7. Kiểm thực tế: các ứng dụng cụ thể 1 Mất cân bằng
F.2.3 Cảm biến kiểu tự cảm biến đổ
Một vòng dây quấn quanh một lõi sắt từ có một độ tự cảm, L, giá trị của độ tự cảm phụ thuộc vào số vòng dây quấn, w, hệ số từ thẩm của lõi, µ, và diện tích mặt cắt ngang, A, của vòng dây quấn và của lõi. Trường hợp đơn giản, cảm biến kiểu tự cảm biến đổi có một lõi hình chữ U với một vòng dây quấn quanh lõi. Dòng điện chạy qua vòng dây tạo ra một từ thông xuyên qua lõi sắt và không khí. Mạch từ có thể gần phía trên phần ứng của sắt từ được đặt cách lõi một khoảng l, để lại một khe hở không khí gấp hai lần ngang theo từ thông. Các thiết kế khác nhau của bộ chuyển đổi phụ thuộc vào một trong các thông số w, µ, A hoặc l cần được điều khiển. Cảm biến kiểu tự cảm biến đổi được thiết kế sao cho độ tự cảm được điều khiển bằng sự thay đổi khe hở không khí, ∆l.
Từ trở tổng, Rtot, của mạch từ bằng tổng các từ trở của lõi, khe hở không khí (2l), và phần ứng: Rtot = Rcore + Rarmat + Rgap
Do các từ trở của các thành phần chứa sắt (ferro) (lõi và phần ứng) là không đáng kể so với điện trở của khe hở không khí, có thể sử dụng các mối quan hệ sau:
R = 2l/µπr2 hoặc L = kµπr2/l
Nếu phần ứng được di chuyển trên một khoảng cách, ∆l, độ tự cảm sẽ thay đổi một lượng, ∆L, bằng:
∆L = C/∆l.
Công thức này chỉ ra mối quan hệ hypebol giữa sự thay đổi của độ tự cảm, ∆L, và lượng dịch chuyển của phần ứng, ∆l. Mạch này được cấp bởi tín hiệu sóng mang dòng điện xoay chiều.
Các cảm biểu kiểu tự cảm biến đổi thể hiện một độ nhạy không thay đổi chỉ đối với một dịch chuyển rất nhỏ. Có thể đảm bảo độ nhạy không thay đổi đối với các dịch chuyển lớn hơn bằng cách sử dụng hai bộ tự cảm biến đổi tương tự đối diện nhau mắc nối tiếp về các phía đối diện của một mạch cầu Wheatstone (mạch cầu cân bằng) như thể hiện trên Hình F.8. Sự dịch chuyển của phần ứng trong khe hở làm tăng một độ tự cảm trong khi đó làm giảm độ tự cảm kia với cùng một lượng. Các bộ tự cảm được nối với các điện trở chuẩn, Rv, các tụ điện, C, để độ lớn và pha so sánh trong mạch cầu
Wheatstone nhạy pha. (sau đây gọi là "mạch tách sóng nhạy pha"). Sự dịch chuyển của phần ứng tác động đến sự cân bằng của cầu: hiệu điện thế đo được tỉ lệ với lượng dịch chuyển của phần ứng, ∆l, và nhạy với chiều chuyển động của phần ứng (tín hiệu).
Các cảm biến kiểu tự cảm biến đổi có thể được sử dụng trong các dải đo từ 0,4 mm đến 0,7 mm với độ phi tuyến tính xấp xỉ bằng 1 %.
CHÚ DẪN: 1 Lõi 2 Phần ứng
3 Đường sức từ (xuyên qua lõi, không khí và phần ứng) 4 Cuộn dây
5 Khe hở không khí
∆l Lượng dịch chuyển của phần ứng U Hiệu điện thế nguồn
UM Hiệu điện thế đo Rv Điện trở chuẩn C Tụ điện
Hình F.8 - Cảm biến kiểu tự cảm biến đổi với mạch tách sóng
(nguồn: xem Tham khảo [14], Hình vẽ trong 2.6)