電感式傳感：應(yīng)該測(cè)量 L、RP 還是兩者都測(cè)量？

當(dāng)設(shè)備提供不同類型的測(cè)量功能時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮哪種測(cè)量最適合他們的用例。 一些電感式傳感解決方案，例如 TI 的LDC1000 電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器(LDC)，具有兩種測(cè)量功能：

· R P測(cè)量：LDC 通過測(cè)量傳感器與導(dǎo)電目標(biāo)的磁耦合引起的能量損失，測(cè)量傳感器在其諧振頻率下的等效并聯(lián)阻抗。

· 電感 (L) 測(cè)量：LDC 測(cè)量傳感器的諧振頻率，它是傳感器電感的函數(shù)，也受與導(dǎo)電目標(biāo)的磁耦合影響。

一些 LDC，例如LDC1000，甚至提供兩種測(cè)量功能。

擁有這兩種測(cè)量能力會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)問題：

· 我們是否總是需要測(cè)量這兩個(gè)參數(shù)？

· 如果你只需要一個(gè)，你應(yīng)該選擇哪一個(gè)？

讓我們比較這兩種測(cè)量類型并探討幾個(gè)不同的用例。

感應(yīng)范圍和精度

L 和 R P測(cè)量的最大感應(yīng)范圍相似，主要取決于線圈直徑、LDC 的分辨率和設(shè)備配置。對(duì)于精密應(yīng)用，一個(gè)有用的經(jīng)驗(yàn)法則是，LDC 要求線圈直徑至少是最大感應(yīng)范圍的兩倍（例如，我們需要一個(gè) 20 毫米直徑的線圈來測(cè)量高達(dá) 10 毫米的目標(biāo)距離）。這適用于 L 測(cè)量和 R P測(cè)量。

圖 1. 軸向位置傳感

參考時(shí)鐘輸入

通過確定導(dǎo)電目標(biāo)接近傳感器線圈時(shí)的振蕩頻移來測(cè)量電感。因此，它需要一個(gè)準(zhǔn)確穩(wěn)定的參考時(shí)鐘。R P測(cè)量不依賴于準(zhǔn)確的參考時(shí)鐘，LDC1000可以在沒有外部參考時(shí)鐘的情況下執(zhí)行 R P測(cè)量。在參考時(shí)鐘不可用或 LDC 和微控制器之間的導(dǎo)線數(shù)量必須最小化的情況下，這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

溫度

與 R P測(cè)量中的溫度漂移相比，L 測(cè)量中的溫度漂移很小。使用有助于將溫度影響降至最低的高 Q 傳感器時(shí)，L 測(cè)量應(yīng)用中的溫度補(bǔ)償通常僅在我們需要在較寬的系統(tǒng)溫度范圍內(nèi)獲得非常高的精度時(shí)才需要。

另一方面，任何金屬的電阻率都有一個(gè)已知但重要的溫度系數(shù)，這在 R P測(cè)量中變得相關(guān)。例如，銅的電阻率變化 3900 ppm/°C，鋁變化 3900 ppm/°C，鐵變化 5000 ppm/°C。為了解釋電阻率的變化，大多數(shù)采用 R P測(cè)量的應(yīng)用通常需要溫度補(bǔ)償。

彈簧壓縮應(yīng)用

壓縮、伸展或扭轉(zhuǎn)彈簧會(huì)改變其長(zhǎng)度、直徑和/或匝數(shù)，進(jìn)而改變彈簧電感。因此，直接測(cè)量電感而不是 R P是該應(yīng)用的明顯選擇。

圖 2. 彈簧壓縮測(cè)量

金屬成分應(yīng)用

感應(yīng)傳感可用于區(qū)分不同類型的金屬。在此類應(yīng)用中，L 測(cè)量可提供有關(guān)金屬磁導(dǎo)率 (μ) 的信息，因?yàn)榻饘俚?μ 越大，系統(tǒng)的電感越大。相比之下，RP測(cè)量可提供有關(guān)金屬電阻率 ( ρ ) 的信息。

當(dāng)渦流流過導(dǎo)電目標(biāo)時(shí)，感應(yīng)電能根據(jù)ρ的值耗散。R P的變化表明了這一點(diǎn)。通過在距線圈固定距離處生成電感和 R P表，我們可以識(shí)別不同的金屬合金。為了檢測(cè)金屬成分，我們需要同時(shí)測(cè)量 R P和 L。

金屬選擇

大多數(shù)金屬類型都可以用 L 或 R P很好地測(cè)量。然而，有些磁性材料在某些頻率下的 L 響應(yīng)明顯小于 R P響應(yīng)。對(duì)于這些材料，R P是更合適的選擇。我們將在即將發(fā)布的博客文章中更詳細(xì)地介紹這個(gè)主題。

我們將使用哪種測(cè)量方法？

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，由于溫度效應(yīng)較低，我們可能更喜歡 L 測(cè)量的降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性。有兩個(gè)例外情況需要 R P測(cè)量：沒有精確參考時(shí)鐘可用的系統(tǒng)和選定的設(shè)計(jì)使用磁性材料作為目標(biāo)。金屬成分檢測(cè)需要同時(shí)測(cè)量這兩個(gè)參數(shù)。