摘要：对线性差动变压器(LVDT)及其信号处理芯片AD598的作业原理进行了剖析，运用差动式位移传感器和AD598芯片规划了具有调零功用的位移信号调度电路，并将其运用在机械天平中，将机械位移信号转化为电信号。改装后的机械天平具有读数直观，运用快捷的特色。
要害词：差动变压器；AD598芯片；机械天平
0 导言
天平是咱们日常日子中常用的计量用具之一，也是计量部分进行质量量值传递不行短少的重要计量用具，其功用好坏直接影响质量量值传递的可靠性，其间机械天平是一种传统的仍被广泛运用的精细仪器。
传统机械天平运用时，依托调查机械式指针左右摆幅是否共同来判别天平平衡，精确丈量出指针摇摆的起伏是要害。机械天平两个秤盘中分量的差引起指针摆幅改变，这种指针摆幅的改变可视作微位移量，寻觅一种办法将这种微位移扩展，利于进步天平精度。差动变压器式位移传感器(LVDT)是一种灵敏度较高的互感式传感器。具有分辨力高、稳定性好、精度高、温度影响小等杰出特性。
本文在传统LVDT式位移传感器的基础上，运用AD598芯片来规划位移传感器电路，并将位移传感器运用在机械天平上对其进行改善，运用位移传感器和电流表替代本来的机械式指针和金属读数标盘。
1 位移传感器作业进程
差动变压器式传感器是把被测位移量转化为一次线圈与二次线圈间的互感量M的改变的设备。当一次线圈接入鼓励电源之后，二次线圈就将发生感应电动势，当两者间的互感量改变时，感应电动势也相应改变。因为两个二次线圈选用差动接法，故称为差动变压器。等效电路图如图1所示。
将LVDT式位移传感器中的铜片固定在机械天平的指针上，如图2所示。
机械天平两个秤盘中分量的差引起指针摆幅改变，铜片也随指针左右摇摆，经过位移传感器将机械位移量转化为电量。位移传感器次边输出电压经过AD598电路检测后，终究由电流表显现。
2 AD598芯片作业原理
AD598是一种完好的单片式线位移差动变压器信号调度体系。AD598与LVDT合作，能够直接将LVDT的机械位移量转化成为单极性或双极性输出的高精度直流电压。AD598芯片一起具有沟通信号的扩大、相敏检波器、直流信号扩大、发生正弦波振荡器、滤波电路等功用，在外围电路的结构中只需添加几个外接无源元件，就能确认激磁频率和输出电压的幅值。
AD598芯片原理图如图3所示，该芯片首要包括两部分：一部分为正弦波发生器，它的频率及幅值均可由少量外接元件确认；另一部分为LVDT次级的信号处理部分，经过这一部分发生一个与铁芯位移成正比的直流电压信号。
AD598既可驱动高达24 V、频率规模为20 Hz～20 kHz的LVDT原边线圈，又可接纳最低为100 mV的次级输入，所以适用于许多不同类型的LVDT。ADS98芯片作业时，输出的正弦波直接作用于差动变压器的初级线圈；而传感器次级线圈输出的两个正弦波则可直接作为AD598的输入，AD598对它们进行处理，发生一个标定的单极性或双极性直流电压信号，其传递函数为：
其间VA，VB为传感器次级线圈输出的两个正弦波电压；IREF为参阅电流，一般取为500 μA；R2为输出电压调度电阻。
3 传感器信号调度电路
将LVDT与AD598衔接在一起，再配上一些电阻器和电容器，就组成一个精细位移传感器。如图4所示。
3．1 参数挑选
双端供电情况下，参数挑选进程如下：
(1)确认丈量体系的机械频带：fSUBSYSTEM；
(2)挑选LVDT的鼓励频率：fEXCITATION=10×fSUBSYSTEM；
(3)确认LVDT次级电压和VA+VB：用典型的鼓励电压VPRI鼓励LVDT，将铁芯移动到中心零点方位时，测出VA和VB值并求和；
(4)确认最佳激磁电压VEXC：在LVDT初级加上典型鼓励电压VPRI，然后将铁芯放在满量程方位，测出次级最大输出电压VSEC，确认出LVDT的电压转化比VTR；
VTR=VPRI／VSEC (2)
VEXC=VSEC×VTR (3)
(5)关于双端供电，查阅AD598芯片手册，依据VEXC确认电阻R1；
(6)确认激磁电压频率C1：C1=35 μF×Hz／fEXCITATION；
(7)挑选确认激磁电压频率的电容C2、C3和C4，C2=C3=C4=10-4F×Hz／fSUBSYSTEM；
(8)挑选决议AD598增益和满量程输出电压规模的电阻R2。
R2=VOUT×(VA+VB)／(S×VPRI×500 μA×d) (4)
3．2 调零电路
实践运用中发现，铁芯坐落LVDT中心处时，输出电压并不为零。其原因是初级线圈与次级线圈之间存在有与铁芯方位无关的杂散%&&&&&%，以及绕组和磁路中短少对称性。此外，传感器安装在机械天平的进程中也不能确保彻底的对称性。为此规划了如图5所示的调零电路，即在本来鼓励线圈的基础上，在副边添加了E3-1和E3-2调整线圈，完成了调零功用。
4 试验
微位移信号检测电路调试后，安装在机械天平上，分别用10mg、20mg、30mg、40mg、50mg规范砝码进行多组测验，记载输出电流。
首要，在左盘放置规范砝码，右盘空置，测得数据记入在表1。
在右盘放置规范砝码，左盘空置，重新用相同质量的砝码进行检测，测得数据记入在表2，针对表1、2数据，对质量和相应的均匀电流进行曲线拟合，以天平左右托盘中砝码的质量差作为曲线横坐标，输出电流作为纵坐标，从图6能够看出，质量与电流根本契合比例关系。经过调零电路进行调度，零点输出电流近似为零，两条直线斜率绝对值根本共同，曲线近似于V字型。
针对表1、2数据，运用Matlab对数据进行拟合得到方程：
y(μA)=0．2514x(mg)+0．086 (5)
y(μA)=-0．2508x(mg)+0．112 (6)
5 定论
在机械天平基础上，运用AD598芯片和差动位移传感器规划微位移检测电路，经过位移检测电路将天平指针的摆幅位移信号扩大并转化为电信号，并在传感器中参加补偿绕组，运用调零电路。运用规范砝码进行实践称重测验发现改装后天平重复性较好，运用愈加直观，快捷，具有进步最小分度值的潜力。
