电桥电路和温度噪声应用研究

1、电桥电路和温度噪声应用研究摘要电桥电路应用较为普遍，尤其在传感器电 路中应用最为广泛。其中全桥电路又是应用最多的传感器电 路，传感器电路精度要求较高，温度漂移是误差的一个主要 来源，因此如何消除温度误差是传感器应用中的一个课题。 文章就全桥电路如何减小温度噪声的影响来分析，对工程应 用有实际的参考意义。关键词全桥电路；温度噪声；工程应用中图分类号：tn70文献标识码：a文章编号:1006-0278 (2013) 08-182-01一、引言温度是能够影响元器件性能的重要参数，温度变化引起 的元器件参数和性能的变化有些是我们不需要的，此时要设 法去消除温度的影响。其中，温度引起的元器件性能的变化

2、对采用电桥原理的传感器测量电路来说是有害的，我们称温 度引起的误差为温度噪声或温漂。文章主要对全桥电路的温 度噪声来分析噪声的来源和减小温度影响的措施。二、温度对电桥电路影响(一)恒压源全桥电路温漂分析如图1所示，使用恒压源供电的全桥电路，供电电压u, rl、r2、r3、r4的电阻值相同，都为r； rl、r2、r3、r4的 电阻值变化率分别为x、-x、-x、x其中x=,四个电阻的温 度漂移，其中是电桥每个桥臂的温漂系数，单位ppm,是每 个桥臂的温度变化量，根据电路的原理，可以得出：则桥路 总电流是为，每个桥臂上的电流，测量电路的输出端为 va-vb,则 va-vb 间的电压 i va-vb

3、|（一）恒流源全桥电路温漂分析如图2所示，使用恒流源供电的全桥电路，供电电流i, rl、r2、r3、r4的电阻值相同，都为r； rl、r2、r3、r4的 电阻值变化分别为x、-x、-x、x其中x二，四个电阻的温度 漂移，其中是电桥每个桥臂的温漂系数，单位ppm,是每个 桥臂的温度变化量，根据电路的原理，可以得出：则桥路总 电流是为，每个桥臂上的电流，测量电路的输出端为va-vb, 则va-vb间的电压| va-vb |三、温度噪声的影响从上面的分析可以看出，恒压源供电方式本身桥路会受 温度影响，引起灵敏度的非线性的误差。具体影响大小可以 以应变片传感器为例分析，以应变片式电桥为例，应变片一 般

4、使用康铜丝或镰鎔丝材料，材料温漂系数一般 50ppm-300ppm之间，以200ppm为例，计算温度的漂移。假 设温度的范围是io（rc,根据恒压源供电电桥灵敏度公式 va-vb=,则温度引起的测量误差最大可以达到2%,应变片温 度系数大小是影响恒压源方式电桥的主要因素。同样对恒流源供电桥路的分析可以看出，恒流源供电方 式电桥本身是不受温度影响的，然而恒流源本身一般会受到 温度的影响，一般恒流源的温度漂移系数为looppm-200ppm, 可以看出温度对恒流源本身造成的温漂对测量电路的影响 也很大。然而恒流源的温漂相对恒源源的温漂是可以消除 的，具体参见消除温度影响的措施。四、消除温度影响的措

5、施上面分析到恒压源供电全桥电路本身是受到温度的影 响的，恒流源供电全桥电路本身不受温度的影响但恒流源容 易受到温度的影响，如何能够消除温度的全桥电路的影响是 要解决的问题。（一）恒压源供电全桥电路温度噪声的消除根据其灵敏度公式可以看出，温度对恒压源供电全桥电 路带来误差和非线性的影响，因此可以通过减小的值或者的 值来减小温漂的影响。减小的值可以通过选择一些低温漂系数材料制成的全 桥电路来减小温漂的影响，比如温漂系数蓝宝石康铜硅材 料。减小可以通过稳定全桥的工作温度范围、使用多个温度 点分割，因此实际中一般对全桥多点做标定系数来减小温 漂。（二）恒流源供电全桥电路温度噪声的消除根据其灵敏度公式可

6、以看出，温度对于全桥本身无影 响，所以一般全桥电路都使用恒流源做激励源。但是，由于 恒流源本身一般也会受到温度的影响，所以如何消除恒流源 本身带来的温漂对号恒流源激励电路是首要的。将全桥电路串接一个低温漂的电阻，电阻的温漂系数是 5ppm,目的是用低温漂vc-vb的值去补偿恒流源受温度的影 响。假设恒流源温漂200ppm,负的温漂系数，r5的阻值是r, 标定温度是20",最高温度是70°c,即r5上的电压值为 v二0.99ir,即与标定温度相比，测量值只有最大值的0. 99 倍。则同样因为温度的变化=0. 99ix,由于的温漂与的温漂 的大部分都是由于恒流源的温漂引起的，可以用值来补偿的 值，这样就可以补偿大部分的温漂引起的误差。因此对于全桥电路，供电方式选择恒流源能较好的抑制 温度对电桥的噪声，若要消除温度对恒流源温漂的影响，如 上面所叙述，配合