第二章电桥基本原理

1、第二章第二章 力、压力传感器（一）力、压力传感器（一）清远职业技术学院清远职业技术学院1 1、 电位器式传感器电位器式传感器2 2、 应变式传感器应变式传感器3 3、 压阻式传感器压阻式传感器4 4、 热电式传感器热电式传感器5 5、 电容式传感器电容式传感器6 6、 变磁路传感器变磁路传感器7 7、 压电式传感器压电式传感器清远职业技术学院5、 电容式传感器6、 变磁路传感器7、 压电式传感器变变式传感器式传感器清远职业技术学院7、 压电式传感器式传感器式传感器清远职业技术学院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、 变磁路传感器功能材

2、料类功能材料类清远职业技术学院n 结构结构n 电位器式传感器用于什么场合？电位器式传感器用于什么场合？n 应用特点？应用特点？电刷电阻二、二、 电位器式传感器电位器式传感器清远职业技术学院短路段电刷电刷行程输出电压(电阻)n 灵敏度灵敏度n 阶梯特性和阶梯误差阶梯特性和阶梯误差n 分辨率分辨率 xtxqxxhxbxxR2 IxtxqxxhxbIxxRxxU2%100212SWRWR%1001SWRWRr清远职业技术学院n 电桥的平衡n 电桥的不平衡输出n 电桥的非线性误差3 3、 电桥原理电桥原理清远职业技术学院1 1、电桥电路的分类、电桥电路的分类 按照电源分类：按照电源分类：直流电桥、交流

3、电桥直流电桥、交流电桥 按照输出分类：按照输出分类：电流输出、电压输出电流输出、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。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，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。这时电桥以电压形式输出。电桥原理电桥原理清远职业技术学院2 2、恒压源供电的直流电桥的工作原理、恒压源供电的直流电桥的工作原理 132401234(

4、)()badaiR RR RUUUURRRRu特点特点: :1)1)当被测量无变化时，电当被测量无变化时，电桥平衡时桥平衡时输出为零输出为零。2)2)当被测量发生变化时，当被测量发生变化时，电桥平衡被打破，有电压电桥平衡被打破，有电压输出。输出的电压与被测输出。输出的电压与被测量的变化成比例。量的变化成比例。电桥的输出电压为电桥的输出电压为: : 检流计 清远职业技术学院u当输出电压为零时，电桥平衡，因此当输出电压为零时，电桥平衡，因此 或或 为电桥平衡条件。为电桥平衡条件。u为了获得最大的电桥输出，在设计时常使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（称为等臂电桥

5、）。当四个桥臂电阻都发生阻都发生变化时，电桥的输出为时，电桥的输出为13240R RR R1234RRRRR3124012341234()44iiURkURRRURRRR1243RRRR检流计清远职业技术学院 提问提问实际应用时，实际应用时， 不可能严格成不可能严格成比例关系比例关系1234RRRR、 、所以即使在未受所以即使在未受力时，桥路输出力时，桥路输出也不一定为零也不一定为零, ,应应如何调零呢如何调零呢清远职业技术学院 调节调节RPRP，最终可以，最终可以使使R R1 1 / /R R2 2 = =R R4 4/ /R R3 3（ R R1 1 、R R2 2 是是R R1 1、R

6、R2 2并联并联RPRP后的等后的等效电阻）效电阻），电桥趋于平，电桥趋于平衡，衡，U Uo o被预调到零位，被预调到零位，这一过程称为调零。图这一过程称为调零。图中的中的R R5 5是用于减小调节是用于减小调节范围的限流电阻。范围的限流电阻。 电桥平衡的条件电桥平衡的条件 ：R1*R3=R2*R4 电桥自动调零电桥自动调零清远职业技术学院3. 3. 恒流源供电的直流电桥的恒流源供电的直流电桥的工作原理工作原理 如图如图2-122-12所示为恒流源供电的直所示为恒流源供电的直流电桥测量电路。电桥输出为：流电桥测量电路。电桥输出为：1324011241234R RR RUI RI RIRRRR恒

7、压源电桥输出恒压源电桥输出图图2-12 2-12 恒流源供电的电桥恒流源供电的电桥测量电路测量电路132401234()()badaiR RR RUUUURRRR清远职业技术学院 全桥四臂工作方式全桥四臂工作方式的灵敏度最高，双臂的灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。灵敏度最低。单臂电桥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：0434211RRRuRRRuuiio111RRRRR44111iiouuku有应变时，有应变时，可得可得清远职业技术学院 R1、 R2为应变片，为应变片， R3、R4为固

8、定电阻为固定电阻 。应。应变片变片R1 、R2 感受到的感受到的应变应变 1 2以及产生的以及产生的电阻增量正负号相间电阻增量正负号相间，可以使输出电压，可以使输出电压Uo成倍地增大。成倍地增大。双臂电桥双臂电桥清远职业技术学院有应变时，一片受拉，另有应变时，一片受拉，另 一片受压，一片受压，R R1 1、R R2 2均为相均为相同应变测量片，又互为补偿片。此时阻值为同应变测量片，又互为补偿片。此时阻值为R R1 1+R+R1 1和和R R2 2-R-R2 2输出电压为：输出电压为： 可得可得iioukRRuu2121清远职业技术学院 全桥的四个桥臂都为应变片，如全桥的四个桥臂都为应变片，如果

9、设法使试件受力后，应变片果设法使试件受力后，应变片R1 R4产生的电阻增量（或感受到产生的电阻增量（或感受到的应变的应变 1 4）正负号相间，就可）正负号相间，就可以使输出电压以使输出电压Uo成倍地增大。上成倍地增大。上述三种工作方式中，全桥四臂工述三种工作方式中，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。采次之，单臂半桥灵敏度最低。采用全桥（或双臂半桥）还能实现用全桥（或双臂半桥）还能实现温度自补偿。温度自补偿。四臂全桥四臂全桥清远职业技术学院 图中，图中，R R1 1、R R3 3为相同应变测量片，有应变为相同应变测量片，有应变时，两片同时

10、受拉或同时受压。时，两片同时受拉或同时受压。R R2 2、R R4 4为补偿为补偿片片。可以计算输出电压为。可以计算输出电压为 ：iioukRRuu12结论：双臂电桥输出灵敏度是单臂电桥的两倍，全桥输出是结论：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双臂电桥的两倍。并且采用双臂和全桥测量，可以补偿由于。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。温度变化引起的测量误差。 清远职业技术学院 当环境温度升高当环境温度升高时，桥臂上的应变片时，桥臂上的应变片温度同时升高，温度温度同时升高，温度引起的电阻值漂移数引起的电阻值漂移数值一致，可以相互抵值一致，可以相互抵消，所以全桥的温漂消，所以全桥的温漂较小；半桥也同样能较小；半桥也同样能克服温漂。克服温漂。 全桥的温度补偿原理全桥的温度补偿原理力