誘導型変換器

インダクティブトランスデューサは、測定対象の量に変化があると誘導性が変化する原理に基づいて動作します。例えば、LVDT（一種のインダクティブトランスデューサ）は、その二次電圧間の電圧差によって変位を測定します。二次電圧は、鉄棒の変位による二次コイル内の磁束の変化によって生じる誘導の結果です。ともかく、ここではインダクティブトランスデューサの原理を説明するためにLVDTについて簡単に述べます。LVDTについては別の記事で詳しく説明します。現時点では、インダクティブトランスデューサの基本的な紹介に焦点を当てましょう。

まず最初に、インダクティブトランスデューサがどのようにして動作するかを見つけることが目的です。これは、測定値によって磁束を変えることで行うことができます。この磁束の変化は当然誘導性を変化させ、この誘導性の変化は測定値で校正することができます。したがって、インダクティブトランスデューサは以下のいずれかの原理を使用して動作します。

1. 自己誘導性の変化

2. 相互誘導性の変化

3. 渦電流の生成

それぞれの原理を順番に説明しましょう。

インダクティブトランスデューサの自己誘導性の変化

私たちはよく知っていますが、コイルの自己誘導性は以下の式で与えられます。

ここで、
N = 回路数
R = 磁気回路の磁気抵抗

また、磁気抵抗Rは以下の式で与えられます。

ここで、μ = コイル内および周囲の媒質の有効透磁率。

ここで、
G = A/l と呼ばれ幾何学的形状係数。
A = コイルの断面積。
l = コイルの長さ。

したがって、自己誘導性は以下の方法で変化させることができます。

• 回路数Nの変更

• 幾何学的構成Gの変更

• 透磁率の変更

理解のために言えば、インダクティブトランスデューサで変位を測定する場合、それは上記のパラメータのいずれかを変更することで自己誘導性を変化させるべきです。

インダクティブトランスデューサの相互誘導性の変化

ここでは、相互誘導性の変化の原理に基づいて動作するトランスデューサは複数のコイルを使用します。理解のためにここでは2つのコイルを使用します。両方のコイルには自己誘導性があります。それらの自己誘導性をL1 および L2 と表記します。

これらの2つのコイル間の相互誘導性は以下の式で与えられます。

したがって、相互誘導性は自己誘導性を変更することや結合係数Kを変更することによって変化させることができます。自己誘導性の変更方法はすでに説明しました。結合係数は2つのコイル間の距離と向きに依存します。したがって、変位の測定において、1つのコイルを固定し、他のコイルを移動させることで、その移動によって測定したい源の変位を測定することができます。変位とともに結合係数が変化し、それが相互誘導性の変化を引き起こします。この相互誘導性の変化は変位で校正され、測定を行うことができます。

インダクティブトランスデューサの渦電流の生成

コイルに交流が流れるとき、近くに置かれた導体板に循環電流（「渦電流」）が誘起されることを知っています。この原理はこのようなタイプのインダクティブトランスデューサで使用されます。実際に何が起こるかというと、交流を流すコイルに近い位置にあるコイルに循環電流が誘起され、その電流は自身の磁束を生成し、その磁束は交流を流すコイルの磁束を減少させようとします。これにより誘導性が変化します。コイルと板の間の距離が近ければ近いほど、渦電流は大きくなり、誘導性の減少も大きくなります。逆もまた真です。したがって、コイルと板の間の距離の変化に応じてコイルの誘導性が変化します。このように、板の動きは誘導性の変化で校正され、変位などの量を測定することができます。

インダクティブトランスデューサの実際の応用

インダクティブトランスデューサは、位置測定、動的運動測定、タッチパッドなどに使用される近接センサーに応用されています。特に、インダクティブトランスデューサは金属の種類の検出、欠品部品の発見、または物体の数のカウントに使用されます。

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