差动传感器和测量电桥基本介绍课件.ppt

差动传感器和测量电桥 * 差动测量系统结构 作用： 提高灵敏度 减少非线性误差 减少干扰的影响 差动测量系统常用于电参量传感器（电阻式、电容式、电感式传感器） * 差动电容传感器 变气隙式、变面积式和变介电常数式三种电容传感器均可制成差动电容传感器。由于变气隙式电容传感器的非线性严重，实际上是很少使用的，通常制成差动型式，其常用结构见图。 变气隙式差动电容传感器原理 差动电容式传感器 忽略3次方以上非线性项 灵敏度 同单个电容式传感器的灵敏度相比增加了1倍 变气隙式差动电容传感器仅含奇次方的非线性，因此其线性度得到很大程度的改善。 * 脉冲调宽电路 脉冲调宽电路 脉冲调宽电路的输出波形 差动式电感传感器 由于自感传感器具有初始电感，线圈流向负载的电流不为零，衔铁永远受有吸力，线圈电阻受温度影响引起温度误差，灵敏度低等缺点。因此，实际中应用较少，常用差动自感传感器。 差动自感传感器：用两个相同的传感线圈共用一个衔铁,构成差动式电感传感器,这样可以提高传感器的灵敏度,减小测量误差。 * 变气隙式差动自感传感器原理见图.它由一个公共衔铁和上、下两个对称的线圈L1和L2组成。 当衔铁向上位移 ，在差动自感传感器中，电感变化量： 变气隙式差动自感传感器的特性分析 上式中第一项是线性项，其灵敏度为： 可见，差动自感传感器的灵敏度是简单自感传感器的2倍。 差动自感传感器仅含奇次方非线性项，其三次方非线性误差为： 非线性得到很大的改善。 同理，变面积式和螺管式差动自感传感器也能得到提高灵敏度和改善线性度的同样的结论。 变气隙式差动自感传感器 * 压力传感器 图4-33 BYM型压力传感器 * 电阻传感器差动结构示意图 电阻传感器原理： * 梁臂式力传感器 * 导线张力传感器 * 电桥: 将电阻（电感、电容或阻抗）参量的微弱变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。 电桥特点: 电路简单，较高的准确度和灵敏度，广泛使用 电桥分类：（4种方法） 按照激励电源的性质：直流与交流电桥； 按照输出方式：平衡式电桥与不平衡式电桥。与传感器配接的电桥主要采用不平衡电桥。 按照电源供电的方式：恒压源供电电桥和恒流源供电电桥。 按照电桥的结构：单臂电桥、差动半桥、差动全桥。 测量电桥 * Z1,Z2,Z3,Z4为四个桥臂阻抗。A，C两端接电压源，则在B，D两端输出不平衡电压UBD分别为： 恒压源供电： 恒流源供电： E A B C U Z4 Z3 Z2 D Z1 I1 I2 测量电桥的基本工作原理 Z0±ΔZ 电源 A B C Z0 Z0 Z0 D U 将电桥的一个桥臂阻抗接电参数型传感器的变换器(Z0±ΔZ)，其余三个臂的阻抗均恒定Z2=Z3=Z4=Z0， 单臂电桥 两个桥臂与电参数型传感器的两个差动变换器相接，则构成差动半桥，即两个桥臂阻抗发生差动变化(Z0±ΔZ， )其余两个臂的阻抗均恒定Z3=Z4=Z0， 差动半桥 U Z0±ΔZ A B C Z0 Z0 Z0 ΔZ D 电源 若四个桥臂阻抗均为电参数型传感器的四个差动变换器，且四个桥臂阻抗发生差动变化(Z0±ΔZ，Z0 ΔZ，Z0±ΔZ，Z0 ΔZ)，则构成 差动全桥电路 Z0±ΔZ 电源 A B C Z0±ΔZ Z0 ΔZ Z0 ΔZ D U * 电桥的静态特性（差动半桥） 输入差动变化： E A B C U Z4 Z3 Z2 D Z1 I1 I2 差动半桥 可得： * 电桥的静态特性 单臂电桥： 差动半桥： 差动全桥： 输入量ΔZ相同的情况下，差动半桥的输出近似为单臂电桥的两倍，差动全桥是差动半桥的两倍，近似为单臂电桥的四倍。 恒压源供电 恒流源供电 * 电桥灵敏度 单臂电桥： 差动半桥： 差动全桥： 灵敏度： 差动半桥的灵敏度近似为单臂电桥的两倍，差动全桥的灵敏度是差动半桥的两倍，近似为单臂电桥的四倍。 单臂电桥的灵敏度不为常数，具有非线性； 差动半桥的灵敏度和差动全桥的灵敏度与ΔZ无关且为常数，是理想的直线。 恒压源供电 恒流源供电 * 电桥对同符号干扰量的补偿特性(温度补偿） 单臂电桥： 差动全桥： 差动半桥： 差动电桥分子中没有ΔZT，消除了ΔZT对被测作用量ΔZ的影响；分母中存在干扰量ΔZT，但以比值ΔZT/ Z很小,对输出影响很小。 恒流源供电的差动全桥，输入输出特性没有干扰量，理论上无温度误差。 恒压源供电