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电感电桥测量电感
设计要求
设计一个电桥测量电感的电路,要求比较准确测出0~10uh的可变电感器接在电路中的电感大小。要求设计思路要清楚。
把握以电桥法测量元器件参数电路设计的根本方法与技术。
独立完成设计任务,绘制原理框图,并先要用仿真软件进展仿真测试。
制定设计方案并验证,最终写下工作心得。
设计方案与论证
设计思路
同电阻电桥测量电阻的方法类似,在一般的电桥测量电感的方法中,同样存在着电桥电源电压不稳定性和非线性的影响问题。为了解决这个问题设计了一个型的不平衡电桥测量电感电路。
总体方案
先给电桥供给一个5V的沟通电压,分别通过电桥引出两路电压并接入高增益、低漂移、低噪声的放大器。从放大器出来的两个电压输入除法器。在除法器中运算后,输出的数值数字电压表测的数值。
设计的总框图如下所示
上图即为所设计型不平衡电桥测量电感电路的设计框图
设计原理及电路图
设计原理
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从图中可知U’
=—R/R·E/2·(wL/2wL)/(1+wL/2wL)
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AB 2 1 x x
=—R/R·E/2·(L/2L)/(1+L/2L)
2 1 x x
U’=—R/R·U=—R/R·E/2·1/(1+wL/2wL)
BD 4 3 BD 4 3 x
=—R/R·E/2·1/(1+L/2L)
2 1 x
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将U’
U’ 送入除法电路中则U’ /U’=U=RR/RR
·L/2L。
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AB BD
AB BD o
23 14 x
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电压U与电桥电源电压无关。电压U
o o
与被测电感L成正比,这样就实现了电桥
x
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的线性化,并且到达测量L的目的。电压U与电桥四臂电感成反比。
x o
在正弦沟通状况下,桥臂阻抗可以写成复数的形式
Z=R+jX=Zejφ
假设将电桥的平衡条件用复数的指数形式表示,则可得
Zejφ1·Zejφ3=Zejφ2·Zejφ4
1 3 2 4
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即 Z·Z
ej(φ1+φ3)=Z·Z
ej(φ2+φ4)
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1 3 2 3
依据复数相等的条件,等式两端的幅模和幅角必需分别相等,故有
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ZZ=ZZ
13 24
φ φ=φ+φ
1+ 3 2 4
上面就是平衡条件的另一种表现形式,可见沟通电桥的平衡必需满足两个条
件:一是相对桥臂上阻抗幅模的乘积相等;二是相对桥臂上阻抗幅角之和相等。当调整可变电感器时,电桥不平衡,所以输出两组不同的电压送入除法电路。
设计电路图
AD532芯片的介绍:AD532是首款预调整的单芯片乘法器/除法器;无需任何外部调整电阻或输出运算放大器,即可保证±%的最大乘法误差和±10V的输出电压范围。AD532经过内部调整,易于使用,为设计工程师供给了一种有吸引力的模乘法器替代方案,而且其单芯片构造在尺寸、牢靠性和本钱上具有显著的优势。此外,AD532可以直接取代其它要求外部调整网络的IC乘法器〔如AD530等〕。它的封装图如下所示:
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AD532外部引脚图
AD532的特性:预调整至±%(AD532K),无需外部元件,保证最大±%的
四象限,误差(AD532K。
技术指标:差分输入,传递函数为(X-X)(Y-Y)/10V,单芯片构造,低
本钱。
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OPAMP_3T的介绍:芯OPAMP_3T片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大
器集成电路。由于具有OPAMP_3T格外低的输入失调电压〔对于最OPAMP_3T大为25μV〕,所以OPAMP_3T在很多应用场合不需要额外的调零措施。同OPAMP_3T时具有输入偏置电流低〔为±2nA〕和OPAMP_3T开环增益高〔对于OPAMP_3T为300V/mV〕的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得OPAMP_3T特别适用于高
增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点:
超低偏移:150μV最大。
低输入偏置电流:。
低失调电压漂移:/℃。超稳定,时间:2μV/month最大高电源电压范围:±3V至±22V
工作电源电压范围是±3V~±18V;OPAMP_3T完全可以用单电源供电,你说的+5V,-5V确定没有问题,用单+5V也可以供电,但是线性区间太小,单电源供电,模拟地在1/>8V,否则线性区实在太小,放大倍数无法做大,一不留神,就充顶饱和了。我始终用+12V,-12V双电源供电。
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图为OPAMP_3T外型图片
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元器件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
V1
AC
电压5V频率60HZ
1个
沟通电压
L1~L4
AL0307
100uh
4个
四臂电感
L5
MD-0505A
0~10uh
1个
可变电感器
U3、U4
OPAMP_3T
放大100倍
2个
放大器
R1~R8
EE序列
1K
8个
稳定性好的
电阻
XMM1
万用表
电压量程0~1V
1个
A1
AD532
Vs=+15V或-15V
1个
用其测电压
的功能
实现除法
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元件识别与检测
电感的识别:色环电感标注法与色环电阻的标注根本全都,从外观上看去,色环电感比色环电阻更粗一些。这里要选用的色环电感是棕黑棕色圈的。
其中电感器的标称方法有两种:第一种为直标法,其次种为色标法
直标法:马上电感量直接印在电感器上
色标法:即用色环表示电感量,单位为mH,第一二位表示有效数字,第三位表示倍率,第四位为误差。
电感的测量及好坏推断
〔1〕电感测量
将万用表打到蜂鸣二极管档,把表笔放在两引脚上,看万用表的读数。
〔2〕好坏推断
对于贴片电感此时的读数应为零,假设万用表读数偏大或为无穷大则表示电感损坏
对于电感线圈匝数较多,线径较细的线圈读数会到达几十到时几百,通常状况下线圈的直流电阻只有几欧姆。损坏表现为发烫或电感磁环明显损坏,假设电感线圈不是严峻损坏,而又无法确定时,可用电感表测量其电感量或用替换法来推断。
电感的代换原则
电感线圈必需原值代换〔匝数相等,大小一样〕。
贴片电感只须大小一样即可,还可用0欧电阻或导线代换。
电阻的识别:电阻主要有碳质电阻,碳膜电阻,金属膜电阻三类,应用最广的为碳膜电阻,最高档的为金属膜电阻。要想使用电阻,首先要弄清电阻的阻值。电阻的阻值除了直接标注之外,常以色环来标示,其中最常见的为4色环标示和5色环标示。此处选用的是棕黑红1K的电阻。
万用表:万用表选择的功能是测电压。
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硬件制作与调试
焊完电路后接上电源,当移动可变电感器的滑动杆转变电感器电感的大小时,觉察万用表的读数始终处于一个稳定的数字,并没有变化。马上断掉电源,检测电路焊接的节点是否消灭问题。从电源的争端对着电路图一一排查错误,看是否有短路和虚焊。检查过程中用万用表的电阻档进展检查,当短路时觉察电阻值为零,当是断路时觉察是电阻值无穷大。通过对每个焊接点的排查觉察有一处短路和一处断路才导致电压表的读数不随可变电感器的移动而变化。对两处的电压重进展焊接后,再接上电源,转变电感的大小,万用表显示相应的数值。再记录几组数值对电感的大小进展计算。
设计心得
本次课程设计让自己学到了很多学问,首先自己上图书馆和网上找到资料并依据教师的要求自己找一个课题。上网查阅元器件的PDF资料,确定相关的参数。并且计算整个过程电路,看给定的电压能否驱动整个元器件。在这个过程中熬炼了自己搜寻学问和独立思考的力气。其次,在焊接电路的过程中学到了确定要有认真认真的态度,熬炼了动手实践的力气。最终,完成电路后消灭了问题,经过自己的自****排查并解决问题。熬炼了觉察问题、找出问题、解决问题的力气。通过这次课设让自己对电子测量这门课程学问的进一步的了解和把握。
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参考文献
〔1〕蒋焕文,:***出版社,2023.
(2)郑家祥,:国防工业出版社,1981.
〔3〕陈尚孙,郭庆,.
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