傳感器第三章電感傳感器

傳感器第三章電感傳感器第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六全橋橋臂阻抗的相對變化

電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化成正比。結(jié)論第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（一）電橋輸出特性

1.單臂工作

設(shè)

工作臂阻抗的相對變化:

橋路同一支路的阻抗比:由：引入單臂工作條件：第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（3-35）第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（a)若測純電阻，則

(b)純電抗變化的阻抗的相對變化為：第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六橋臂阻抗相對變化不僅與電阻相對變化或電抗相對變化有關(guān)，還與橋臂的相位角有關(guān)。純電阻變化時，要求：這時橋臂阻抗為純電阻。純電抗變化時，要求：這時橋臂阻抗為純電抗。電阻式傳感器電感式傳感器電容式傳感器這時，電橋輸出最大。討論第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六—電橋同一支橋路兩個阻抗的相位角差；—電橋同一支橋路兩個阻抗的幅值之比；——靈敏度第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)?shù)诎隧?，共四十五頁，編輯?023年，星期六交流電橋可以比直流電橋有更高的靈敏度；增大相位角差，即可以提高靈敏度。討論第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六(1)電阻平衡臂電橋2.雙臂工作，差動形式

設(shè)平衡臂電阻：

工作臂阻抗：

工作時：由工作臂平衡臂第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六輸出電壓的幅值：橋路的輸出阻抗為：（3-39）第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六討論（a）當(dāng)即品質(zhì)因素（b）當(dāng)即品質(zhì)因素引入電感線圈的品質(zhì)因數(shù)：則交流電橋輸出可以整理為：品質(zhì)因數(shù)：第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六R3R4例題：雙臂差動工作的電阻平衡臂電橋如圖所示。已知:f＝50KHz。求電橋輸出電壓的幅值和輸出阻抗。第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六解：第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（2）變壓器電橋平衡臂：為變壓器兩個副邊，工作臂：阻抗為平衡臂工作臂設(shè)

則輸出電壓：橋路輸出阻抗（忽略變壓器副變的阻抗）：輸出電壓的幅值：總結(jié)變壓器電橋與電阻平衡臂電橋相比，具有：使用元件少、輸出阻抗小、橋路呈線性(ZL→∞)的特點(diǎn)。第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（3）緊耦合電感臂電橋耦合系數(shù)：緊耦合：

不耦合：

耦合線圈等效成Ｔ形網(wǎng)絡(luò)，

它由差動工作的兩個傳感器阻抗Z1，Z2和兩個固定的緊耦合的電感線圈LC組成（互感=0）第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六由電工學(xué)可知：

T形網(wǎng)絡(luò)接入電橋的等效電路圖：第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六可求得輸出電壓表達(dá)式為1、當(dāng)初始平衡時：(Z=Z1=Z2)即電橋輸出阻抗為零，（相當(dāng)于良好的接地，若輸出端存在并聯(lián)的寄生電容對輸出無影響），使得電橋零點(diǎn)十分穩(wěn)定。

耦合電感臂電橋可以等效為I1I2第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六2、當(dāng)差動工作時(不平衡時，且Z1=Z+△Z,Z2=Z-△Z)，可求得：

電橋輸出電壓和靈敏度：有一個環(huán)繞耦合線圈流動，大小相同，方向相反，如圖所示：則電橋輸出為：第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六差動工作考慮Q>>1代入上式推導(dǎo)：第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六3、不耦合電感臂電橋可以得到：代入：第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六可得緊耦合電感臂橋的特點(diǎn)：

a.靈敏度高為常數(shù)；

而且

與頻率ｆ無關(guān)。

b.零點(diǎn)穩(wěn)定

討論（耦合）>（不耦合）第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六顯然，為了在初始時電橋能夠平衡，必須有R3=R4，寫成R3=R4=R’,得=

＝第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六習(xí)題：28，29第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六§3-2差動變壓器一、工作原理與結(jié)構(gòu)工作原理：原、副邊間的互感隨銜鐵移動而變化。主要結(jié)構(gòu)：一、二次線圈，銜鐵，線圈框架等組成。工作特點(diǎn)：開磁路。1_一次線圈，2/3_二次線圈4_銜鐵差動變壓器的結(jié)構(gòu)形式也分為氣隙式和螺管式兩種。螺管式差動變壓器第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六e1-初級線圈的激勵電壓；R1-初級線圈有效電阻；L1-初級線圈電感；M1-初級線圈與次級線圈S1之間的互感；M2-初級線圈與次級線圈S2之間的互感；I1-初級激勵電流。e21-次級線圈S1的激勵電壓；R21-次級線圈S1有效電阻；L21-次級線圈S1電感；e22-次級線圈S2的激勵電壓；R22-次級線圈S2有效電阻；L22-次級線圈S2電感；次級線圈S1次級線圈S2初級線圈等效電路：初級線圈的復(fù)數(shù)電流值：第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六由于初級線圈中有I1的存在，在一、二線圈中產(chǎn)生互感，M1,M2,于是，在次級線圈中感應(yīng)出電壓，E21，和E22，分別為：式中：Rm1，Rm2分別為磁通通過初級線圈和兩個次級線圈的磁阻。由變壓器原理,得到空載輸出電壓：第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（1）當(dāng)銜鐵位置居中：

（2）當(dāng)銜鐵離開中間位置：

幅值：e20銜鐵處在中間平衡位置時，單個次級線圈的感應(yīng)電動勢。輸出阻抗：則：幅值：第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六感應(yīng)電動勢Es在RL上產(chǎn)生的輸出電壓：第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六差動變壓器的輸出特性：第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六二、線性度與靈敏度（一）線性度

差動變壓器總磁場為：

第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六理想的差動變壓器次級輸出電壓與鐵心位移呈線性關(guān)系。通常所說的差動變壓器的線性度不僅是指鐵心位移與次級電壓的關(guān)系，還要求次級電壓的相位角為一定值。由于鐵心的直徑、長度、材質(zhì)和線圈骨架的形狀、大小等因素均對線性關(guān)系有直接的影響。因此，實(shí)際上一般差動變壓器的線性范圍約為線圈骨架長度的1/10～1/4?？偨Y(jié)第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（二）靈敏度

銜鐵移動單位長度時所產(chǎn)生的輸出電壓變化影響靈敏度的三個因素：1.二次繞組的線圈匝數(shù)：2.一次電壓：第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六Ｋ值與ｆ無關(guān)

趨膚效應(yīng)電阻增大，渦電流及磁滯損耗增大，靈敏度下降。即當(dāng)f較小時：頻率與靈敏度的關(guān)系3.激勵電源頻率f

第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六4.負(fù)載的影響第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六三、主要誤差及補(bǔ)償方法主要誤差

（一）激勵源幅值和頻率的波動

幅值

激勵磁場磁通

輸出

頻率

由靈敏度分析，只要適當(dāng)選擇頻率，其影響不大

（二）溫度變化的影響

溫度

線圈電阻磁性材料導(dǎo)磁率變化

Ｂ變化

變化。第四十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六a.用恒流源代替恒壓源激勵；

或在次級回路串一高阻電阻

b.初級回路加熱敏電阻

補(bǔ)償方法

第四十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六（三）零點(diǎn)（殘余）電壓：

指銜鐵處于中間位置時，所存在的一個不平衡電壓。如圖

1.產(chǎn)生原因分析：零點(diǎn)電壓一般不規(guī)則ａ．基波分量：兩只次級線圈不對稱，導(dǎo)磁材料不均質(zhì)等。ｂ．高次諧波：主要是三次諧波，由鐵芯磁化曲線的非線性引起，如圖。第四十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期六ａ．從設(shè)計和工藝上保證線圈和磁路對稱。用高導(dǎo)磁率，低剩磁感應(yīng)，經(jīng)熱處理的導(dǎo)磁材料做銜鐵。