Cảm biến điện cảm

Cảm biến điện cảm Cảm biến điện cảm Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Cảm biến điện cảm nhóm cảm biến làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Vật cần đo vị trí dịch chuyển gắn vào phần tử mạch từ gây nên biến thiên từ thông qua cuộn đo Cảm biến điện cảm chia ra: cảm biến tự cảm hỗ cảm Cảm biến tự cảm Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên - Cảm biến tự cảm đơn: hình 10.6 trình bày sơ đồ nguyên lý cấu tạo số loại cảm biến tự cảm đơn Hình 10.6: Cảm biến tự cảm 1) Lõi sắt từ 2) Cuộn dây 3) Phần động Cảm biến tự cảm đơn gồm cuộn dây quấn lõi thép cố định (phần tĩnh) lõi thép di động tác động đại lượng đo (phần động), phần tĩnh phần động có khe hở không khí tạo nên mạch từ hở Sơ đồ hình 10.6a: tác động đại lượng đo XV, phần ứng cảm biến di chuyển, khe hở không khí d mạch từ thay đổi, làm cho từ trở mạch từ biến thiên, hệ số tự cảm tổng trở cuộn dây thay đổi theo 1/7 Cảm biến điện cảm Sơ đồ hình 10.6b: phần ứng quay, tiết diện khe hở không khí thay đổi, làm cho từ trở mạch từ biến thiên, hệ số tự cảm tổng trở cuộn dây thay đổi theo Hệ số tự cảm cuộn dây thay đổi thay đổi tổn hao sinh dòng điện xoáy sắt từ dịch chuyển tác động đại lượng đo Xv (hình 10.6c) Nếu bỏ qua điện trở cuộn dây từ trở lõi thép ta có: Trong đó: W- số vòng dây - từ trở khe hở không khí δ - chiều dài khe hở không khí s - tiết diện thực khe hở không khí Trường hợp W = const ta có: Với lượng thay đổi hữu hạn Δd Δs ta có: (10.4) Độ nhạy cảm biến tự cảm khe hở không khí thay đổi (s=const): (10.5) 2/7 Cảm biến điện cảm Độ nhạy cảm biến tự cảm thay đổi tiết diện không khí (d = const): (10.6) Tổng trở cảm biến: (10.7) Từ công thức (10.7) ta thấy tổng trở Z cảm biến hàm tuyến tính với tiết diện khe hở không khí s phi tuyến với chiều dài khe hở không khí d Hình 10.7: Sự phụ thuộc L, Z với chiều dày khe hở không khí d Đặc tính cảm biến tự cảm đơn Z = f(Δd) hàm phi tuyến phụ thuộc tần số nguồn kích thích, tần số nguồn kích thích cao độ nhạy cảm biến cao (hình 10.7) - Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai: Để tăng độ nhạy cảm biến tăng đoạn đặc tính tuyến tính người ta thường dùng cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai (hình 10.8) 3/7 Cảm biến điện cảm Hình 10.8: Cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai Đặc tính cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng hình 10.9 Hình 10.9: Đặc tính cảm biến tự cảm kép lắp vi sai Cảm biến tự cảm có lõi từ di động Cảm biến gồm cuộn dây bên có lõi từ di động (hình 10.10) Hình 10.10: Sơ đồ nguyên lý cảm biến tự cảm có lõi từ 1) Cuộn dây 2) Lõi từ Dưới tác động đại lượng đo XV, lõi từ dịch chuyển làm cho độ dài lf lõi từ nằm cuộn dây thay đổi, kéo theo thay đổi hệ số tự cảm L cuộn dây Sự phụ thuộc L vào lf hàm không tuyến tính, nhiên cải thiện cách ghép hai cuộn dây đồng dạng vào hai nhánh kề sát cầu điện trở có chung lõi sắt Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo cảm biến hỗ cảm tương tự cảm biến tự cảm khác chỗ có thêm cuộn dây đo (hình 10.11) 4/7 Cảm biến điện cảm Trong cảm biến đơn chiều dài khe hở không khí (hình 10.11a) tiết diện khe không khí thay đổi (hình 10.11b) tổn hao dòng điện xoáy thay đổi (hình 10.11c) làm cho từ thông mạch từ biến thiên kéo theo suất điện động e cuộn đo thay đổi - Cảm biến đơn có khe hở không khí: Từ thông tức thời: i - giá trị dòng điện tức thời cuộn dây kích thích W1 Hình 10.11: Cảm biến hỗ cảm 1) Cuộn sơ cấp 2) Gông từ 3) lõi từ di động 4) Cuộn thứ cấp (cuộn đo) Sức điện động cảm ứng cuộn dây đo W2: W2 - số vòng dây cuộn dây đo 5/7 Cảm biến điện cảm Khi làm việc với dòng xoay chiều i=Imsinωt, ta có: giá trị hiệu dụng suất điện động: I - giá trị hiệu dụng dòng điện Với giá trị W2, W1, μ0, ω I số, ta có: Hay (10.8) Độ nhạy cảm biến với thay đổi chiều dài khe hở không khí δ (s = const): (10.9) Còn độ nhạy tiết diện khe hở không khí s thay đổi (δ = const): (10.10) 6/7 Cảm biến điện cảm - sức điện động hỗ cảm ban đầu cuộn đo W2 XV = Ta nhận thấy công thức xác định độ nhạy cảm biến hỗ cảm có dạng tương tự cảm biến tự cảm khác giá trị E0 L0 Độ nhạy cảm biến hỗ cảm Sd SS tăng tần số nguồn cung cấp tăng - Cảm biến vi sai: để tăng độ nhạy độ tuyến tính đặc tính cảm biến người ta mắc cảm biến theo sơ đồ vi sai (hình 10.11d,đ,e) Khi mắc vi sai độ nhạy cảm biến tăng gấp đôi phạm vi làm việc tuyến tính mở rộng đáng kể - Biến vi sai có lõi từ: gồm bốn cuộn dây ghép đồng trục tạo thành hai cảm biến đơn đối xứng, bên có lõi từ di động (hình 10.12) Các cuộn thứ cấp nối ngược với cho suất điện động chúng triệt tiêu lẫn Hình 10.12: Cảm biến hỗ cảm vi sai 1) Cuộn sơ cấp 2) Cuộn thứ cấp 3) Lõi từ Về nguyên tắc, lõi từ vị trí trung gian, điện áp đo Vm đầu hai cuộn thứ cấp không Khi lõi từ dịch chuyển, làm thay đổi mối quan hệ cuộn sơ cấp với cuộn thứ cấp, tức làm thay đổi hệ số hỗ cảm cuộn sơ cấp với cáccuộn thứ cấp Khi điện trở thiết bị đo đủ lớn, điện áp đo Vm gần tuyến tính với hiệu số hệ số hỗ cảm hai cuộn thứ cấp 7/7 ... 3/7 Cảm biến điện cảm Hình 10.8: Cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai Đặc tính cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng hình 10.9 Hình 10.9: Đặc tính cảm biến tự cảm kép lắp vi sai Cảm biến tự cảm. .. 6/7 Cảm biến điện cảm - sức điện động hỗ cảm ban đầu cuộn đo W2 XV = Ta nhận thấy công thức xác định độ nhạy cảm biến hỗ cảm có dạng tương tự cảm biến tự cảm khác giá trị E0 L0 Độ nhạy cảm biến. .. (10.4) Độ nhạy cảm biến tự cảm khe hở không khí thay đổi (s=const): (10.5) 2/7 Cảm biến điện cảm Độ nhạy cảm biến tự cảm thay đổi tiết diện không khí (d = const): (10.6) Tổng trở cảm biến: (10.7)