Negatieve capaciteit bij spoelen met kern?

[aaronstonebeat]

Geachte techneuten,

Onlangs heb ik een LCR-meter aangeschaft en ben ik verschillende gitaarelementen, bestaand en zelf gemaakt, gaan meten op zelfinductie en capaciteit. Bij het meten van de capaciteit gebeurde er iets merkwaardigs:

Ik had een spoel zonder pole pieces en magneten. Daaraan mat ik een capaciteit van 935 pF. Toen ik er één pole piece in had gedraaid, zakte de capaciteit naar 496 pF; nog één en het werd 160 pF. Bij de volgende ging de meter onder nul: -499 pF :dontgeti: Dat ging zo door tot ik bij zes pole pieces -33 nF mat.

Een zelfde negatieve capaciteit vond ik ook op oa een Mighty Might P90, dus komt het ook voor bij bestaande elementen.

Kent iemand dit verschijnsel? Komt het door verkeerd gebruik van de meter? Ik zet 'm wel uit tussen de metingen en ik ontlaad wat ik ga meten. Ik heb ook elektrolytische condensatoren in beide richtingen gemeten, maar dan verschijnt er nooit een min-teken; dus in die richting zoek ik de verklaring vooralsnog niet.
Wat betekent een negatieve capaciteit? Een spanningsbron? Ik kwam er wel achter dat de elementen die ik aan het meten was 50 Hz-brom aan het opvangen waren.

:dontgeti:

[nico verduin]

De LCR meter werkt door het pompen van een frequency door de spoel. Ik vermoed dat door het toevoegen van de poles, je een tegengestelde spanning (de spoel werkt tegen) opwekt waardoor de meter een negatief getal geeft. En wat deed de inductie?

Grappige is dat hier niet over de negatieve waarden wordt gesproken dacht ik. http://music-electronics-forum.com/t15286/

[KoenB]

Ik heb laatst de karakteristieken van een condensator en een spoel geleerd op de universiteit... en het punt is, die formules zijn puur theoretisch. In werkelijkheid heeft ELK onderdeel een capaciteit, en ELK onderdeel heeft ook een inductie. Zelfs iets simpels als een draadje dus. Jouw koperdraad heeft ook een inductie en een capaciteit. Als je een klein stukje koperdraad neemt is dit verwaarloosbaar klein... maargoed, jij wikkelt vele meters om die bobbin heen, dus dan wordt de inductie groter en groter (dit wil je ook, het is een pickup). Helaas krijgt de draad nu ook een steeds grotere capaciteit, eentje die wel degelijk mee begint te spelen! Spoelen en condensatoren kun je een beetje zien als water en vuur, ze zijn het tegenovergestelde van elkaar en werken elkaar tegen. Dit gedrag is ook nog eens frequentieafhankelijk, en aangezien de waarden van de capaciteit en de inductie niet gelijk zijn, zullen ze allebei anders reageren op een willekeurige frequentie. Die LCR meters meten meestal maar op 1 frequentie. Als je de meter op inductie zet, en bij die frequentie speelt de condensator op, dan zal de condensator de inductie tegenwerken. Zet je de meter op capaciteit, dan gebeurt precies het omgekeerde: de inductie zal de capaciteitsmeting tegenwerken.

Een oplossing tegen dit probleem zou ik even niet zo snel weten, een weerstand in serie of in parallel beinvloed de inductie en capaciteit allebei te veel, nooit 1 van de 2. Als je echt een goed idee van je frequency response wil van je pickup, dan zul je m denk ik een keertje aan een functiegenerator moeten hangen en vervolgens aan een oscilloscoop. Dan de frequentie langzaam opschroeven en steeds de output noteren...

[aaronstonebeat]

Dank voor de reacties!

Ik besef dat elke component een zekere capaciteit en zelfinductie heeft en dat de (parasitaire) capaciteit weldegelijk een rol speelt in het presteren van de spoel. Vandaar dat ik de capaciteit probeer te meten.
Ik denk dat ik me gewoon wat meer in de meettechniek moet verdiepen. 'Meten is weten, als je weet wat je meet'.

De zelfinductie van de spoel ging overigens netjes omhoog bij het toevoegen van elke pole piece. Zonder pole pieces bedroeg die 0,87 H, met 6 pole pieces 1,89 H.

Misschien moet ik de vraag anders formuleren:
Als ik mijn meter op een bepaald capaciteitsbereik zet en ik verbind de klemmen met een spoel, meet ik dan wel de capaciteit van de spoel?

Ik heb al een spoel gebouwd waarmee ik signalen kan genereren en ik heb een software-scope; daarmee wil ik inderdaad de respons bij verschillende frequenties gaan bekijken.
Maar ik wilde eerst eens zien wat ik op een 'passieve' manier aan informatie uit een spoel kan krijgen.

[cluseau]

Als ik mijn meter op een bepaald capaciteitsbereik zet en ik verbind de klemmen met een spoel, meet ik dan wel de capaciteit van de spoel?


Je meet altijd capaciteit. Zelfs je meetsnoeren vormen een capaciteit al is die klein. Als je het gedrag van je meter wilt leren kennen is het handig om met bekende onderdelen wat testjes uit te voeren. Het meten van kleine capaciteit / inductie is al gauw lastig omdat daar de omringende bedrading grote invloed heeft op je meting. Hetzelde doet zich voor bij het meten van laagohmige weerstanden. De meetbussen zelf hebben dan al een invloed op de uitkomst welke niet is te verwaarlozen.


Frans.

[aaronstonebeat]

Je meet altijd capaciteit. Zelfs je meetsnoeren vormen een capaciteit al is die klein. Als je het gedrag van je meter wilt leren kennen is het handig om met bekende onderdelen wat testjes uit te voeren. Het meten van kleine capaciteit / inductie is al gauw lastig omdat daar de omringende bedrading grote invloed heeft op je meting. Hetzelde doet zich voor bij het meten van laagohmige weerstanden. De meetbussen zelf hebben dan al een invloed op de uitkomst welke niet is te verwaarlozen.


Frans.

De meetsnoertjes zijn ook maar heel kort en in de handleiding wordt er met klem op gewezen ze niet te verlengen omdat het de meting beïnvloedt.

Toch ligt die rare negatieve capaciteit die ik meet rond de 30 nF en dat is zo'n beetje in het middengebied van het bereik.

M'n gitaarkabels meten ook zo'n 10 nF; lijkt me niet gering.

[cluseau]

M'n gitaarkabels meten ook zo'n 10 nF; lijkt me niet gering.


Capaciteit wordt bepaald door oppervlak en onderlinge afstand van de geleider en de tussenliggende materialen. Je zou een testje kunnen doen met verschillende lengte's. De verhouding zou gelijk moeten blijven.

Frans.

[aaronstonebeat]

Interessant. Net nog eens opnieuw een paar kabels doorgemeten en ik merk dat het belangrijk is goed te zoeken naar de juiste resolutie van de LCR-meter.

Kabel 1, 4 m Eurocable met neutrik-pluggen: rond 1225 pF
Kabel 2, 6 m, idem: rond 725 pF (vreemd: langere kabel, lagere capaciteit)
Kabel 3, 3 m, Klotz met neutrik-pluggen: rond 240 pF

Ik had inderdaad al goede dingen over Klotz-kabels gehoord.

Blijft het mysterie van de negatieve capaciteit die ik aan elementen met pole pieces meet.

[Yves Pexsters / TAS]

Lcr metertjes komen goed van pas als je ergens een component hebt waarvan je de waarde niet meer kan lezen. Zodra je een complexere impedantie meet, krijg je onzin als resultaat, zoals de negatieve capaciteit.
Hetgeen jij eigenlijk wil doen is meten aan een impedantie

1. met een relatief hoge serieweerstand
2. een variable zelfinductie (ijzer kern)
3. en een minuscule parasitaire capaciteit parallel aan de inductie.

Het beste totaalbeeld van het gedrag van een dergelijke complexe impedantie krijg je met een impedantiecurve, hier enkele links van studenten die een praktijkwerkje hebben gemaakt van meten aan gitaarpickups

http://online.physics.uiuc.edu/courses/phys498pom/Lab_Handouts/Electric_Guitar_Pickup_Measurements.pdf

http://online.physics.uiuc.edu/courses/phys199pom/Student_Reports/Spring03/Amy_Trent/Amy_Trent_P199POM_Final_Paper.pdf

De parallelcapaciteit kan je direct afleiden uit de resonantiefrequentie als de zelfinductie bekend is. Gezien deze laatste varieert naargelang de aangelegde spanning (permeabiliteit alnico magneetjes) moet je hier zelf ergens een norm vastleggen, bvb steeds meten bij 100 mV en de berekening compenseren voor de hoge dc serieweerstand van de spoel. Met een gewone sinusgenerator en een goeie multimeter (kleine rms stromen) heb je in principe genoeg, zowel voor een zelfinductiemeting als een resonantiekromme.

[cluseau]

Nou, pdfjes gelezen?

Gooi je LCR meter dan maar in de vlakspoeler. :makeup:


Frans.

[aaronstonebeat]

Lcr metertjes komen goed van pas als je ergens een component hebt waarvan je de waarde niet meer kan lezen. Zodra je een complexere impedantie meet, krijg je onzin als resultaat, zoals de negatieve capaciteit.
Hetgeen jij eigenlijk wil doen is meten aan een impedantie

1. met een relatief hoge serieweerstand
2. een variable zelfinductie (ijzer kern)
3. en een minuscule parasitaire capaciteit parallel aan de inductie.

Het beste totaalbeeld van het gedrag van een dergelijke complexe impedantie krijg je met een impedantiecurve, hier enkele links van studenten die een praktijkwerkje hebben gemaakt van meten aan gitaarpickups

http://online.physics.uiuc.edu/courses/phys498pom/Lab_Handouts/Electric_Guitar_Pickup_Measurements.pdf

http://online.physics.uiuc.edu/courses/phys199pom/Student_Reports/Spring03/Amy_Trent/Amy_Trent_P199POM_Final_Paper.pdf

De parallelcapaciteit kan je direct afleiden uit de resonantiefrequentie als de zelfinductie bekend is. Gezien deze laatste varieert naargelang de aangelegde spanning (permeabiliteit alnico magneetjes) moet je hier zelf ergens een norm vastleggen, bvb steeds meten bij 100 mV en de berekening compenseren voor de hoge dc serieweerstand van de spoel. Met een gewone sinusgenerator en een goeie multimeter (kleine rms stromen) heb je in principe genoeg, zowel voor een zelfinductiemeting als een resonantiekromme.

Dank, dat is weer een lekkere berg nieuwe informatie om de tanden in te zetten. Ik denk toch dat het een kwestie is van de materie zo goed mogelijk proberen te begrijpen, en dan in te kunnen zien in welke situaties het gebruik van een specifieke meter wel en niet zinvol is cq. meetresultaten correct te kunnen interpreteren.

[aaronstonebeat]

Nou, pdfjes gelezen?

Gooi je LCR meter dan maar in de vlakspoeler. :makeup:


Frans.

Ach, er zijn altijd mooiere en betere spullen. Tot dusver heb ik me altijd met een grove multimeter weten te redden, maar sinds ik zelf pickups aan het bouwen ben (ook al eens een varitone gemaakt), vraag ik me steeds meer af hoe de verschillende grootheden op elkaar inwerken. Hoe meer ik het doorzie, hoe meer ik het kan manipuleren.

En ook met eenvoudige spullen kun je een eind komen; je krijgt in ieder geval een indruk van de orde van grootte van waarden en de mate en richting waarin ze onder omstandigheden veranderen.
Zelfs als absolute waarden niet helemaal kloppen, kun je toch dingen met elkaar vergelijken.

[fredjuh]

Je kunt ook een spanningsdeler maken van je pickup met een 100k weerstand: de pickup aan de aarde en de weerstand aan de hot, er witte ruis in gooien, de boel opnemen op het knooppunt, en dan even een frequency analyzer eroverheen. Dat is m.b.v. wat gratis software zo te doen. Dan kun je daaruit de capaciteit en de zelfinductie afleiden of tenminste het product daarvan, want de wortel van dat product is de resonantiefrequentie, en met een simulatieprogrammaatje kun je dan zo de response van de pickup plotten.

[aaronstonebeat]

Klinkt als een interessante mogelijkheid, maar deze


... en een 100k weerstand met de pickup aan de aarde aan de hot ...

kan ik niet helemaal volgen.

Ik ben ook al met verschillende vormen van ruis aan het experimenteren geweest; ook dan vind ik frequentiepieken, maar die liggen nog steeds in hetzelfde 'verkeerde' gebied.

[fredjuh]

Haha das idd een kromme zin! Ik verbeter het even.:)

[aaronstonebeat]

Dank, dat ga ik 'ns proberen :ok:

[fredjuh]

Als je het zonder spanningsdeler doet krijg je waarschijnlijk een voorbijrijdende auto, wat 50Hz, je tikkende horloge, je vrouw die een magneet op de grond gooit, misschien nog een sfeervol muziekje... je weet maar nooit!:chicken:
(Dat kan alleen zonder ruisinput maar dat zeggen we niet!)

[aaronstonebeat]

Aha, dus daar gaat het om. Dan denk ik dat het weinig verschil zal maken. Ik had hier (http://www.gitaarnet.nl/forum/showthread.php?t=128334&page=7) al wat resultaten gepost; al die opnames heb ik zelf ook daadwerkelijk beluisterd en er is geen hoorbare brom of andere storende invloed.

De plaats van de resonantiepiek (rond 1000 Hz ipv tussen 2000 en 5000 Hz) voor al die pickups bezorgt me op het moment de meeste hoofdbrekens.