传感器原理与技术课件：电感式传感器的测量电路

Themeasuringcircuitofaninductivesensor同学们，今天我们学习的主要内容是电感式传感器的测量电路。电感式传感器的测量电路电感式传感器的测量电路项目三、力和压力的检测第一种是自感式传感器的测量电路。自感式传感器的测量电路交流电桥是电感式传感器的主要测量电路，它的作用是将线圈电感的变化转换成电桥电路的电压或电流输出。电感式传感器的主要测量电路线圈电感的变化交流电桥电桥电路的电压或电流输出差分式结构可以提高灵敏度、改善线性，所以交流电桥也多采用双臂工作形式。提高灵敏度交流电桥多采用双臂工作形式差分式结构改善线性通常将传感器作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻也可以是变压器的二次绕组或紧耦合电感线圈。传感器纯电阻二次绕组工作臂平衡臂电感线圈（1）电阻平衡电桥电阻平衡电桥如图3-3-8(a)所示。1.电阻平衡电桥图3-3-8电桥Z1，Z2为传感器阻抗。Z1=Z2=Z=R+jwL，另有R1=R2=R'。....................................Z1=Z2=Z=R+jwLR1=R2=R'由于电桥工作臂是差分形式，则在工作时，Z1=Z+ΔZ和Z2=Z-ΔZ，电桥的输出电压为Z1=Z+ΔZZ2=Z-ΔZ当ωL>>R时，上式可写为由上式可以看出，交流电桥的输出电压与传感器线圈电感的相对变化量是成正比的。当ωL>>R时交流电桥的输出电压传感器线圈电感的相对变化量成正比（2）变压器式电桥变压器式电桥如图3-3-2(b)所示。2.变压器式电桥图3-3-8电桥它的平衡臂为变压器的二次绕组，当负载阻抗无穷大时，输出电压为平衡臂为变压器的二次绕组当负载阻抗无穷大时由于是双臂工作形式，当衔铁下移时，Z1=Z-ΔZ；Z2=Z+ΔZ。则同理，当衔铁上移时，则Z1=Z-ΔZZ2=Z+ΔZ可见，衔铁上移和下移时，输出电压相位相反，且随ΔL的变化输出电压也相应地改变。因此，这种电路可判别位移的大小和方向。衔铁上移和下移时，输出电压相位相反，且随ΔL的变化输出电压也相应地改变。变压器式电桥电路可判别位移的大小和方向（3）紧耦合电感比例臂电桥它由差分形式工作的传感器的两个阻抗做电桥的工作臂，而紧耦合的两个电感作为固定臂，从而组成了电桥电路3.紧耦合电感比例臂电桥差分形式的阻抗紧耦合的电感工作臂固定臂如图3-3-8(c)所示。3.紧耦合电感比例臂电桥图3-3-8电桥该电桥电路的优点是，与输出端并联的任何分布电容对平衡时的输出毫无影响。3.紧耦合电感比例臂电桥与输出端并联的任何分布电容对平衡时的输出毫无影响。使桥路平衡稳定简化了桥路接地和屏蔽改善了电路的零稳定性2.互感式传感器的测量电路互感式传感器的测量电路差分变压器随衔铁的位移可输出一个调幅波，因而用电压表来测量存在下述问题。差分变压器①总有零位电压输出，因而零位附近的小位移量的测量比较困难。差分变压器的缺点总有零位电压输出，因而零位附近的小位移量的测量比较困难。无法判断衔铁移动方向相敏检波电路差分整流电路直流差分变压器电路（1）相敏检波电路相敏检波电路如图3-3-9所示。相敏检波电路图3-3-9带相敏整流的交流电桥相敏检波电路要求比较电压和差分变压器二次输出电压频率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路中接入移相电路。相敏检波电路图3-3-9带相敏整流的交流电桥比较电压二次输出电压频率相同相位相同或相反接入移相电路起开关作用另外由于比较电压在检波电路中起开关作用，因此其幅值应尽可能大，一般应为信号电压的3~5倍。相敏检波电路图3-3-9带相敏整流的交流电桥比较电压幅值应尽可能大一般应为信号电压的3~5倍图中，Rp为电桥调零电位器。对于小位移测量，由于输出信号小，在电路中还要接入放大器。相敏检波电路..................由于小位移输出信号小，电路中要接入放大器图3-3-9带相敏整流的交流电桥（2）差分整流电路差分整流电路是常用的电路形式，它对两个二次绕组的感应电动势分别整流，然后再把两个整流后的电流或电压串成通路合成输出差分整流电路对两个二次绕组的感应电动势分别整流把整流后的电流或电压串成通路合成输出几种典型的电路如图3-3-10所示。差分整流电路图3-3-10差分整流电路这种电路比较简单，不需要比较电压绕组，不需要考虑相位调整和零位输出电压影响，不必考虑感应和分布电容的影响。差分整流电路图3-3-10差分整流电路不需要比较电压绕组不需要考虑相位调整和零位输出电压影响不需要考虑感应和分布电容的影响由于整流部分在差分输出一侧，故两根直流输送线连接方便，可远距离输送。差分整流电路图3-3-10差分整流电路整流部分在差分输出一侧连接方便，可远距离输送经相敏检波和差分整流输出的信号，还需经过低通滤波电路，把调制的高频载波滤掉，检出衔铁位移产生的有用信号。差分整流电路图3-3-10差分整流电路输出的信号还需经过低通滤波电路，把调制的高频载波滤掉（3）直流差分变压器电路直流差分变压器的工作原理与前面讨论的一般差分变压器相同，差别仅在于仪器所用的电源是直流电源(干电池、蓄电池等)。直流差分变压器电路直流差分变压器一般差分变压器使用直流电源图3-3-10差分整流电路........................................................................多谐振荡器提供高频激励电源,它可以是产生正弦波、三角波或方波的电路。多谐振荡器提供高频