傳感器原理與技術課件：電感式傳感器的測量電路

Themeasuringcircuitofaninductivesensor同學們，今天我們學習的主要內容是電感式傳感器的測量電路。電感式傳感器的測量電路電感式傳感器的測量電路項目三、力和壓力的檢測第一種是自感式傳感器的測量電路。自感式傳感器的測量電路交流電橋是電感式傳感器的主要測量電路，它的作用是將線圈電感的變化轉換成電橋電路的電壓或電流輸出。電感式傳感器的主要測量電路線圈電感的變化交流電橋電橋電路的電壓或電流輸出差分式結構可以提高靈敏度、改善線性，所以交流電橋也多采用雙臂工作形式。提高靈敏度交流電橋多采用雙臂工作形式差分式結構改善線性通常將傳感器作為電橋的兩個工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻也可以是變壓器的二次繞組或緊耦合電感線圈。傳感器純電阻二次繞組工作臂平衡臂電感線圈（1）電阻平衡電橋電阻平衡電橋如圖3-3-8(a)所示。1.電阻平衡電橋圖3-3-8電橋Z1，Z2為傳感器阻抗。Z1=Z2=Z=R+jwL，另有R1=R2=R'。....................................Z1=Z2=Z=R+jwLR1=R2=R'由于電橋工作臂是差分形式，則在工作時，Z1=Z+ΔZ和Z2=Z-ΔZ，電橋的輸出電壓為Z1=Z+ΔZZ2=Z-ΔZ當ωL>>R時，上式可寫為由上式可以看出，交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈電感的相對變化量是成正比的。當ωL>>R時交流電橋的輸出電壓傳感器線圈電感的相對變化量成正比（2）變壓器式電橋變壓器式電橋如圖3-3-2(b)所示。2.變壓器式電橋圖3-3-8電橋它的平衡臂為變壓器的二次繞組，當負載阻抗無窮大時，輸出電壓為平衡臂為變壓器的二次繞組當負載阻抗無窮大時由于是雙臂工作形式，當銜鐵下移時，Z1=Z-ΔZ；Z2=Z+ΔZ。則同理，當銜鐵上移時，則Z1=Z-ΔZZ2=Z+ΔZ可見，銜鐵上移和下移時，輸出電壓相位相反，且隨ΔL的變化輸出電壓也相應地改變。因此，這種電路可判別位移的大小和方向。銜鐵上移和下移時，輸出電壓相位相反，且隨ΔL的變化輸出電壓也相應地改變。變壓器式電橋電路可判別位移的大小和方向（3）緊耦合電感比例臂電橋它由差分形式工作的傳感器的兩個阻抗做電橋的工作臂，而緊耦合的兩個電感作為固定臂，從而組成了電橋電路3.緊耦合電感比例臂電橋差分形式的阻抗緊耦合的電感工作臂固定臂如圖3-3-8(c)所示。3.緊耦合電感比例臂電橋圖3-3-8電橋該電橋電路的優(yōu)點是，與輸出端并聯的任何分布電容對平衡時的輸出毫無影響。3.緊耦合電感比例臂電橋與輸出端并聯的任何分布電容對平衡時的輸出毫無影響。使橋路平衡穩(wěn)定簡化了橋路接地和屏蔽改善了電路的零穩(wěn)定性2.互感式傳感器的測量電路互感式傳感器的測量電路差分變壓器隨銜鐵的位移可輸出一個調幅波，因而用電壓表來測量存在下述問題。差分變壓器①總有零位電壓輸出，因而零位附近的小位移量的測量比較困難。差分變壓器的缺點總有零位電壓輸出，因而零位附近的小位移量的測量比較困難。無法判斷銜鐵移動方向相敏檢波電路差分整流電路直流差分變壓器電路（1）相敏檢波電路相敏檢波電路如圖3-3-9所示。相敏檢波電路圖3-3-9帶相敏整流的交流電橋相敏檢波電路要求比較電壓和差分變壓器二次輸出電壓頻率相同，相位相同或相反。為了保證這一點，通常在電路中接入移相電路。相敏檢波電路圖3-3-9帶相敏整流的交流電橋比較電壓二次輸出電壓頻率相同相位相同或相反接入移相電路起開關作用另外由于比較電壓在檢波電路中起開關作用，因此其幅值應盡可能大，一般應為信號電壓的3~5倍。相敏檢波電路圖3-3-9帶相敏整流的交流電橋比較電壓幅值應盡可能大一般應為信號電壓的3~5倍圖中，Rp為電橋調零電位器。對于小位移測量，由于輸出信號小，在電路中還要接入放大器。相敏檢波電路..................由于小位移輸出信號小，電路中要接入放大器圖3-3-9帶相敏整流的交流電橋（2）差分整流電路差分整流電路是常用的電路形式，它對兩個二次繞組的感應電動勢分別整流，然后再把兩個整流后的電流或電壓串成通路合成輸出差分整流電路對兩個二次繞組的感應電動勢分別整流把整流后的電流或電壓串成通路合成輸出幾種典型的電路如圖3-3-10所示。差分整流電路圖3-3-10差分整流電路這種電路比較簡單，不需要比較電壓繞組，不需要考慮相位調整和零位輸出電壓影響，不必考慮感應和分布電容的影響。差分整流電路圖3-3-10差分整流電路不需要比較電壓繞組不需要考慮相位調整和零位輸出電壓影響不需要考慮感應和分布電容的影響由于整流部分在差分輸出一側，故兩根直流輸送線連接方便，可遠距離輸送。差分整流電路圖3-3-10差分整流電路整流部分在差分輸出一側連接方便，可遠距離輸送經相敏檢波和差分整流輸出的信號，還需經過低通濾波電路，把調制的高頻載波濾掉，檢出銜鐵位移產生的有用信號。差分整流電路圖3-3-10差分整流電路輸出的信號還需經過低通濾波電路，把調制的高頻載波濾掉（3）直流差分變壓器電路直流差分變壓器的工作原理與前面討論的一般差分變壓器相同，差別僅在于儀器所用的電源是直流電源(干電池、蓄電池等)。直流差分變壓器電路直流差分變壓器一般差分變壓器使用直流電源圖3-3-10差分整流電路........................................................................多諧振蕩器提供高頻激勵電源,它可以是產生正弦波、三角波或方波的電路。多諧振蕩器提供高頻