artikel

Back to Basics: Magnetische velden bij contactloze sensoren

Werkplaats & Onderhoud 3368

Back to Basics: Magnetische velden bij contactloze sensoren
De laadtijd van een spoel is onder meer afhankelijk van de weerstand in het circuit en de zelfinductie van de spoel. De zelfinductie van de spoel wordt mede bepaald door de kern die in de spoel zit.

Sensoren zijn steeds slimmer, er zit een stukje elektronica in dat de eigenlijke meting omzet naar een signaal of CAN-busbericht. Vaak hebben deze nieuwere sensoren geen direct contact meer met de te meten componenten, en zien we dan dat de fabrikanten gaan werken met magnetisme en inductie. Magnetisme en inductie? Hoe zat dat ook al weer?

Eerst een aantal voorbeelden van waar we inductiesensoren tegenkomen:

• De hoogtesensor van een VW Phaeton personenauto.
• De gaskleppositiesensor van een BMW R1200GS LC motorfiets.
• De oudere hoogtesensor bij luchtvering op trucks.
• De resolver bij de nieuwe elektrische machines.

Er zijn nog veel meer voorbeelden te vinden, en later zullen we specifiek op de werking van de hier genoemde sensoren ingaan. Maar voordat we dieper op de sensoren ingaan, moet je een stukje basiskennis beheersen. Ben je daar eenmaal mee bekend, dan begrijp je de werking van de sensoren. Die is namelijk gebaseerd op inductie die opgewekt wordt met een wisselspanning. Huh, inductie? Wisselspanning? Dat was taaie stof om te begrijpen, maar nu komen we het wel héél erg vaak tegen, dus gaan we er een duik in nemen.

Hoe ontstaat inductiespanning?

Een inductiespanning ontstaat door een verandering van magnetisch veld. Een dynamo is het meest bekende component dat hiervan gebruik maakt. De rotor wordt immers magnetisch gemaakt en dit magnetisme draait langs de U, V en W statorspoelen waardoor er een wisselspanning wordt opgewekt in die statorspoelen. Nu gaan we een stapje terug en kijken wat er gebeurt bij een spoel waar een gelijkspanning op gezet wordt.

>Tekst gaat verder onder de foto<

Er gaat een stroom lopen door de spoel. In de wikkelingen waar die stroom nog niet is, wordt een spanning opgewekt. Die werkt de stroom tegen die door de spoel komt. Het duurt daardoor enige tijd (milliseconden) totdat door de spoel de volledige stroom loopt. Dit wordt de laadtijd van de spoel genoemd.

Bij het inschakelen van de spanning vloeit er een stroom door de spoel. Omdat er om elke winding een magnetisch veld komt, wordt er in de wikkelingen waar nog geen stroom loopt een spanning opgewekt. Die werkt de stroom tegen die door de spoel komt. Het duurt enige tijd (milliseconden) totdat door de spoel de volledige stroom loopt. Dit wordt de laadtijd van de spoel genoemd.

Laadtijd van de spoel

De laadtijd van een spoel is onder meer afhankelijk van de weerstand in het circuit en de zelfinductie van de spoel. De zelfinductie van de spoel wordt mede bepaald door de kern die in de spoel zit. In de eerste afbeelding werd er nog geen kern geplaatst en gaan de krachtlijnen door het luchtledige. Dat biedt veel weerstand. Als er nu een kern in de spoel wordt geplaatst, zullen de krachtlijnen beter geleid worden. Betekent dat dan ook dat je een andere inductie(spanning) hebt in een spoel zonder kern dan in een spoel met kern? Dat gaan we eens bekijken.

Na het inschakelen van het relais verandert de steilheid van de stroomopbouw door de spoel.

Inschakelstoom bij een relais

Bij een relais dat bekrachtigd wordt, heb je in principe te maken met twee fases.

1. Je laat er stroom doorheen vloeien om het relais in te schakelen. Je hebt dan in principe nog weinig te maken met geleiding van krachtlijnen, waardoor je een bepaalde stroomopbouw krijgt.

2. Als het relais ingeschakeld is, zijn de contacten aangetrokken en de krachtlijnen hebben iets meer geleiding. De stroomopbouw zal veranderen. Deze verandering van de stroomopbouw wordt veroorzaakt doordat de zelfinductie is veranderd door het sluiten van de contacten.

We zetten een meetweerstand in serie met de relaisspoel. Op die manier kunnen we de spanning over de weerstand meten en in beeld brengen. De spanning over de weerstand wordt bepaald door de stroomsterkte door de weerstand en het relais.

Inductie bij een wisselspanning

Tot nu toe hebben we alleen gesproken over het inschakelen van de stroom bij een gelijkspanning. Als de stroom continu ingeschakeld blijft, wordt er geen inductiespanning meer opgewekt.

Dit gebeurt wel als de spanning weer uitgeschakeld of omgekeerd wordt. Het omkeren van de spanning over de spoel gebeurt bij een wisselspanning. Bij een wisselspanning ontstaat een continu wisselend magnetisch veld dat zich langs de spoel beweegt, waardoor er ook continu een inductie(tegen)spanning wordt opgewekt.

Hoogtesensor bij luchtvering op een truck. Als het voertuig beladen wordt, beweegt het kruk-drijfstangmechanisme een kern verder in de spoel. Hoe zo’n sensor dat omzet in een bruikbaar signaal? Daar komen we in een volgende Back to Basics op terug.

Op basis van de effecten die ontstaan bij een wisselend magnetisch veld over een spoel, zijn de huidige contactloze sensoren ontwikkeld.

We onderscheiden twee types:
1. Sensoren die meten door middel van faseverschuiving, ontstaan door inductie(tegen)spanning.
2. Sensoren die meten door opgewekte spanningen te vergelijken die zijn ontstaan door wisselende magnetische velden.

In een volgende Back to Basics gaan we in op de werking van die twee sensoren. De basiskennis hebben we dan alvast.

 

Reageer op dit artikel