Induktive Wandler
Induktive Wandler arbeiten nach dem Prinzip der Änderung der Induktivität aufgrund einer messbaren Veränderung der zu messenden Größe. Zum Beispiel misst der LVDT, eine Art induktiver Wandler, die Verschiebung in Form des Spannungsunterschieds zwischen seinen beiden Sekundärspannungen. Die Sekundärspannungen sind nichts anderes als das Ergebnis der Induktion aufgrund der Flussänderung in der Sekundärspule durch die Verschiebung des Eisenstabs. Jedenfalls wird hier der LVDT kurz erklärt, um das Prinzip des induktiven Wandlers zu erläutern. Der LVDT wird in einem anderen Artikel detaillierter erläutert. Für den Moment konzentrieren wir uns auf die grundlegende Einführung in induktive Wandler.
Unser erstes Ziel ist nun, herauszufinden, wie induktive Wandler funktionieren können. Dies kann erreicht werden, indem der Fluss mit Hilfe der gemessenen Größe verändert wird, und diese veränderliche Flussänderung ändert natürlich die Induktivität, und diese Induktivitätsänderung kann in Bezug auf die gemessene Größe kalibriert werden. Daher verwenden induktive Wandler eines der folgenden Prinzipien für ihre Funktion.
Änderung der Selbstinduktivität
Änderung der gegenseitigen Induktivität
Erzeugung von Wirbelströmen
Lassen Sie uns jedes Prinzip nacheinander besprechen.
Änderung der Selbstinduktivität des induktiven Wandlers
Wir wissen sehr gut, dass die Selbstinduktivität einer Spule gegeben ist durch
Wobei,
N = Anzahl der Windungen.
R = Reluktanz des magnetischen Kreises.
Auch wissen wir, dass die Reluktanz R gegeben ist durch
Wobei, μ = effektive Permeabilität des Mediums innerhalb und außerhalb der Spule.
Wobei,
G = A/l und wird als geometrischer Formfaktor bezeichnet.
A = Querschnittsfläche der Spule.
l = Länge der Spule.
Wir können also die Selbstinduktivität variieren durch
Änderung der Anzahl der Windungen, N,
Änderung der geometrischen Konfiguration, G,
Änderung der Permeabilität
Um es zu verstehen, können wir sagen, dass, wenn die Verschiebung durch induktive Wandler gemessen werden soll, sie einen der obigen Parameter ändern sollte, um eine Änderung der Selbstinduktivität zu verursachen.
Änderung der gegenseitigen Induktivität des induktiven Wandlers
Hier verwenden Wandler, die nach dem Prinzip der Änderung der gegenseitigen Induktivität arbeiten, mehrere Spulen. Wir verwenden hier zwei Spulen zur Verdeutlichung. Beide Spulen haben ihre eigene Selbstinduktivität. Bezeichnen wir ihre Selbstinduktivität also mit L1 und L2.
Die gegenseitige Induktivität zwischen diesen beiden Spulen ist gegeben durch
Die gegenseitige Induktivität kann also durch die Veränderung der Selbstinduktivität oder durch die Veränderung des Kopplungskoeffizienten K geändert werden. Die Methoden zur Veränderung der Selbstinduktivität haben wir bereits besprochen. Der Kopplungskoeffizient hängt von der Entfernung und Ausrichtung zwischen den beiden Spulen ab. Um die Verschiebung zu messen, können wir eine Spule festlegen und die andere beweglich machen, die sich mit der Quelle bewegt, deren Verschiebung gemessen werden soll. Mit der Änderung der Entfernung bei der Verschiebung ändert sich der Kopplungskoeffizient und verursacht eine Änderung der gegenseitigen Induktivität. Diese Änderung der gegenseitigen Induktivität kann mit der Verschiebung kalibriert und die Messung durchgeführt werden.
Erzeugung von Wirbelströmen des induktiven Wandlers
Wir wissen, dass, wenn eine leitfähige Platte in der Nähe einer Spule mit Wechselstrom platziert wird, ein zirkulierender Strom in der Platte induziert wird, der als "Wirbelstrom" bezeichnet wird. Dieses Prinzip wird in dieser Art von induktiven Wandler verwendet. Was passiert eigentlich? Wenn eine Spule in der Nähe einer Spule mit Wechselstrom platziert wird, wird in ihr ein zirkulierender Strom induziert, der seinerseits seinen eigenen Fluss erzeugt, der versucht, den Fluss der Spule mit dem Strom zu reduzieren, und daher ändert sich die Induktivität der Spule. Je näher die Platte an der Spule ist, desto höher ist der Wirbelstrom und desto höher ist die Reduzierung der Induktivität und umgekehrt. Die Induktivität der Spule variiert also mit der Variation der Entfernung zwischen der Spule und der Platte. Die Bewegung der Platte kann also in Bezug auf die Induktivitätsänderung kalibriert werden, um Größen wie Verschiebung zu messen.
Echtzeit-Anwendung des induktiven Wandlers
Induktive Wandler finden Anwendung in Näherungssensoren, die für Positionsbestimmung, dynamische Bewegungsmessung, Touchpads usw. verwendet werden. Insbesondere wird der induktive Wandler für die Erkennung von Metallarten, das Finden fehlender Teile oder die Zählung der Anzahl von Objekten verwendet.
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