变压器电桥优化方案

常用的变压器电桥有单边电压变压器电桥、单边电流变压器电桥和双边变压器电桥。图11.2-4所示，变压器电桥与普通交流电桥的主要区别是前者的供桥电源不是直接提供给电桥的，而是通过变压器耦合的方式。其优点是供桥电源和测量、放大电路的电源相互独立，增强了抗干扰能力，又可以通过提高电源E.的方式，增加电桥的灵敏度，是电感传感器常用的测量电路。

1.单边电压变压器电桥

图11.2-4（a）为单边电压变压器电桥，Z1和Z2为接入传感器的工作桥臂；变压器的次级线圈被等分为两半，作为平衡桥臂，每一半电压为/2。电桥A、B两点的电位差即为电桥的开路输出电压，以O点为电位参考点，可写出

如果测量前Z1＝Z2＝Z，由式（11.2-8）可知＝0，电桥处于平衡状态。

（1）单臂工作。测量时，设工作臂Z1产生的阻抗增量为ΔZ1，并考虑Z1＝Z2＝Z，Z≫ΔZ1，则式（11.2-8）写成

灵敏度为

在式（11.2-9）中有

图11.2-4　常见变压器电桥

（a）单边电压变压器电桥；（b）单边电流变压器电桥；（c）双边变压器电桥

因为Z≫ΔZ1，忽略高阶无穷小项，可得非线性

（2）差动工作情况。测量时，Z1和Z2差动工作，Z1产生增量为ΔZ1，而Z2产生相反的增量ΔZ2，且ΔZ1＝－ΔZ2＝ΔZ，将此代入式（11.2-8）可得

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如果Z1产生增量为ΔZ1＝－ΔZ，而Z2产生增量为ΔZ2＝ΔZ，则由式（11.2-8）可得

比较式（11.2-10）和式（11.2-11）可知，由于被测量作用方向的不同，电桥输出U.o相差一个负号。在交流情况下，是无法分辨出被测量的作用方向的。因此，还需要相敏整流电路。差动工作比单臂工作灵敏度高，线性好。

2.单边电流变压器电桥

单边电流变压器电桥如图11.2-4（b）所示，将变压器的原边线圈等分为两半，每半线圈阻抗为Zn/2（Zn为变压器原边阻抗），变压器互感为M。

在测量前Z1＝Z2＝Z，则有

由图11.2-4（b）可知，流过变压器原边的电流－＝0。所以，变压器副边电压＝M＝0，电桥处于平衡。

在测量时，Z1和Z2差动动作，设Z1产生增量为ΔZ1，Z2产生相反增量ΔZ2，且ΔZ1＝－ΔZ2＝ΔZ，并考虑Z1＝Z2＝Z，由图11.2-4（b）可写出

由于Z≫ΔZ，忽略（ΔZ）2的影响，电桥的开路输出电压为

同理可得ΔZ1＝－ΔZ，ΔZ2＝ΔZ时的输出电压

当电桥有一定的负载时，副边将有电流，通过变压器的互感作用，将会使减小。负载电阻愈小，电桥的灵敏度愈低。

从上述情况可以看出，变压器电桥与电阻平衡臂电桥相比，使用元件少，输出阻抗小，负载为开路时，电桥的非线性小。

图11.2-4（c）所示双边变压器电桥由读者自行分析。