Meten inductie onbekende spoel met scoop

LetterHenk

Golden Member

- Aanleiding
Ik wilde een spoeltje meten met mijn van Dijken LC-meter. Die gaf geen waarde aan. Ik dacht dat de spoelwaarde buiten het meetbereik lag. Later bleek dat de meter in L modus eerst met kortgesloten terminals moet kalibreren, maar goed. Ik was al met onderstaande begonnen. Erg leerzaam en leuk om te doen.

- Methode
Hoe meet ik dan de inductie van een onbekende spoel? Een nauwkeurigheid van 5% à 10% is voor mij voldoende. Een ander uitgangspunt is dat het moet kunnen met de (al dan niet beperkte ) middelen in mijn lab. Een Tektronix 465b en een analoge signaalgenerator van Krohn-Hite.

Ik kwam op één van mijn favoriete youtube kanalen (W2aew) een filmpje tegen waar de resonatiefrequentie van een LC-kring wordt gemeten door er een blokgolf met snelle flanken op los te laten. Dan kan je de frequentie meten van de ringing die ontstaat. Door een condensator met een bekende waarde te gebruiken in de LC-kring kan je samen met de gemeten frequentie de inductie berekenen met deze formule.
L=\frac{1}{(2.\pi.f)^2.C}
Het leek mij een haalbare en leerzame methode, dus ik maakte ook een testprintje om DUT's in te prikken. Voor de blokgolf(10kHz) gebruik ik een functiegenerator. Ik heb de flanksnelheid niet bepaalt, maar die is volgens de specs van de generator minder dan 30ns.
Niet in de buurt van de 2ns van de TDR die in de video wordt gebruikt, ik weet niet hoeveel invloed dat heeft op deze toepassing .
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-probe2.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-fixture-oz.jpg
- Vraag
In het filmpje is te zien dat er nogal wat energie verloren gaat in de kring, de gevoeligheid van de scoop moet flink opgedraaid worden. Zo ook bij mij, echter ik krijg met mijn scoop toch niet de resolutie uit het filmpje. Ik meet met een 10x probe en een extra kort massadraadje.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-probe1.jpg
Met deze golfvorm is de frequentie aardig af te lezen, maar je mist een behoorlijk stuk resolutie. De vertikale gevoeligheid wordt zo niet goed benut. De metingen van de spoeltjes die ik heb gestest komen behoorlijk in de buurt van van de LC-meter aangeeft. Maar afwijkingen van 20% zijn niet vreemd, dat kan beter.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-10x-direct.jpg
Dus ik dacht, ik ga dat signaal wat opkrikken met de PM5171 meetversterker van Philips. Kan ik die ook eens gebruiken :). Met een gain van 20dB geeft dat het onderstaande rommelige resultaat. Wat zie ik hier? Een soort van reflectie en veel ruis. Er gaat iets mis met het meten in ieder geval.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-10x-amp-20db.jpg
Aangezien ik bovenstaande niet opgelost kreeg bedacht ik me dat ik ook een 1X probe heb. Ik dacht zo'n klein signaal eerst 10x verzwakken lijkt ergens ook niet zo handig. En met resultaat. Daarmee krijg ik de ringing veel beter te zien. Ook zonder versterking meer dan genoeg resolutie om nauwkeuriger te meten.
De spoelwaarden die ik nu bereken komen binnen de 2% van wat de LC-meter er van maakt. Een veel beter resultaat, vooral omdat ik de frequentie zo een stuk zuiverder kan bepalen.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-1x-direct.jpg
Daarna dacht ik dat het rommelige signaal misschien door de meetversterker zelf komt. Om dat te testen heb ik het 1x probe signaal ook door de PM5171 gehaalt met 10dB gain.
Niets aan de hand, geen ruis, geen vreemde reflectie. Strak beeld. En nog meer resolutie.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-1x-amp-10db.jpg

Wat gaat er mis met de meting met de 10x probe?. Of is dit nu typisch een voorbeeld waarbij het gebruik van de 1x probe inderdaad de oplossing is?

Lange post, maar misschien kan ik zo ook andere mensen enthousiast maken voor het back-to-basics handwerk. En laten zien dat je met redelijk beperkte middelen toch dingen voor elkaar krijgt.
Voor mij in ieder geval leuk en leerzaam.

Action expresses priorities LH

@Letterhenk: Wat meer info over componentwaarden en frequentie zou wel fijn zijn. En heeft de blokgolfgenerator ook een snelle daaltijd (zodat je om de 50 us een "aanslag" hebt)? Als ik het goed zie dan staat de tijdbasis op 2 us/div, of is het zelfs 5 us/div? De oscillatie lijkt mij dan nog lang niet uitgedempt als de volgende "aanslag" komt. Dat zou je terug moeten vinden als variatie in amplitude en fase in je opvolgende traces **, want blokgolffrequentie en oscillatiefrequentie zijn ongerelateerd.
Jammer dat de 465(B) in delayed mode geen "B starts after trigger" kent. Anders zou je gemakkelijk kunnen nagaan of de ruis gewoon opgepikte brom is. Hangt de ruis (niet) af van de blokgolfamplitude?

** Edit: Bij het opstarten zal dit zeker zo zijn, maar ik heb er niet aan gedacht dat de golfvorm snel kan stabiliseren naar een vast patroon.

blackdog

Golden Member

Hi, :-)

Je bent goed bezich LetterHenk!

De onrust die je op het signaal ziet is waarschijnlijk brom...
Zet je tijdbasis maar eens zo dat je de 50Hz goed kan zien, trigger op de netfrequentie.

Het probleem kan commonmode zijn van b.v. je meetversterker, maar ook dat je scoop probe toch niet helemaal afgeschermd genoeg is.
Zorg dat je het brom signaal goed in beeld heb en raak dan de de probe op verschillende manieren aan.
Kijk of hiermee het bromsignaal meer of minder wordt.

Ik gebruik vaak een stukje metaal onder mijn testomstelling als afscherming die aan massa wordt verbonden van mijn te testen schakeling.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Op 30 augustus 2018 12:05:02 schreef LetterHenk:
Niet in de buurt van de 2ns van de TDR die in de video wordt gebruikt, ik weet niet hoeveel invloed dat heeft op deze toepassing .

Je gebruikt de scherpe flank om de boel aan te slingeren. Als je eigenfrequentie te hoog is dan zal dat niet lukken met de langzamere puls. Dan heb je gewoon een LC laagdoorlaat filter... Dus: als het werkt heeft het GEEN invloed op de meting.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Ha LetterHenk,

Goed bezig leerzaam best wel alleen de methode beveel ik niet aan.
Wat gaat er allemaal mis |:( je heb een spoeltje gepakt en dat is nu net een rf choke dat is niet fijn.
Dan je stap die duurt veel te lang 30nS dan zie geen puls antwoord allen bij een hele lange vertraging.
Voor de detector is je probe 10x in sommige situaties bruikbaar maar fijn is het niet.
Je meetversterker heeft een bandbreedte van 3MHz dat is voor kleine inducties te krap.
Probeer eens een echte spoel en niet een choke.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
LetterHenk

Golden Member

Bedankt voor de positieve reacties :)

Voor de duidelijkheid heb ik een aantal verschillende (soorten en waarden) spoeltjes getest en de uitkomsten op een rijtje gezet.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-2-duts.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-meting2.jpg

Ik volg de volgende werkwijze. Eerst draai ik de tijdbasis terug naar een aantal periodes van de blokgolf om te kijken of ringing mooi uitdempt en de de blokken niet te kort zijn. Bij de meeste metingen heb ik zo'n 6kHz gebruikt. Voor de de grotere spoeltjes ga ik terug naar ± 1kHz. Triggeren gebeurt op de blokgolf zelf.
rew geeft al antwoord op de vraag of een 'trage flank' problematisch is. Nee dus. Als de tank ringelt is het snel genoeg. Waarvan akte.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-ringing1.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-ringing2.jpg
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-ringing3.jpg
Ik draai daarna de tijdbasis zover op dat ik maximaal gebruik kan maken van het raster. Het liefst 1 of 2 periodes in beeld. Dan lees/bereken ik de frequentie.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spoelmeten-meting1.jpg

Wat de rommel met de 10x probe (Tek P6109,150MHz) betreft, daar heb ik 2 van. Met de andere krijg ik hetzelfde resultaat. Ook heb ik het met een stel omschakelbare chinese probes getest. Op de 1x stand werkt het perfect, met en zonder meetversterker. Op 10x zonder versterker geeft te weinig nauwkeurig beeld (amplitude) en met de meetversterker geeft het rommelbeeld. Aanraken van diverse punten veranderd niets aan het beeld. Ik denk dat er in het algemeen teveel zooi wordt opgepikt in verhouding tot het 10x verzwakte signaal. De meetversterker neemt dit natuurlijk allemaal lekker mee, voorzover het in de bandbreedte past.
Mijn conclusie: een 10x probe is niet geschikt voor deze meting.

Hieronder het lijstje met meetuitkomsten. Ik heb dus een aantal verschillende spoeltjes 'geprobeerd' met twee condensatoren.
De verschillen zitten allen onder de 10%, wat ik best netjes vind.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/spretsjiet.png

Een leerzaam 'projectje' alhoewel ik voor een 'snelle' meting toch de van Dijken meter erbij zal pakkken :). Het is goed om te weten dat het ook anders kan. En de theoretische basisbeginselen leren kennen maken het voor mij juist leuk.
Het uitzoeken wat er nou misgaat met de meetversterker en de 10x probe valt een beetje buiten dit draadje en ga ik een andere keer doen.

Action expresses priorities LH

Waarom niet gewoon een BNC connector erbij solderen voor de scope aansluiting?

LetterHenk

Golden Member

Dat kan ik eens uitproberen, interessante tip. Het valt uit te proberen.
Echter heb ik altijd begrepen dat een oscilloscoop probe niet zomaar een stuk coax met een tip is. Ook de 1x probes niet. Het is een zorgvuldig gematchte impedantie. Er is een behoorlijk uitgebreide video van Dave op youtube te zien.
https://www.youtube.com/watch?v=OiAmER1OJh4

Action expresses priorities LH

Ik heb het nagespeeld met zo'n ringkernspoel, 110 uH bij 1 kHz, 10 nF parallel en 10 pf koppeling, ringel maximaal op ongeveer 10 mV piek-piek. Scoop plugin op uiterste gevoeligheid, 5 mV/div. Met omschakelbare 1X/10X probe wanhoop op 10X, verziekt door brom. Met P6109B stuk beter maar ook nog niet echt fijn.
Overgestapt op andere scoop met 7A26 (blok en trigger) en 7A13 (ringel). De 7A13 gaat tot 1 mV/div en heeft BW schakelaartje full/ 1 MHz. Probes P6109B. Merkwaardig genoeg bij deze configuratie geen storende brom, maar wel hoogfrequente ruis. De ruis werd minstens gehalveerd bij BW op 1 MHz. Ook bij full BW prima bruikbaar om op het oog de frequentie te bepalen.
Ik heb wel vaker gemerkt dat het werken met een X10 probe voor dit soort toepassing de ene keer probleemloos gaat en de andere keer totaal niet.

Op 31 augustus 2018 21:42:52 schreef LetterHenk:
Dat kan ik eens uitproberen, interessante tip. Het valt uit te proberen.
Echter heb ik altijd begrepen dat een oscilloscoop probe niet zomaar een stuk coax met een tip is. Ook de 1x probes niet. Het is een zorgvuldig gematchte impedantie.
https://www.youtube.com/watch?v=OiAmER1OJh4

Dat is het nochtans wel... maar het reageert niet als een transmissielijn (die een karakteristieke impedantie heeft). daarvoor is ze bewust kort gehouden en blijft het dus een afgeschermde draad met parallelcapaciteit. Hoeveel staat er meestal opgedrukt. een extra BNC verhoogt die capaciteit.

Bij 1:10 heb je idd gematchte deling door impedantie's (weerstanden met C'tjes parallel waarvan minstens één regelbaar is )

Frederick E. Terman

Golden Member

Het is leuk deze experimenten te volgen.
Je kunt op deze manier soms zelfs een sluiting in de spoel vinden, zelfs als maar enkele windingen sluiting vertonen. Het uitslingeren ziet er dan nl. veel lelijker uit, door allerlei bijkomende parasitaire resonanties in de circuits gevormd door de kortgesloten windingen.

Op dit plaatje (uit de beginpost) lijkt het of we gewoon naar 50 Hz brom zitten te kijken die de afgebeelde sinus op en neer bewogen heeft:

Een plaatje als het onderstaande kun je weleens krijgen door een resonantie van het 10:1 verzwakkercircuit in de probe in combinatie met bijvoorbeeld het aardleidinkje. Maar er was toch een korte aardclip gebruikt? Of hier toevallig niet?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
LetterHenk

Golden Member

Hallo FET,
Ik had je post over het hoofd gezien.
Op het eerste plaatje staat wel degelijk het begin van de uitslingering. Gemeten met een 10X probe en kort aarddraadje. Maar dan wel door de meetversterker versterkt met 20dB. De sinus is dus geen 50Hz, je kan op de foto in de post ook ziet dat de tijdbasis op 1us staat. Waarom het er zo uitziet weet ik nog steeds niet. Het signaal lijkt wel 3voudig.

Het tweede plaatje is dan juist weer wel met de 1X probe gedaan met een 'normaal ' groundclipje. Het is een schroeftip, ik kan daar geen kort clipje op zetten. Het is helemaal aan de start van de uitslingering.

Action expresses priorities LH