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Magnetischer Flussdichtekonverter

Rechnen Sie die magnetische Flussdichte zwischen Tesla, MilliTesla, MicroTesla, Gauss und NanoTesla für Sensor- und Motoranwendungen um.

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Formel

1T=104G=103mT=106muT1 T = 10⁴ G = 10³ mT = 10⁶ mu T

Wie es funktioniert

Dieser Rechner rechnet für Magnetingenieure, Sensordesigner und Physiker, die mit Magnetfeldern arbeiten, zwischen Tesla, Gauss, Millitesla, Mikrotesla und Nanotesla um. Laut SI-Broschüre (BIPM) ist Tesla die SI-Einheit der magnetischen Flussdichte: 1 T = 1 Wb/m^2 = 1 V·s/m^2 = 1 kg/ (A·s^2). Die CGS-Einheit Gauss entspricht exakt 1 T = 10.000 G. Magnetfelder erstrecken sich über 15 Größenordnungen: Nanotesla für geomagnetische Untersuchungen (Erdfeld = 25-65 uT, je nach Standort pro NOAA-WMM), Millitesla für Hall-Sensoren (Betriebsbereich 1—100 mT) und Tesla für MRT-Geräte (1,5-7 T klinisch, bis zu 45 T Forschung pro IEEE/NSF). Die magnetische Permeabilität des freien Raums mu_0 = 4*pi × 10^-7 H/m genau (2019 SI).

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Ein Hall-Effekt-Stromsensor misst den Motorphasenstrom mit einem Luftspalt von 5 mm. Berechnen Sie das erforderliche Feld für eine 100-A-Messung mit einem Sensor mit einer Empfindlichkeit von 2,5 mV/MT.

Lösung:

  1. Feld vom Draht: B = mu_0 × I/(2*pi*r) = 4*pi*10^-7 × 100/(2*pi*0,0025) = 8 mT 2,5 mm vom Mittelpunkt entfernt
  2. In Gauss umrechnen: 8 mT = 80 G = 8000 uT
  3. Hallsensorausgang: V = 2,5 mV/mT × 8 mT = 20 mV
  4. Erforderliche ADC-Auflösung für eine Genauigkeit von 0,1 A: 20 mV/1000 Schritte = 20 uV/Schritt (14-Bit-ADC bei 3,3 V = 200 uV/Schritt — marginal)
  5. Verbessern durch: Ferritkonzentrator (10-fache Verstärkung = 80 mT) oder Sensor mit geringerem Abstand oder höherer Empfindlichkeit (5 mV/mT)
  6. Überlegungen zur EMV: Streufelder von Motormagneten (10-50 mT) können den Sensor sättigen — zusätzliche magnetische Abschirmung

Praktische Tipps

  • ✓Erdfeld laut NOAA-Weltmagnetmodell: 25-65 uT (0,25-0,65 G) je nach Standort. Horizontale Komponente ~20 uT (Himmelsreferenz), vertikal 40-60 uT. Smartphones messen dies mit 3-Achsen-Magnetometern (Auflösung ~0,1 uT)
  • ✓Hallsensorbereiche gemäß Allegro/Melexis-Datenblättern: lineare Sensoren 10—200 mT (typisch), Verriegelungsschalter 5—50 mT betätigen/lösen. Die Sättigung erfolgt bei 200-500 mT. Verwenden Sie für > 500 mT magnetoresistive (AMR/GMR) Sensoren
  • ✓Sichere Exposition gemäß den ICNIRP-Richtlinien: statische Felder < 2 T für die allgemeine Öffentlichkeit, < 8 T für berufliche Zwecke. MRT-Scanner verwenden 1,5-3 T klinisch (7 T in der Forschung). Permanentmagnete überschreiten selten 0,5 T an der Oberfläche (5000 G)

Häufige Fehler

  • ✗Tesla (Flussdichte B) mit Weber (Gesamtfluss Phi) verwechseln - das sind verschiedene Größen, die durch Phi = B × A zusammenhängen. Ein 0,5 T-Feld über 0,01 m^2 = 5 MWb Gesamtfluss. Bei der Motorkonstruktion werden beide verwendet: B für Sättigungsgrenzen, Phi für die Spannungsberechnung
  • ✗Wenn Sie die Umrechnung von 1 T = 10.000 G vergessen, erhalten Sie bei Verwendung des falschen Faktors den 10.000-fachen Fehler. Gauß ist in Spezifikationen für Dauermagnete üblich (NdFeB-Oberflächenfeld 3000-5000 G = 0,3-0,5 T), Tesla ist SI-Standard
  • ✗Fehlinterpretation von Hall-Sensorempfindlichkeitseinheiten — einige spezifizieren mV/mt, andere mV/g (10x unterschiedlich). Ein 2,5-mV/mT-Sensor entspricht 0,25 mV/G. Überprüfen Sie immer die Einheiten, bevor Sie die erwartete Ausgangsspannung berechnen

Häufig gestellte Fragen

Per SI: B (Tesla) = mu_0 × mu_r × H wobei H (A/m) das treibende Feld ist, mu_0 = 4*pi × 10^-7 H/m genau, mu_r ist die relative Permeabilität (1 für Luft, 1000-10000 für Ferrit). In der Luft: B (T) = 1,257 × 10^-6 × H (A/m). B beinhaltet die Materialreaktion; H ist unabhängig vom Medium.
Laut IEEE Magnetics Society: Gauß wird weiterhin in den Datenblättern der Permanentmagnetindustrie (NdFeB- und SmCo-Spezifikationen), in der Motorkonstruktion (Luftspaltfluss in kG) und in der magnetischen Aufzeichnung (Koerzitivfeldstärke in Oe) aufgeführt. Umrechnung: 1 T = 10.000 G = 10 kG. SI bevorzugt Tesla, aber ältere Tools und Referenzen verwenden CGS-Einheiten.
Gemäß JEDEC- und Militärstandards: Die meisten ICs tolerieren < 10 mT (100 G) ohne Leistungseinbußen. Hall-Sensoren sind bei 200-500 mT gesättigt. Der Magnetspeicher (HDD, Band) kann bei Temperaturen über 5-10 mT beeinträchtigt werden. CRT-Displays (ältere Modelle) reagieren empfindlich auf > 0,5 mT. Halten Sie Magnete von empfindlicher Elektronik fern.
Erde: 25-65 uT (0,25-0,65 G) pro NOAA. Kleine Oberfläche des Gleichstrommotors: 10-100 mT (100-1000 G), 1000x stärker. Aus diesem Grund stören Motoren Magnetometer — ein Motor in 10 cm Entfernung erzeugt ein Feld von ~1 mT, das die 50 uT der Erde überfordert. Verwenden Sie eine magnetische Abschirmung oder Entfernung, um die Genauigkeit des Kompasses zu gewährleisten.

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