計重秤-差動變壓器位移測量裝置在機械天平中的應用

：對線性差動變壓器(LVDT)及電子台秤其信號處理芯片AD598的工作原理進行了分析，利用差動式位移傳感器和AD598芯片設計了具有調零功能的位移信號調理電路，並將其應用在機械天平中，將機械位移信號轉化爲電信號。改裝後的機械天平具有讀數直觀，使用便捷的特點。
關鍵詞：差動變壓器；AD598芯片；機械天平

0 引言
天平是我們日常生活中常用的計量器具之一，也是計量部門進行質量量計數秤值傳遞不可缺少的重要計量器具，其性能好壞直接影響質量量值傳遞的可靠性，其中機械天平是一種傳統的仍被廣泛應用的精密儀器。
傳統機械天平使用時，依靠觀察機械式指針左右擺幅是否一致來判斷天平平衡，准確測量地磅出指針擺動的幅度是關鍵。機械天平兩個秤盤中重量的差引起指針擺幅變化，這種指針擺幅的變化可視作微位移量，尋找一種方法將這種微位移擴大，利于提高天平精度。差動變壓器式位移傳感器(LVDT)是一種靈敏度較高的互感式傳感器。具有分辨力高計重秤、穩定性好、精度高、溫度影響小等良好特性。
本文在傳統LVDT式位移傳感器的基礎上，使用AD598芯片來設計位移傳感器電路電子吊秤，並將位移傳感器應用在機械天平上對其進行改進，使用位移傳感器和電流表代替原來的機械式指針和金屬讀數標盤。

1 位移傳感器工作過程
差動變壓器式傳感器是把被測位移量轉換爲一次線圈與二次線圈間的互感量M的變化的裝置。當一次線圈接入激勵電源之後，二次線圈就將産生感應電動勢，當兩者間的互感量變化時，感應電動勢也相應變化。由于兩個二次線圈采用差動接法，故稱爲差動變壓器。等效電路圖如圖1所示。

機械天平兩個秤盤中重量的差引起指針擺幅變化，銅片也隨指針左右擺動，通過位移傳感器將機械位移量轉化爲電量。位移傳感器次邊輸出電壓通過AD598電路檢測後，最終由電流表顯示。

2 AD598芯片工作原理
AD598是一種完整的單片式線位移差動變壓器信號調節系統。AD598與LVDT配合，能夠直接將LVDT的機械位移量轉化成爲單極性或雙極性輸出的高 精度直流電壓。AD598芯片同時具有交流信號的放大、相敏檢波器、直流信號放大、産生正弦波振蕩器、濾波電路等功能，在外圍電路的構造中只要增加幾個外 接無源元件，就能確定激磁頻率和輸出電壓的幅值。
AD598芯片原理圖如所示，該芯片主要包含兩部分：一部分爲正弦波發生器，它的頻率及幅值均可由少數外接元件確定；另一部分爲LVDT次級的信號處理部分，通過這一部分産生一個與鐵芯位移成正比的直流電壓信號。

AD598既可驅動高達24 V、頻率範圍爲20 Hz～20 kHz的LVDT原邊線圈，又可接收最低爲100 mV的次級輸入，所以適用于許多不同類型的LVDT。ADS98芯片工作時，輸出的正弦波直接作用于差動變壓器的初級線圈；而傳感器次級線圈輸出的兩個正 弦波則可直接作爲AD598的輸入，AD598對它們進電子精密天平行處理，産生一個標定的單極性或雙極性直流電壓信號，其傳遞函數爲：
c電子磅秤。JPG
其中VA，VB爲傳感器次級線圈輸出的兩個正弦波電壓；IREF爲參考電流，一般取爲500 μA；R2爲輸出電壓調節電阻。