Störspannungen an der bipolaren Elektrode

Die messtechnische Ermittlung der Störspannung mit dem externen Verstärker liefer-te sehr zufriedensliefer-tellende Ergebnisse für die diskreliefer-ten Frequenzen von 420 Hz, 1033 Hz, 6930 Hz und 14900 Hz. Für die Frequenzen 16⅔ Hz und 50 Hz wurde kein sinusförmiger Verlauf der verstärkten Störspannung am Oszilloskop beobachtet. Ob-wohl die Messungen in der EMV-Kammer stattfanden, war es möglich, den Einfluss des 50-Hz-Störfeldes in den Ergebnissen nachzuweisen.

Durch die Filterung des Messsignals konnten zwar die Störungen für die Messungen oberhalb von 50 Hz herausgefiltert werden, jedoch für 16⅔ Hz und 50 Hz war eine Trennung von Nutz- und Störsignal mit dem Eingangsbandpass des Verstärkers nicht zu erreichen. Erschwerend kam hinzu, dass bei einer magnetischen Induktion von 0,95 mT für 16⅔ Hz und 50 Hz nur sehr kleine Störspannungen in den bipolaren Elektroden induziert werden.

Abb. 6.4 zeigt den interpolierten Verlauf der induzierten Störspannung in die drei Elektroden bei einer elektrischen Leitfähigkeit von 0,2 S/m und einer magnetischen Flussdichte von B = 50 µT.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

f in Hz Uss in mV

Uss15 Uss31 Uss60

Abb. 6.4 Interpolierte Störspannungen an den bipolaren Elektroden zwischen 420 Hz und 14900 Hz

Der grafische Verlauf der Störspannung zeigt eindeutig, dass es sich bei der Ein-kopplung in die bipolare Elektrode um eine nichtlineare Frequenzabhängigkeit han-delt. Außerdem ist die Störspannungseinkopplung in die kürzeste HSM-Elektrode am größten. Die Einkopplungen in die 31-mm- und 60-mm-Elektrode sind nach Abb. 6.4 annähernd gleich, wobei die induzierte Spannung in der 60-mm-Elektrode etwas klei-ner ist. Grund hierfür könnte der in Kapitel 5.3.2 beschriebene mechanische Aufbau der Elektroden sein.

Betrachtet man aber z. B. die Störspannungseinkopplung, gemessen mit der integ-rierten Messschaltung, zeigt sich bei 0,8 S/m und niedrige Frequenzen von 16⅔ Hz und 50 Hz die eigentlich erwartete Abhängigkeit der Störspannung vom Abstand des Elektrodentips zum Elektrodenring.

Dies lässt die Vermutung zu, dass der Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit zwi-schen den diskreten Frequenzschritten 50 Hz und 420 Hz erst zum Tragen kommt und somit eine Veränderung der induzierten Störspannung bewirkt.

In Tab. 6.3 sind die mit der integrierten Messschaltung ermittelten Störspannungen bei 0,8 S/m dargestellt. Steigt die Frequenz weiter an, stellt sich die gleiche Tendenz wie in Abb. 6.4 ein. Die in die 15-mm-Elektrode induzierte Störspannung ist am größ-ten, gefolgt von der 31-mm- und der 60-mm-Elektrode.

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Tab. 6.3 Störspannung an den bipolaren Elektroden bei einer elektrischen Leitfä-higkeit der NaCl-Lösung von 0,8 S/m

f [Hz] B [mT] Uss15 [mV] Uss31 [mV] Uss60 [mV]

16⅔ 4,40 0,026 0,050 0,097

50 4,40 0,142 0,277 0,430

400 2,20 3,39 3,66 3,00

1000 1,10 10,10 11,1 8,80

5000 0,275 58,50 52,00 48,10

In den Messergebnissen, die mit der externen Messschaltung ermittelt worden sind, ist diese Tendenz schon ab 420 Hz deutlich zu beobachten. Für die integrierte Mess-schaltung tritt dieses Phänomen erst bei 5000 Hz auf, wobei schon ab 400 Hz kein Bezug zwischen dem Abstand der Anode und Kathode der jeweiligen Elektrode zur Störspannung besteht. Aus den anderen Messungen für die verschiedenen Leitfähig-keiten ist der Zusammenhang zwischen Abstand und induzierter Störspannung nicht ersichtlich. Dass die induzierte Spannung in der 15-mm-Elektrode am größten ist, kann jedoch in jeder Messreihe beobachtet werden.

In Abb. 6.5 sind zur Veranschaulichung die induzierten Störspannungen bei 14900 Hz für die drei Elektroden in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit dargestellt. Daraus wird wiederum ersichtlich, dass die Störspannung an der 15-mm-Elektrode am größten ist und die Störspannungen der 31-mm- und der 60-mm-Elektrode einander gleichen.

200 300 400 500 600 700 800

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

elektrische Leitfähigkeit in S/m Uss in mV

Uss15(14900Hz) Uss31(14900Hz) Uss60(14900Hz)

Abb. 6.5 Induzierte Störspannung bei 14900 Hz für die drei Elektroden in Abhän-gigkeit der elektrischen Leitfähigkeit

Weiterhin kann ein Zusammenhang mit dem beschriebenen Verminderungsfaktor erkannt werden, welcher einen ähnlichen Verlauf aufweist. Dieser spiegelt ebenso die Tendenz wieder, dass die Störspannung für noch höhere Leitfähigkeiten der NaCl-Lösung wahrscheinlich einem Endwert entgegenstreben wird.

Der sehr starke Abfall der induzierten Spannung zwischen einer Leitfähigkeit von 0,2 S/m und 0,4 S/m um fast die Hälfte zeigt am eindrucksvollsten den Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit der umgebenden NaCl-Lösung. Dieser Effekt kann mit jeder bipolaren Elektrode bei beliebiger Frequenz und magnetischen Flussdichte nachge-wiesen werden. Eine Messung der induzierten Spannung in deionisiertem Wasser, also bei einer elektrischen Leitfähigkeit kleiner 300 µS/m, konnte nicht durchgeführt werden, da der Eingangswiderstand durch das sehr hochohmige Wasser eine Mes-sung unmöglich machte.

Eine Bewertung der erzielten Messergebnisse ist umso einfacher, wenn das gleiche Ergebnis mit unterschiedlichen Versuchsaufbauten und Messschaltungen erreicht werden kann. Deshalb soll im Folgenden ein Vergleich der gemessenen Störspan-nungen mit den zwei Messschaltungen stattfinden. Dafür wurden die Messergebnis-se der integrierten Messschaltung für die 15-mm-Elektrode bei einer elektrischen Leitfähigkeit von 0,2 S/m auf eine magnetische Flussdichte von B = 250 µT umge-rechtet und mit denen der externen Messschaltung verglichen.

Die grafische Darstellung der Ergebnisse in Abb. 6.6 zeigt eine sehr gute Überein-stimmung. Somit kann festgestellt werden, dass der Einfluss der elektrischen Leitfä-higkeit auf die induzierte Spannung mit unterschiedlichen Versuchsaufbauten ge-messen und dadurch die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse deutlich gemacht werden konnte. Die sehr gute Übereinstimmung der Messwerte kann ohne weiteres auch mit den Ergebnissen der anderen bipolaren Elektroden nachgewiesen werden.

0 50 100 150 200 250

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

f in Hz Uss in mV

Uss15(M1) Uss15(M2)

Abb. 6.6 Vergleich der Ergebnisse der induzierten Störspannung der zwei Mess-schaltungen für die 15-mm-Elektrode bei einer elektrischen Leitfähigkeit von 0,2 S/m und einer magnetischen Flussdichte von B = 250 µT

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