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电感式传感器测量电路设计

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：测量电路的作用，是将电感量的变化转换为电压或电流信号输出。自感式传感器的测量电路有电感电桥、变压器电桥和相敏整流电路等几种，下面以变压器电桥为例介绍自感式传感器的测量电路。分三种情况进行分析：差动变气隙型自感式传感器用变压器电桥作为测量电路，如图2-31所示。被测物体与衔铁相连，当被测物体上下移动时，衔铁随之上下移动，将使气隙厚度δ 发生变化，从而使线圈的电感量L发生变化。

测量电路的作用，是将电感量的变化转换为电压或电流信号输出。自感式传感器的测量电路有电感电桥、变压器电桥和相敏整流电路等几种，下面以变压器电桥为例介绍自感式传感器的测量电路。

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图2-30　变压器电桥原理图

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图2-31　差动变气隙型自感式传感器测量电路

应用于差动自感式传感器的变压器电桥如图2-30所示，相邻两工作桥臂为Z1和Z2，这是差动自感式传感器两个线圈的阻抗，另两桥臂为电源变压器次级线圈的两半边。设电源变压器次级线圈每一半的电压为Us，则电桥空载输出电压为

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差动变气隙型自感式传感器用变压器电桥作为测量电路，如图2-31所示。分三种情况进行分析：

（1）当传感器的衔铁位于中间平衡位置时，它与两个铁心间的气隙厚度相等，若两线圈绕制得十分对称，则两线圈的电感相等，阻抗也相等，即Z1＝Z2＝Z0，代入式（2-49）得：o0U=˙。这说明当衔铁处于中间平衡位置时，电桥平衡，没有输出电压。

（2）当衔铁向下移动时，下线圈的磁阻减小，电感量增大，阻抗也增大，即Z2＝Z0+ΔZ2；而上线圈的磁阻增大，电感量减小、阻抗也随之减小，即Z1＝Z0－ΔZ1。考虑到ΔZ1≈ΔZ2＝ΔZ，代入式（2-49）得

当电感线圈的Q值较大时，有ΔZ/Z0≈ΔL/L0＝Δδ/δ0，上式可写成

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（3）衔铁向上移动同样大小的位移时，上线圈的阻抗增大，而下线圈的阻抗减小，即Z1＝Z0＋ΔZ，Z2＝Z0－ΔZ，代入式（2-49）得

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当电感线圈的Q值较大时，式（2-52）也可写成

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根据以上分析可知，变压器电桥输出电压的大小反映了衔铁位移的大小；当衔铁偏离中间位置向不同方向做同样大小的位移时，可获得大小相等、方向相反（即相位差180°）的输出电压。