比例电磁铁电感的测量

　　在比例电磁铁中，电感阻碍电流的变化，从而阻碍磁通的变化，减慢比例电磁铁的动态响应速度。工程上通常采用改善比例电磁铁结构和通过控制电路削弱电感对电流变化的阻碍作用的方法，来加快比例电磁铁的动态响应速度。

　　通用电感计算公为

　　式中: L 为电感;

　　N 为线圈匝数;

　　μ 为磁导率;

　　A 为磁芯截面积;

　　l 为磁芯长度。

　　因为比例电磁铁磁芯位置随电流变化而变化，并且此磁芯为导磁材料，其磁导率根据其磁化特性随磁场强度变化而变化，而磁场强度随电流变化而变化，所以比例电磁铁的电感随电流变化而变化，需在多组规定电流下测量比例电磁铁的电感，规定电流在零到比例电磁铁最大电流之间合理划分得到。比例电磁铁既有导磁介质又有不导磁介质，且结构复杂，很难有效计算得到其平均磁导率，所以很难计算得到比例电磁铁的电感。因此，准确测量出比例电磁铁的电感是提高比例电磁铁动态响应速度的基础工作。

　　1 电感测量原理及方法

　　当电路中电流发生变化时，由于电感的作用，在电路中会产生反电势阻止电流变化。电感阻止电路中电流的变化，对于稳定的直流电无作用。在直流电路中，只有在电路接通或断开时，电流才会发生变化。如果电路中只有电阻，电路会瞬时完全接通或完全断开; 如果电路中不只有电阻，还有电感，电路则不能瞬时完全接通或完全断开，需要经过一个暂态过程才能完全接通或完全断开。

　　电感测量原理图如图 1 所示。当电路接通时，电路中电流 I从 0 开始经过暂态过程增加到稳态电流 I0，电流 I 的暂态过程如式 ( 2) 所示

　　RC为比例电磁铁电阻。

　　根据式 ( 2) 可知: 当 ，I = 0. 632I0，时间常数 τ 反映电流 I 达到0. 632I0所需时间，如图2所示。电感越大，时间常数 τ 越大，电流 I 达到稳态电流 I0的时间也越长。

　　数据采集卡的 DA1 通道输出阶跃信号，AD1 通道采入检测电阻 R 两端的电压信号 UR，用 UR反映电流 I 的暂态过程。利用满电流下的阶跃响应得出时间常数 τ，当检测电阻 R 两端的电压 UR达到其稳态电压的 0. 632 倍时，此刻的时间即为时间常数 τ 的值。使用测量精度高于测量值 ± 2% 的电子测量仪器，测量出比例电磁铁电阻 RC。根据式 ( 3) 得到比例电磁铁电感 LS。

　　2 测量系统的优化方法

　　( 1) 采用美国 NI 公司的高速、高分辨率、高容量的 4 通道同步数据采集卡 USB-6251，时间常数 τ的精度达到毫秒级。