3.1.4 自感式传感器的测量电路

1.交流电桥式测量电路

图3－4所示为交流电桥测量电路，把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂 Z ₁ 和 Z ₂ ，另外二个相邻的桥臂用纯电阻代替。在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边的气隙相等，两只线圈的电感量相等，电桥处于平衡状态，电桥的输出电压 U _o ＝0。

当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时，两边气隙不等，两只电感线圈的电感量一增一减，电桥失去平衡。电桥输出电压的幅值大小与衔铁移动量的大小成比例，其相位则与衔铁移动方向有关。假定向上移动时输出电压的相位为正，而向下移动时相位将反向180°为负。因此，如果测量出电压的大小和相位，就能决定衔铁位移量的大小和方向。对于高 Q 值（ Q ＝ ω L ／ R ）的差动式电感传感器，其输出电压为

式中： L ₀ 为衔铁在中间位置时单个线圈的电感；Δ L 为单线圈电感的变化量。

将Δ L ＝ L ₀ （Δ δ ／ δ ₀ ）代入式（3－22）得

可见电桥输出电压与Δ δ 有关。

2.变压器式交流电桥

变压器式交流电桥测量电路如图3－5所示，电桥两臂 Z ₁ 、 Z ₂ 为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1／2阻抗。当负载阻抗无穷大时，桥路输出电压为

当传感器的衔铁处于中间位置，即 Z ₁ ＝ Z ₂ ＝ Z 时，有 ＝0，电桥平衡。

当传感器衔铁上移时，即 Z ₁ ＝ Z ＋Δ ZZ ₂ ＝ Z －Δ Z ，此时

当传感器衔铁下移时，则 Z ₁ ＝ Z －Δ ZZ ₂ ＝ Z ＋Δ Z ，此时

从式（3－25）及式（3－26）可知，衔铁上下移动相同距离时，输出电压的大小相等，但方向相反，由于 U _o 是交流电压，输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。

3.谐振式测量电路

谐振式测量电路有谐振式调幅电路，如图3－6所示；也有谐振式调频电路，如图3－7所示。

在调幅电路中，传感器电感 L 与电容 C 及变压器原边串联在一起，接入交流电源变压器副边，将有电压 输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感 L 而变化，图3－6（b）为输出电压 与电感 L 的关系曲线，其中 L ₀ 为谐振点的电感值，此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性要求不高的场合。

调频电路的基本原理是传感器电感 L 变化将引起输出信号频率的变化，一般是把传感器电感 L 和电容 C 接入一个振荡回路中，其振荡频率 f ＝ 。当 L 变化时振荡频率随之变化，根据 f 的大小即可测出被测量的值。图3－7（b）表示 f 与 L 的特性，它具有明显的非线性关系。 b9ON4eLssNatExzT4S6Ihv93ToMZEQ144GTMRFtKec2Zs6tOEhlslkC2NqIW5b9n