Spektrometer für magnetische Induktionsspektroskopie (MIS)

In diesem Projekt wollen wir einen 2-Kanal-Spektrometer für magnetische Induktionsspektroskopie (MIS) für den Audio-Frequenzbereich bauen.

Wir sind Rolf Klug und Jürgen Herre, unterstützt von Reinhold Flock und Michl Tresp.

Die Anordnung besteht aus insgesamt 3 Spulen (einer Erregerspule und 2 Messspulen), die magnetisch durch einen E-Kern mit 3 Schenkeln so gekoppelt sind, dass der Magnetische Fluss der Erregerspule je hälftig aufgeteilt wird und getrennt durch je eine der Messspulen geleitet wird. In diesen beiden magnetischen Kreisen befindet sich jeweils unmittelbar vor der Messspule ein "Luftspalt, in den die zu messenden Proben eingesetzt werden, deren magnetisches Resonanzverhalten vergleichend untersucht werden soll.Zur Speisung der Erregerspule soll der Soundausgang eines PCs oder Notebooks o.ä. verwendet werden, damit man mit beliebigen Audio-Dateien das Magnetfeld erzeugen kann.

Zur Messwerterfassung sollen ebenfalls übliche Audio-Recorder, wie z.B. 2 Mikrofon-Eingänge von PCs oder Notebooks verwendet werden, damit man die Messdaten mit üblicher Software oder auch mit eigens programmierter Software auswerten kann.

Zum Projekt gehört auch der Test bzw. die Eichung der Symmetrie der beiden Messkreise.

Im Projekt sollen die mechanischen, elektrischen und magnetischen Dimensionen experimentell variiert und geeignet festgelegt werden, mit dem Ziel, möglichst kostengünstige, handelsübliche Komponenten zu verwenden und diese anzupassen und zu kombinieren.

Logbuch:

15.08.2023, Rolf Klug:

Unsere bisherigen Ideen und Recherchen bzgl. geeignetem Material ergab:

Idee: Verwendung von Kopfhörer- oder Mikrofon-Spulen und Kombination mit einem mechanisch passenden E-Kern. Grund: Das wäre von vorn herein bzgl. Impedanz (Strom, Spannung, Leistung) kompatibel mit den Ein-/Ausgängen von Notebooks. Wir haben 2 Kopfhörerspulen und 1 Sprechfunk-Mikrofonspule seziert/freigelegt und erkannt, dass die Spulen für uns nicht handhabbar sind, weil der Draht zu dünn ist. => Idee verworfen.

Idee: Verwendung von Relais-Spulen in Kombination mit einem geeigneten Kern, wenn man einen passenden findet. Grund: Standard-Bauteil, Leistung könnte kompatibel sein. Wir haben ein Signal-Relais zerlegt und die Spule herausgebaut. Der Relais-Kern ist so nicht verwendbar. Der Draht ist dünn, aber doch handhabbar. Der Schacht für den Kern ist nur 2,3 x 5,3 mm groß. Wir vermuten, keinen passenden Kern zu finden. => Idee verworfen.

Idee: ~~Kauf~~Verwendung von Relais/Schütze vom früheren Schaltschrankbau oder Klingel-Spulen oder Elektromagnetische Aktuatoren. Diese Spulen sind etwas größer, als das o.g. Signal-Relais. Diese Ideen wurden noch nicht weiter verfolgt. Evtl. nehmen wir das später nochmal auf.

Idee: Verwendung eines kleinen Drehstrom-Trafos. Entsprechende Modifikation des Kerns und der Spulen. Ein geblechter Kern wäre ausreichend für Audio-Frequenzen (es braucht nicht Ferrit zu sein). Recherche-Ergebnis: Der kleinste, verfügbare Drehstrom-Trafo hat 100 VA. Das übersteigt unsere Leistung immer noch um den Faktor 300. Unsere Leistung wird im Bereich von 200-400 mW sein. => Idee verworfen.

Breite: 120 mm, Gewicht: 1,75 kg
https://www.reichelt.de/drehstromtrenntrafo-100va-400-12v-ttf-dte-100-12-p288275.html

Idee: Verwendung eines Trafos mit 3 Schenkeln aus dem Lehrmittel-Bedarf für Schulen. Der Kern hat ca. die selbe Größe, wie der o.g. Drehstrom-Trafo, und ist damit auch von der Leistung her zu groß. => Idee momentan verworfen.
Wir würden diese Idee wieder aufgreifen, wenn wir einen Audio-Verstärker verwenden würden, um die Versuche mit höherer Leistung zu machen.

Kern-Querschnitt: 20 x 20 mm

https://www.pasco.com/products/lab-apparatus/electricity-and-magnetism/coils-and-cores/sf-8617

Idee: Verwendung von Ferritkernen (EI oder EFD) und passenden Spulenkörpern. Bearbeitung des Kerns für den Luftspalt, Bearbeitung des Spulenkörpers, damit die Mess-Spulen auf die Außenschenkel passen. Wicklung der Spulen mit lackiertem Kupferdraht, ca. 0,16 mm Durchmesser.