傳感器與檢測技術52力敏傳感器(編輯修改稿)
2024-11-15 10:45 本頁面
【文章內容簡介】 R R2為電橋的平衡臂 電橋平衡條件： 設 Z1=Z2=Z=RS+jωL； R1=R2=R RS1=RS2=RS； L1=L2=L E為橋路電源， ZL是負載阻抗。工作時， Z1=Z+Δ Z和 Z2=ZΔ Z ZL R1 R2 Z2 Z1 L1 L2 RS1 RS2 交流電橋原理圖 USC E 2121RRZZ ?ZRZZZZEULLSC ?????2其輸出電壓幅值 LjRLjREZZEUSSSC ??????????22當 ZL→∞ 時 ? ? ? ?ELRLELRRLUSSSSC 222222222 ????????????? ?2)( 22 LRRZ S ????輸出阻抗 ?????????????? ???????????? ??????????????SSSSSC RRLLQjLLRREU111112 22SRLQ ?? 為自感線圈的品質因數。 ① 橋路輸出電壓 Usc包含與電源 E同相和正交兩個分量 。 在實際測量中 ， 只希望有同相分量 ， 如能使 或 Q值比較大 ， 均能達到此目的 。 但在實際工作時 ， △ RS/RS一般很小 ， 所以要求線圈有高的品質因數 。 當 Q值很高時 ， Usc＝ ； SSRRLL ???LLE ?2② 當 Q值很低時 ， 自感線圈的電感遠小于電阻 ， 電感線圈相當于純電阻 (ΔZ＝ Rs)， 交流電橋即為電阻電橋 。 例 如 ， 應變測量儀就是如此 ， 此時輸出電壓 Usc= 。 該電橋結構簡單 ， 其電阻 R R2可用兩個電阻和一個電位器組成 ， 調零方便 。 SSRRE ?2Z1 Z2 USC E/2 E/2 E 變壓器電橋原理圖 I 變壓器電橋 平衡臂為變壓器的兩個副邊 ， 當負載阻抗為無窮大時 ，流入工作臂的電流為 21 ZZEI??2121221 22 ZZZZEEZZZEUSC ??????初始 Z1=Z2=Z=RS+jωL，故平衡時， USC=0。雙臂工作時，設Z1=Z–ΔZ， Z2=Z+ΔZ，相當于差動式自感傳感器的銜鐵向一側移動，則 ZZEUSC??2同理反方向移動時 ZZEU SC ??? 2可見 ， 銜鐵向不同方向移動時 ， 產生的輸出電壓 Usc大小相等 、 方向相反 ， 即相位互差 180186。， 可反映銜鐵移動的方向 。 但是 ， 為了判別交流信號的相位 ， 需接入專門的相敏檢波電路 。 優(yōu)點 ：這種電橋與電阻平衡電橋相比 ， 元件少 ， 輸出阻抗小 ， 橋路開路時電路呈線性； 缺點 ：變壓器副邊不接地 ， 易引起來自原邊的靜電感應電壓 ， 使高增益放大器不能工作 。 ELRLUSSC 2222 ?????2222 LRZ S ???變壓器電橋的輸出電壓幅值 輸出阻抗為 (略去變壓器副邊的阻杭，它遠小于電感的阻抗 ) 二 、 差動變壓器 （ 一 ） 結構原理與等效電路 分氣隙型和差動變壓器兩種 。 目前多采用螺管型差動變壓器 。 1 初級線圈 。 。4銜鐵 1 2 4 3 1 2 3 (a)氣隙型 (b)螺管型 其基本元件有銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈框架等。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，而次級線圈由結構尺寸和參數相同的兩個線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。螺管形差動變壓器根據初、次級排列不同有二節(jié)式、三節(jié)式、四節(jié)式和五節(jié)式等形式。 3 2 1 2 1 2 1 1 2 (a) (b) (c) (d) 1 2 1 1 2 差動變壓器線圈各種排列形式 1 初級線圈； 2 次級線圈； 3 銜鐵 3 三節(jié)式的零點電位較小，二節(jié)式比三節(jié)式靈敏度高、線性范圍大，四節(jié)式和五節(jié)式改善了傳感器線性度。 在理想情況下 (忽略線圈寄生電容及銜鐵損耗 )， 差動變壓器的等效電路如圖 。 初級線圈的復數電流值為 1111 LjReI????～ ～ ～ e2 R21 R22 e21 e22 e1 R1 M1 M2 L21 L22 L1 e1初級線圈激勵電壓 L1,R1初級線圈電感和電阻 M1,M1分別為初級與次級線圈1,2間的互感 L21,L22兩個次級線圈的電感 R21,R22兩個次級線圈的電阻 I1 ω—激勵電壓的角頻率； e1—激勵電壓的復數值； 由于 Il的存在，在次級線圈中產生磁通 11121mRIN ???21122mRIN ???Rm1及 Rm2分別為磁通通過初級線圈及兩個次級線圈的磁
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