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、压电式传感器变电阻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、压电式传感器变阻抗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、压电式传感器功能材料类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？电刷电阻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短路段电刷电刷行程输出电压(电阻)灵敏度阶梯特性和阶梯误差分辨率xtxqxxhxbxxR2IxtxqxxhxbIxxRxxU2%100212SWRWR%1001SWRWRr2、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132401234()()badaiRRRRUUUURRRR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:检流计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13240RRRR1234RRRRR3124012341234()44iiURkURRRURRRR1243RRRR检流计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1234RRRR、、、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：1324011241234RRRRUIRIRIRRRR恒压源电桥输出图2-12恒流源供电的电桥测量电路132401234()()badaiRRRRUUUURRRR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：0434211RRRuRRRuuiio111RRRRR44111iiouuku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1~2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+ΔR1和R2-ΔR2输出电压为：可得iioukRRuu2121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R1~R4产生的电阻增量（或感受到的应变1~4）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：iioukRRuu12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力传感器——应变式清远职业技术学院图中是四个桥臂均为测量片的电路，且互为补偿，有应变时，必须使相邻两个桥臂上的应变片一个受拉，另一个受压。可以计算输出电压为：RRuuio1清远职业技术学院