传感器第三章电感传感器2.pptVIP

e1-初级线圈的激励电压； R1-初级线圈有效电阻； L1-初级线圈电感； M1-初级线圈与次级线圈S1之间的互感； M2-初级线圈与次级线圈S2之间的互感； I1-初级激励电流。 e21-次级线圈S1的激励电压； R21-次级线圈S1有效电阻； L21-次级线圈S1电感； e22-次级线圈S2的激励电压； R22-次级线圈S2有效电阻； L22-次级线圈S2电感； 次级线圈S1 次级线圈S2 初级线圈 等效电路： 初级线圈的复数电流值： 由于初级线圈中有I1 的存在，在一、二线圈中产生互感，M1, M2,于是，在次级线圈中感应出电压，E21，和 E22，分别为： 式中：Rm1，Rm2分别为磁通通过初级线圈和两个次级线圈的磁阻。 由变压器原理 ,得到空载输出电压： （1）当衔铁位置居中： （2）当衔铁离开中间位置： 幅值： e20衔铁处在中间平衡位置时，单个次级线圈的感应电动势。 输出阻抗： 则： 幅值： * * 四、交流电桥 交流电桥是电感传感器的主要测量电路，其作用是将线圈中的电感的变化转换为桥路的电压变化。 桥臂阻抗： 电抗 负载 电感传感器 （2） （实部和虚部分别满足） （1） 电压输出： 假定条件： 全桥桥臂阻抗的相对变化 电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成正比。 结论 （一）电桥输出特性 1.单臂工作 设 工作臂阻抗的相对变化: 桥路同一支路的阻抗比 : 由： 引入单臂工作条件： （3-35） （a)若测纯电阻，则 (b)纯电抗变化的阻抗的相对变化为： 桥臂阻抗相对变化不仅与电阻相对变化或电抗相对变化有关，还与桥臂的相位角有关。 纯电阻变化时，要求： 这时桥臂阻抗为纯电阻。 纯电抗变化时，要求： 这时桥臂阻抗为纯电抗。 电阻式传感器 电感式传感器 电容式传感器 这时，电桥输出最大。 讨论 —电桥同一支桥路两个阻抗的相位角差； —电桥同一支桥路两个阻抗的幅值之比； ——灵敏度 当 交流电桥可以比直流电桥 有更高的灵敏度； 增大相位角差，即 可以提高灵敏度。 讨论 (1)电阻平衡臂电桥 2.双臂工作，差动形式 设 平衡臂电阻： 工作臂阻抗： 工作时： 由 工作臂 平衡臂 输出电压的幅值： 桥路的输出阻抗为 ： （3-39） 讨论 （a）当 即品质因素 （b）当 即品质因素 引入电感线圈的品质因数： 则交流电桥输出可以整理为： 品质因数： R3 R4 例题： 双臂差动工作的电阻平衡臂电桥如图所示。已知: f＝50KHz。 求电桥输出电压的幅值和输出阻抗。 解： （2）变压器电桥 平衡臂：为变压器两个副边， 工作臂：阻抗为 平衡臂 工作臂 设　 则输出电压： 桥路输出阻抗（忽略变压器副变的阻抗）： 输出电压的幅值： 总结 变压器电桥与电阻平衡臂电桥相比，具有：使用元件少、输出阻抗小、桥路呈线性(ZL→∞)的特点。 （3）紧耦合电感臂电桥 耦合系数 ： 紧耦合： 不耦合： 耦合线圈等效成Ｔ形网络， 它由差动工作的两个传感器阻抗Z1，Z2和两个固定的紧耦合的电感线圈LC组成 （互感=0） 由电工学可知： T形网络接入电桥的等效电路图： 可求得输出电压表达式为 1、当初始平衡时：(Z=Z1=Z2 ) 即电桥输出阻抗为零，（相当于良好的接地，若输出端存在并联的寄生电容对输出无影响），使得电桥零点十分稳定。 耦合电感臂电桥可以等效为 I1 I2 2、当差动工作时(不平衡时，且Z1=Z+△Z, Z2=Z-△Z)， 可求得： 电桥输出电压 和灵敏度： 有一个环绕耦合线圈流动，大小相同，方向相反，如图所示： 则电桥输出为： 差动工作 考虑Q1 代入上式 推导： 3、不耦合电感臂电桥 可以得到： 代入： 可得紧耦合电感臂桥的特点： a.灵敏度高 为常数； 而且 与频率ｆ无关。 b.零点稳定 讨论 （耦合） （不耦合） 显然，为了在初始时电桥能够平衡，必须有R3=R4，写成R3=R4=R’,得 = ＝ 习题： 28，29 §3-2差动变压器 一、工作原理与结构 工作原理： 原、副边间的互感随衔铁移动而变化。 主要结构： 一、二次线圈，衔铁，线圈框架等组成。 工作特点： 开磁路。 1_一次线圈，2/3_二次线圈 4_衔铁 差动变压器的结构形式也分为气隙式和螺管式两种。 螺管式差动变压器