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量的变化转换成电桥电路的输出电压或电流,多采用双臂工作形式。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。
1.电阻平衡电桥
如图4-5(a)所示为电阻平衡电桥。图中,Z1、Z2为传感器阻抗,且Z1=Z2=Z=R+jωL,另有R1=R2=R′。由于电桥的工作臂是差分形式,因此在工作时,Z1=Z+ΔZ和Z2=Z-ΔZ,电桥的输出电压为
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。
2.变压器式电桥
如图4-5(b)所示为变压器式电桥。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
由于是双臂工作形式,当衔铁下移时,Z1=Z-ΔZ,Z2=Z+ΔZ,则
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图4-5 自感式电感传感器的测量电路
当衔铁上移时,则
可见,衔铁上移和下移时,输出电压的相位相反,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。
提 醒
变压器式电桥的特点:
优点:变压器式电桥与电阻平衡电桥相比,元件少,输出阻抗小,桥路开路时电路呈线性;缺点:变压器二次边不接地,易引起来自一次边的静电感应电压,使高增益放大器不能工作。
3.紧耦合电感比例臂电桥
紧耦合电感比例臂电桥由差分形式工作的传感器的两个阻抗作为电桥的工作臂,紧耦合的两个电感作为固定臂,从而组成了电桥电路,如图4-5(c)所示。
优点:与输出端并联的任何分布电容对平衡时的输出毫无影响。这就使桥路平衡、稳定,从而简化了桥路接地和屏蔽的问题,大大改善了电路的零稳定性。
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