Spoelen in luidsprekerfilters

Spoelen worden meestal gemeten met een LCR meter. Deze apparaten hebben vaak een (beperkt) aantal frequenties waarmee ze meten. Meestal is dat 1kHz en is er, afhankelijk van de meter, is er nog de keuze tussen 100Hz, 120Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz.

De zelfinductie van een spoel kun je met toongenerator en AC milivoltmeter meten bij elke gewenste frequentie meten. In het volgende is uitgelegd hoe je dat met een redelijke nauwkeurigheid kunt doen.

Benodigde spullen: Een toongenerator, AC millivoltmeter (universeelmeter), een weerstand en eventueel een frequentiemeter (universeelmeter).

De meting is gebaseerd op een spanningsdeler. De verhouding van de spanningen over weerstand R en spoel L is gelijk aan de verhouding van de impedanties van R en L

U_R : U_L = Z_R : Z_L

• R_R is de DC weerstand van de weerstand R, dus de ohmse weerstand
• Z_L is de impedantie van de spoel L bij de meetfrequentie (Gen)
• R_i is een (eventuele extra serie-)weerstand van de frequentiegenerator en is verder niet van belang in de meting. (zie verder onder Aandachtspunten)

De zelfinductie van de spoel is nu te berekenen uit de impedantie en de frequentie van de toongenerator Gen.

De impedantie van de spoel is:

De zelfinductie van de spoel bereken je uit de gevonden impedantie:

Dit geldt alleen als de inwendige weerstand van de spoel laag is ten opzichte van de reactantie X_L en Z_L dus bijna gelijk is aan X_L.

• Zet de toongenerator op de gewenste frequentie (bijv 100Hz) en de uitgangsspanning op ongeveer 1V.
• Meet de frequentie.
• Meet de DC weerstand van weerstand R, bijvoorbeeld met de multimeter.
• Sluit de meetopstelling aan volgens het schema.
• Meet de AC spanning over de weerstand (U_R zie schema)
• Meet de AC spanning over de spoel (U_L zie schema)
• Bereken de impedantie van de spoel uit de gemeten waarden met de formule
• Neem aan dat X_L = Z_L
• Bereken de zelfinductie van de spoel met de formule

Bij spoelen die een hoge R_DC in verhouding tot de X_L hebben moet er rekening gehouden worden met deze weerstand. In dit geval is de berekende impedantie namelijk de Z_L en niet de X_L Hierbij geldt: en aangezien X_L afhankelijk is van de frequentie waarbij gemeten wordt, is Z_L daar dus ook afhankelijk van. In formule zie je ook dat voor spoelen met een lage R_L ten opzichte van X_L de invloed van R_L klein is en dus verwaarloosd kan worden. Dan is

Extra berekeningen:

• Bereken de impedantie van de spoel uit de gemeten waarden met de formule
• Meet de inwendige weerstand van de spoel (ohmmeter)
• Bereken reactantie :
  • 
• Bereken de zelfinductie van de spoel met de formule

In verband met de nauwkeurigheid:

• Zet de uitgang van de toongenerator zo hoog dat U_R of U_L ongeveer 500mV is, maar de hoogste van de twee waarden zeer zeker niet lager is dan 200mV.
• Kies de waarde van weerstand R zo dat U_R : U_L tussen 1:1 en maximaal 1:10 is.
• Meet de spanning U zo kort mogelijk op de component, dus op de aansluitdraden van de weerstand of de spoel.
• Reken met drie significante cijfers.
• Het frequentiebereik van de multimeter in de AC-V stand is niet van belang. De meter maakt dezelfde fout bij het meten van de spanning over de weerstand en de spanning over de spoel.

Het gaat fout als…

• De spoel een te hoge inwendige DC weerstand heeft, als vuistregel mag deze maximaal 1/10 van de meetweerstand R zijn. Meet deze inwendige weerstand met de ohmmeter.
• Weerstand R een weerstand is met een hoge impedantie, bijvoorbeeld omdat deze draadgewonden is en direct naast een ijzeren keer ligt (schroevendraaier oid)
• Met heel lage spanningen meet. Als laagste waarde mag U_L of U_R liefst niet lager dan 30mV zijn.
• In de buurt van een nettrafo meet. De spoel kan dan het magnetisch veld van de trafo oppikken en dat verstoort de meting.

Algemeen:

• De DC weerstand van de spoel L en de weerstand R zijn vrij laag en zullen de uitgang van de toongenerator redelijk belasten, waardoor die spanning zakt. Als je bang bent dat de uitgang van de toongenerator stuk gaat door die belasting, zet dan een extra weerstand R_i van ca 50 ohm tussen de uitgang van de generator en weerstand R. Let op: je mag deze extra serieweerstand niet meenemen in je metingen en berekening. Je meet dus de spanning over R en niet over R+R_i