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Eddy_Current_Sensor.txt PCB_Spule(rad=8.8e-3,alpha=0.125,beta=3.2).jpg

Guten Tag,

ich bin Student der Elektrotechnik und muss im Rahmen meiner Masterarbeit einen Wirbelstromsensor in ANSYS simulieren.  Da ich nun mit meinem Latein am Ende bin, wende ich mich an Euch und hoffe Ihr könnt mir weiterhelfen. Also:

Problemstellung: Simulation der Dämpfung eines Wirbelstromsensors bestehend aus einer Spule mittels ANSYS.
Modell(generierung): Die Modellgenerierung erfolgte mittels des Elements plane53 in axialer Symmetrie. In diesem werden über die Real-Konstanten die geometrischen Eigenschaften der Spule eingegeben. Die Aussage der Dämpfung erfolgt in erster Linie über die Induktivität, welche vom Element selber mit dem Befehl etable, ind_elem, nmisc, 9 und der darauffolgenden Aufsummierung ermittelt wird. Als Unendlichkeitskriterium wird das Element infin110 benutzt.

Problem: Mit steigendem Abstand von Spule und Messobjekt verringert sich die Induktivität in der Spule. Dies steht im Widerspruch zur basierenden Theorie, da mit steigendem Abstand der Einfluss des erzeugten, entgegengesetztwirkenden Wirbelstromfeldes in dem Messobjekt  kleiner wird und somit die Induktivität in der Spule theoretisch größer werden sollte.

Kontrolle: Die Kontrolle der Flusslinien, sowie die qualitative Ausprägung der Felder stimmen (stimmen mit Literaturquellen optisch überein). Ebenso der berechnete ohmsche Widerstand und die Induktivität der Spule ohne Messobjekt.

Quellen: Als Grundlage für das Script dienten neben vielen Papers , die Ansys Help VM206,... und auch FEM für Praktiker 1 und  4.
Im Anhang befindet sich das APDL-Script und ein Bild der Spule. Bitte nicht wundern, dass in dieser keine Schleife ist, da die Steuerung komplett über Matlab erfolgt und an sich alles im batch-modus gerechnet wird.

Ich bin für jede Anregung und Diskussion dankbar.

Mit freundlichen Grüßen,
Robert Franz

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Mich stört etwas:

Zitat:

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ich muss einen Wirbelstromsensor simulieren

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warum steht da nicht:

Zitat:

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ich will einen Wirbelstromsensor simulieren

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Das hat etwas mit Identifikation zu tun!

Zum Problem:

Zitat:

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Mit steigendem Abstand von Spule und Messobjekt verringert sich die Induktivität in der Spule

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Das wird so stimmen, wenn es sich um ein Messobjekt aus einem Nichteisenwerkstoff handelt. Hier aber ist my_rel=100 und da sind die Verhältnisse anders.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Guten Abend Herr Schätzing,

natürlich 'muss' ich nicht den Wirbelstromsensor simulieren, sondern möchte es. Aber ich bin kein Philologe und daher bitte ich auf etwaige Formulierungsauslegungen zu verzichten. Auf jeden Fall möchte ich mich für die schnelle Antwort und die Hinterfragungsansätz recht herzlich bedanken - und das ist so gemeint wie es dasteht. 

Zum Problem:
Leider muss ich Ihnen wiedersprechen, was den Verlauf der Induktivität in Abhängigkeit der relativen Permeabilität des Messobjektes betrifft. Mir ist zwar durchaus bewusst, dass der Dämpfungseffekt in seiner Quantität von dem Material abhängt - jedoch zu keiner Veränderung der ersten Ableitung der Kennlinie führen kann. Dies wurde auch experimentell bestätigt (es tritt lediglich eine stärkere bzw. schwächere Grunddämpfung auf). Auch sind in unterschiedlichen Quellen (ich kann Ihnen diese gerne zukommen lassen) genau diese Materialien verwendet und es tritt dieser Effekt (ansteigende Induktivität bei Annäherung) nicht auf. Der zweite Grund - der gegen Ihre Theorie spricht - ist, dass bei einer bereits von mir erstellten Simulation mit einer Spule (welche eine andere Geometrie aufweist) alles wie gewünscht funktioniert. Zu der Problematik der relativen Permeabilität sollte außerdem folgender Zusammenhang bestehen:
je höher mu_r -> desto stärker das Wirbelstrommagnetfeld -> desto größer die Dämpfung des Sensormagnetfeldes in Abhängigkeit des Abstandes -> desto kleiner die Sensorinduktivität

Wenn ich mich in irgendeiner Annahme verrannt habe, bitte ich Sie, mir zu sagen wo. Wenn es Ihnen möglich ist geben Sie mir bitte irgendeine Quelle an, wo nähere Informationen zu finden sind. Wenn Sie zum Beispiel es gelesen haben, dass bei höherem mu_r das Kennlinienverhalten so stark verändert werden kann, teilen Sie mir bitte mit wo.

Mit freundlichen Grüßen,
Robert Franz

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Robert_Franz_1.pdf

hier mal ein Diskussionsbeitrag.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Guten Tag Herr Schätzing,

danke für Ihre Mühen und die Arbeit die Sie sich die viele Arbeit machen.

Leider muss ich sagen, dass ich falsch gelegen habe und Ihnen -wie so oft in diesem Forum- recht geben darf. Bei der Wirbelstrommesstechnik wirken zwei physikalische Phänomene. Das eine ist der Anstieg der Eigeninduktivität der Sensorspule und der andere die erhöhte Gegeninduktivität im Messobjekt in Abhängigkeit der relativen Permeabiltätszahl. Je nach den geometrischen Eigenschaften der Spule dominiert ein Effekt, wodurch unterschiedliche Monotonien der Sensorkennlinien entstehen. Somit lassen sich Theorie und Praxis doch wieder vereinen :-) Danke Ihnen dafür nochmals für den Hinweis wo ich zu suchen habe.

2. Problem:
Nun versuchte ich zur Kontrolle der Simulation Ihren Berechnungsweg in die Simulation einzubauen, was leider nicht funktionierte. Ich fügte folgende Codezeilen hinzu:

allsel
etable,energie,sene
ssum
*get,sumener,ssum,,item,energie
L_ansys=2*sumener/(cur_sum*cur_sum)

Wenn Sie Zeit finden, geben Sie mir bitte wieder einen Hinweis wo ich den Denkfehler habe und wenn möglich auch noch den zweiten Weg über den magnetischen Fluss an. :-)

Ich wünsche Ihnen eine schöne Woche und freue mich auf Ihre Antwort,
Robert Franz

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