender von sowas Gehäuse
und eine solide aufgemachtes Datenblatt wollen.

LC-Schätzeisen in ähnlicher Preiskategorie gibts
bei Conrad mit Gehäuse. Oder sinnvoller:
höherwertigere Multimeter ( vgl Meterman bei
Reichelt ) haben auch LC-Meßfunktionen die genügen
um zu sehen ob Bauteil defekt ist.

Wenn die Qualität noch nicht und das Geld auch
nicht reicht, dann eben von einem "engagierteren
Elektroniker" vgl Joergs link der die Sache
ernsthaft angegangen hat.

MfG JRD

Makus Grnotte · Mar 4, 2006

"Christian Rötzer"

Ich würde gerne ein Meßgerät bauen (Zeit ist vorhanden), das Induktivitäten im Bereich von 10uH bis 10mH mißt.

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus. Das Problem bei
kleinen Induktivitäten ist der Induktivitätsanteil, der durch Zuleitungn
zu der Spule entsteht. Spulen im nF Bereicht sind eigentlich eher normale Kabel.

Die Induktivität kann man über die Lissajousfigur (oder wie auch immer man
das schreibt) bestimmt werden. Wenn du diese Figur für verschiedene
Frequenzen machst, kannst du einen Funktion extrapolieren die
auf X-Achse Frequenz und auf der Y-Achse die Induktivität aufträgt.
Daraus kriegst du Induktivitätsangaben mit einer Genauigkeit von _weit_
unter 1%-Fehler.

Makus Grnotte · Mar 4, 2006

(Zeit ist vorhanden)

Vll. guckst du dir mal hier Versuch 11 an. Ich glaub das ist was für dich.
http://ktet.fh-muenster.de/Download/Studium/GdE/GdE_Pr_2b.pdf

Makus Grnotte · Mar 4, 2006

(Zeit ist vorhanden)

Vll. guckst du dir mal hier Versuch 11 an. Ich glaub das ist was für dich.
http://ktet.fh-muenster.de/Download/Studium/GdE/GdE_Pr_2b.pdf

Für größere Induktivitäten (z.B. 50Hz-Trafos) reicht sogar der Eingang
eines Soundblsters aus.

Makus Grnotte · Mar 4, 2006

(Zeit ist vorhanden)

Vll. guckst du dir mal hier Versuch 7 an. Ich glaub das ist was für dich.
http://ktet.fh-muenster.de/Download/Studium/GdE/GdE_Pr_2b.pdf

Für größere Induktivitäten (z.B. 50Hz-Trafos) reicht sogar der Eingang
eines Soundblsters aus.

Christian Rötzer · Mar 4, 2006

Makus Grnotte schrieb:

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus. Das Problem bei
kleinen Induktivitäten ist der Induktivitätsanteil, der durch Zuleitungn
zu der Spule entsteht. Spulen im nF Bereicht sind eigentlich eher
normale Kabel.

Hm. Ich habe Zeit meines Lebens kein Oszilloskop gesehen, das auf der
X-Koordinate 200 MHz macht. Aber ich denke das ist auch nicht notwendig.
Der Blindwiderstand einer 10uH beträgt bereits bei 1.6MHz 100Ohm was
"lissajoustaugliche" Werte sind. Und weniger will ich nicht messen.
Wie ich aber dann mit der Präzision hinkommen soll, weiss ich nicht :-(

Grüße

Christian

MaWin · Mar 4, 2006

"Christian Rötzer" <invalid@technikzone.de> schrieb im Newsbeitrag
news:4408d7f0$0$13783$9b4e6d93@newsread4.arcor-online.net...

Ich würde gerne ein Meßgerät bauen (Zeit ist vorhanden), das Induktivitäten im
Bereich von 10uH bis 10mH mißt.

de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
lesen bildet:

http://www.engcyclopedia.de/lcmeter.html
http://ironbark.bendigo.latrobe.edu.au/~rice/lc/
http://nov55.com/cap/cap1.htm
http://www.klausrohwer.de/privat/hobbies/elektro/cmess/index.htm
http://www.spettel.de/ralf/projekte/lc-meter/
http://xavier.fenard.free.fr/LCMeter.htm
http://www.aade.com/lcm2binst/LC2Binst.htm
http://my.integritynet.com.au/purdic/lc-meter-project.htm
http://www.aade.com/lcmeter.htm
http://www.web-ee.com/Schematics/Inductance Meter/Inductance Meter.htm
(Induktivitätsmessgerät)
http://www.hw.cz/constrc/lc_metr/lc_metr_2051.html
http://www.pic101.com/mcgahee/cmeter.zip
http://earthground.8m.com/indcap.htm
http://www.talkingelectronics.com/html/CapMeter.html
http://www.mario001.de/elektronik/schaltungen/esrmeter.html
http://www.peakelec.co.uk/ (Atlas LCR Passive Component Analyser)

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

Dieter Wiedmann · Mar 4, 2006

Christian Rötzer schrieb:

Makus Grnotte schrieb:

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus. Das Problem bei
kleinen Induktivitäten ist der Induktivitätsanteil, der durch Zuleitungn
zu der Spule entsteht. Spulen im nF Bereicht sind eigentlich eher
normale Kabel.

Hm. Ich habe Zeit meines Lebens kein Oszilloskop gesehen, das auf der
X-Koordinate 200 MHz macht. Aber ich denke das ist auch nicht notwendig.
Der Blindwiderstand einer 10uH beträgt bereits bei 1.6MHz 100Ohm was
"lissajoustaugliche" Werte sind. Und weniger will ich nicht messen.
Wie ich aber dann mit der Präzision hinkommen soll, weiss ich nicht :-(

Tja, unser 'Makus' kennt halt nix anderes, und noch nichtmal das ihm
Bekannte hat er wirklich verstanden.

Lies mal das hier:
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5950-3000.pdf

Das von dir erwähnte Gerät wird wohl wie auf Seite 17 beschrieben
funktionieren, mein HP4284A machts auch so, und das Ding ist verdammt
gut.

Gruß Dieter

Makus Grnotte · Mar 4, 2006

"Christian Rötzer"

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus. Das Problem bei
kleinen Induktivitäten ist der Induktivitätsanteil, der durch Zuleitungn
zu der Spule entsteht. Spulen im nF Bereicht sind eigentlich eher normale Kabel.

Hm. Ich habe Zeit meines Lebens kein Oszilloskop gesehen, das auf der X-Koordinate 200 MHz macht. Aber ich denke das ist auch
nicht notwendig. Der Blindwiderstand einer 10uH beträgt bereits bei 1.6MHz 100Ohm was "lissajoustaugliche" Werte sind. Und weniger
will ich nicht messen.
Wie ich aber dann mit der Präzision hinkommen soll, weiss ich nicht :-(

Also erstmal benötigst du für Lissajous-messung einen Kondensator, dessen
wert du exakt kennst. Dann nimmst du halt ein paar Werte auf.
z.B. mit 800kHz 1MHz 1,2 1,4 1,8 und 2 MHz. Aus der Phasenverschiebung
errechnest du dir jeweils die Induktivität. Wenn du dann Frequenz
gegen Induktivität aufträgt, erhälst du eine Funktion bzw. eine _Gerade_.
Diese Gerade ist deine _genaue_ Induktivität. Die Gerade hat durch den
Ohmschen Realwiderstand jedoch eine geringfühige Biegung die in Richtung
Frequenz=0 Hz einer e-Funktion oder sowas in der Art ähnelt. Genau kann
ich dir das nicht sagen, weil ich für eine eigene Spulenmessung nur drei
Werte gemessen habe. Der Fehler ist durch das Rastermaß des Oszis natürlich
erstmal sehr groß, aber bei vielen Frequenzen/Messpunkten kriegt man im Mittel
einen sehr genauen Wert.

Oliver Wache · Mar 4, 2006

Christian Rötzer <invalid@technikzone.de> schrieb:

Meine Frage: Wie könnte hier das Meßprinzip sein? Oder vielleicht ganz
andere Vorschläge?

Gucke Dir doch mal die Auktion
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=5870846894 an. Dort
könntest Du vielleicht fündig werden. Ich finde aber eher dieses Gerät
klasse und empfehlenswert:
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=5873018374

CU, Oliver

Oliver Wache · Mar 4, 2006

"Makus Grnotte" <keinemailadresse@gmx.net> schrieb:

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus.

200 Mhz? Das wird aber ne teure Angelegenheit.

CU, Oliver

Stefan Huebner · Mar 4, 2006

Also erstmal benötigst du für Lissajous-messung einen Kondensator, dessen
wert du exakt kennst. Dann nimmst du halt ein paar Werte auf.
....

Und so misst Makus die Höhe seiner Bastelbutze:

http://www.familie-ahlers.de/wissenschaftliche_witze/barometer.html

Winfried Salomon · Mar 4, 2006

Hallo Christian,

Christian Rötzer wrote:

Makus Grnotte schrieb:

Was du braucht ist ein XY-Fähiges Oszilloskop und einen
Frequenzgenerator bis ca. 200 MHz Sinus. Das Problem bei
kleinen Induktivitäten ist der Induktivitätsanteil, der durch Zuleitungn
zu der Spule entsteht. Spulen im nF Bereicht sind eigentlich eher
normale Kabel.

Hm. Ich habe Zeit meines Lebens kein Oszilloskop gesehen, das auf der
X-Koordinate 200 MHz macht. Aber ich denke das ist auch nicht notwendig.
Der Blindwiderstand einer 10uH beträgt bereits bei 1.6MHz 100Ohm was
"lissajoustaugliche" Werte sind. Und weniger will ich nicht messen.
Wie ich aber dann mit der Präzision hinkommen soll, weiss ich nicht :-(

wenn Du Dir keinen Network-Analyzer leisten kannst ;-), so kann ich noch
ein Billigst-Verfahren zur Diskussion stellen, das auch nur
Sinusgenerator und Oszilloskop braucht, das hab ich mal aus einer
früheren Mail hinten drangehängt.

Das mit Genauigkeit <1% ist natürlich nicht ohne, das kannst Du mit
Oszilloskop durch scharfes Hingucken kaum erreichen, vielleicht mit
HF-Voltmeter, weil bei meinem Verfahren der (lineare) Fehler
herausfällt. Allerdings fangen gute HF-Voltmeter IMHO auch bei einigen k
Euro an, also würde ich das doch erstmal mit Scope testen. Auch mit den
parasitären Reaktanzen im Aufbau könnte es bei 1 uH schon Probleme
geben, aber das kann man vorher leicht mit Spice abschätzen.

mfg. Winfried

Hier aus einem früheren Beitrag:

Anfang===============================================================

das Thema kommt mir bekannt vor, Du hattest es schon mal früher
geschildert. Wie wäre es mit einer alternativen Meßmethode? Ich hab noch
alte Aufzeichnungen gefunden, wie man Impedanzen geringer Güte messen
könnte, allerdings nie ausprobiert. Die Anordnung ist sehr einfach:

U0 U1 U2
o------R--------R--------
|
Z
GND |
o------------------------

Als Voraussetzung gilt:

|Z|~R

Abkürzungen, Beträge der Spannungen gegen GND gemessen:

x=(U2/U0)**2
y=(U2/U1)**2

Berechnung von Z= RE[Z] + j*IM[Z]:

RE[Z]=R*(y+3*x*y-4*x) / (2*(2*x-x*y-y))
IM[Z]=+-sqrt( 4*R*x*(R+RE[Z])/(1-x) - (RE[Z])**2 )

Vorteil dieses Verfahrens ist, daß man die Phase nicht messen muß und
wenn man die 3 Spannungen im gleichen Meßbereich mißt, der Fehler des
Voltmeters herausfallen müßte. Nachteil ist, daß nur geringe Güten
gemessen werden können wegen der Quadrierungen und das Vorzeichen der
Wurzel nicht bestimmt werden kann ohne Zusatzmessung mit Scope oder so.

Der Radikand der Wurzel darf natürlich nicht negativ werden, sonst ist
der Meßfehler zu groß. Getestet habe ich dieses Verfahren nie, kann man
aber mit SPICE sehr leicht machen, hatte ich damals nicht zur Verfügung.

Ende==================================================================

Dieses Verfahren hatte ich anschließend mit Pspice getestet und es
funktionierte auch noch mit Güten von 100, wenn die beiden R gut
gematcht sind. Um zu hohe Güten zu vermeiden (Wurzel könnte negativen
Radikanden bekommen) könntest Du ja einen bekannten Widerstand in Reihe
zu L schalten. Dann bleibt nur das Einsetzen in die etwas komplizierten
Gleichungen übrig, was Du ja einem Programm überlassen kannst. Für diese
Messung brauchst Du dann einen Sinusgenerator und 1 halbwegs genaues
Spannungsmeßgerät mit hochohmigem Eingang, wie ihn die meisten
Digitalmultimeter haben.

Eine einfachere Messung beliebiger Impedanzen Z kann ich mir wirklich
nicht vorstellen.

mfg. Winfried

Christian Rötzer · Mar 4, 2006

Makus Grnotte schrieb:

Also erstmal benötigst du für Lissajous-messung einen Kondensator, dessen
wert du exakt kennst.

Dann ist's aber einfacher, Kondensator und Spule zu einem Schwingkreis
zu verdrahten und einfach dessen Resonanzfrequenz zu messen, oder? Wenn
ich jetzt noch diesen Schwingkreis zum oszillieren bringen könnte und
einen Frequenzzähler hätte, dann... hm, da war ich doch schon mal ;-).
Wie gesagt, ich möchte ein _Meßgerät_ bauen. Versuchsaufbauten habe ich
bisher auch gemacht.

Grüße

Christian

Chris Jones · Mar 4, 2006

Christian RĂśtzer wrote:

Hallo Gruppe,

Ich wĂźrde gerne ein MeĂgerĂ¤t bauen (Zeit ist vorhanden), das
InduktivitĂ¤ten im Bereich von 10uH bis 10mH miĂt. Die Genauigkeit soll
dabei <1% betragen. Also im Idealfall auch 10uH mit 1% Genauigkeit. Ein
vorhandener Serienwiderstand der Spule soll zu einer mĂśglichst geringen
VerfĂ¤lschung des MeĂergebnis fĂźhren. Typisches MeĂobjekt: 100uH,
Serienwiderstand 10Ohm. Als einfache LĂśsung ist mir bis jetzt ein
LC-Oszillator eingefallen, z.B. Colpitts, dem halt seine InduktivitĂ¤t
von auĂen angeschlossen wird. AnschlieĂende Frequenzmessung und
Umrechnung durch Mikrocontroller. Umschaltung der MeĂbereiche Ăźber
mehrere vermessene Kondensatoren.

Nun habe ich bei meinen Wanderungen durch eBay zufĂ¤llig ein MeĂgerĂ¤t
gesehen, das offensichtlich von einem engagierten Elektroniker gebaut
wird. Die angegebenen MeĂbereiche klingen interessant, da Ăźbliche
Multimeter, sofern sie denn InduktivitĂ¤ten messen kĂśnnen, minimal 1uH
auflĂśsen:

http://cgi.ebay.de/Digital-MESSGERAT-LCR-Meter-Induktivitaet-Kapazitaet-LC_W0QQitemZ5874275825QQcategoryZ12961QQrdZ1QQcmdZViewItem

Artikel: 5874275825

Er schreibt daĂ er ab 10nH miĂt, ich kann's nicht glauben, wohl eher
"nur" die AuflĂśsung.

Meine Frage: Wie kĂśnnte hier das MeĂprinzip sein? Oder vielleicht ganz
andere VorschlĂ¤ge?

GrĂźĂe

Christian

Vielleicht :
http://users.adelphia.net/~n2pk/VNA/VNAarch.html
Das Ding habe ich noch nicht selber gebaut.

Chris

Oliver Wache · Mar 4, 2006

Oliver Wache <me@privacy.net> schrieb:

Gucke Dir doch mal die Auktion
http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=5870846894 an. Dort
könntest Du vielleicht fündig werden.

Wie Du dort ja gesehn hast, wurde es von VK3BHR entwickelt und ist
hier zu bewundern:
http://www.janson-soft.de/lcmeter/lcmeter.htm

CU, Oliver

Messung (relativ) niedriger Induktivitäten

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