第二章-电桥基本原理

,第二章力、压力传感器（一）,清远职业技术学院,清远职业技术学院,一、概述1、电位器式传感器2、应变式传感器3、压阻式传感器4、热电式传感器5、电容式传感器6、变磁路传感器7、压电式传感器,几种典型的模拟式传感器,清远职业技术学院,概述1、电位器式传感器2、应变式传感器3、压阻式传感器4、热电式传感器5、电容式传感器6、变磁路传感器7、压电式传感器,几种典型的模拟式传感器,清远职业技术学院,概述1、电位器式传感器2、应变式传感器3、压阻式传感器4、热电式传感器5、电容式传感器6、变磁路传感器7、压电式传感器,几种典型的模拟式传感器,清远职业技术学院,1概述1、电位器式传感器2、应变式传感器3、压阻式传感器4、热电式传感器5、电容式传感器6、变磁路传感器7、压电式传感器,几种典型的模拟式传感器,清远职业技术学院,结构电位器式传感器用于什么场合？应用特点？,1、线绕式电位器的特性,二、电位器式传感器,清远职业技术学院,灵敏度阶梯特性和阶梯误差分辨率,2、线绕式电位器的特性,清远职业技术学院,电桥的平衡电桥的不平衡输出电桥的非线性误差,3、电桥原理,清远职业技术学院,1、电桥电路的分类按照电源分类：直流电桥、交流电桥按照输出分类：电流输出、电压输出电流输出：当电桥的输出信号较大，输出端又接入电阻值较小的负载时，电桥以电流形式输出。电压输出：当电桥输出端接放大器时，由于放大器输入阻抗很高，认为电桥的负载电阻无穷大，这时电桥以电压形式输出。,电桥原理,清远职业技术学院,2、恒压源供电的直流电桥的工作原理,特点:1)当被测量无变化时，电桥平衡时输出为零。2)当被测量发生变化时，电桥平衡被打破，有电压输出。输出的电压与被测量的变化成比例。,电桥的输出电压为:,清远职业技术学院,当输出电压为零时，电桥平衡，因此或为电桥平衡条件。为了获得最大的电桥输出，在设计时常使（称为等臂电桥）。当四个桥臂电阻都发生变化时，电桥的输出为,清远职业技术学院,提问,实际应用时，不可能严格成比例关系,？,所以即使在未受力时，桥路输出也不一定为零,应如何调零呢,清远职业技术学院,调节RP，最终可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并联RP后的等效电阻），电桥趋于平衡，Uo被预调到零位，这一过程称为调零。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。,电桥平衡的条件：R1*R3=R2*R4,电桥自动调零,清远职业技术学院,3.恒流源供电的直流电桥的工作原理,如图2-12所示为恒流源供电的直流电桥测量电路。电桥输出为：,恒压源电桥输出,图2-12恒流源供电的电桥测量电路,清远职业技术学院,全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。,单臂电桥,清远职业技术学院,图（a）中，只有一片应变片，则：无应变时，R1=R2=R3=R4=R，则桥路输出电压为：,有应变时，,可得,清远职业技术学院,R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻。应变片R1、R2感受到的应变12以及产生的电阻增量正负号相间，可以使输出电压Uo成倍地增大。,双臂电桥,清远职业技术学院,有应变时，一片受拉，另一片受压，R1、R2均为相同应变测量片，又互为补偿片。此时阻值为R1+R1和R2-R2输出电压为：,可得,清远职业技术学院,全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件受力后，应变片R1R4产生的电阻增量（或感受到的应变14）正负号相间，就可以使输出电压Uo成倍地增大。上述三种工作方式中，全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿。,四臂全桥,清远职业技术学院,图中，R1、R3为相同应变测量片，有应变时，两片同时受拉或同时受压。R2、R4为补偿片。可以计算输出电压为：,结论：双臂电桥输出灵敏度是单臂电桥的两倍，全桥输出是双臂电桥的两倍。并且采用双臂和全桥测量，可以补偿由于温度变化引起的测量误差。,清远职业技术学院,当环境温度升高时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能克服温漂。,全桥的温度补偿原理