《惠斯登电桥》课件.ppt

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1、3电阻式传感器的信号调节3-3惠斯登电桥：平衡测量3-4惠斯登电桥：偏转测量3-4-1灵敏度和线性3-4-2模拟线性化3-4-3校准和平衡3-4-4差值测量、平均值测量和补偿3-4-5电源3-4-6惠斯登电桥的检测方法10/27/202213-3惠斯登电桥：平衡测量 惠斯登电桥采用的比较测量法，通过调整电阻R4,使电流检测器示值为0，达到电桥达到平衡状态时,下式成立：R3=R4(R2/R1)与电源电压，电流无关 与电流检测器类型和阻抗无关 电源和电流检测器可互换（a)惠斯登电桥采用的比较测量法（b)消除接触电阻对平衡产生的影响10/27/20222远距离使用传感器采用3引线方式消除导线的影响，

2、如左图所示。采用一组3引线测量多个传感器，如左图所示。10/27/20223用示零法实现的一种自动惠斯登电桥平衡系统 采用输出两个互补电流源的数模转换器（DAC)。10/27/202243-4惠斯登电桥：偏转测量偏转测量：不使电桥恢复平衡，而是测量两个分压器之间的电压差或电流检测器的电流值。3-4-1灵敏度和线性 在图（a)中，若电桥在x=0时平衡，定义参数k:k=R1/R4=R2/R0则两分支的电压差两分支的电压差为：vo=Vr(R3/(R2+R3)-R4/(R1+R4)只有当xk+1时，输出电压才与R3成正比。对于x0，其灵敏度为如果电桥用恒定电流源供电，则输出电压10/27/20225对

3、金属应变片而言，x很少超过。为改善灵敏度，通常k=1。由于x很小，一般忽略电压输出公式分母中的x。由上述条件，可得 10/27/20226 3-4-2 3-4-2电阻式传感器电桥的模拟线性化电阻式传感器电桥的模拟线性化运放的输出vo使两个检测点的电压相等，使输出vo与x呈线性关系。vo=-Vr x/2运放的输出使两个检测电的电压相等，使输出vo与x呈线性关系。10/27/20227 3-4-3 3-4-3传感器电桥的校准和平衡传感器电桥的校准和平衡用并联电阻Rc来确定S。开关断开时，对于x=0.调节Ra，使vo=0。开关闭合后，输出偏转等于R3改变x所产生的偏转：RoRc/(Ro+Rc)=Ro

4、(1+x)x=-Ro/(Ro+Rc)于是，x=0时的灵敏度为 So=vo/xRo=-vo/Ro(1+Rc/Ro)调节平衡 电阻器存在容差，电桥往往不能满足平衡条件，增加Ra、Rb加以调节。10/27/20228 3-4-4 3-4-4传感器电桥的差值测量、平均值测量和补偿传感器电桥的差值测量、平均值测量和补偿 利用连接在电桥上的多路传感器，可以实现差值测量、平均值测量并可实现干扰补偿。(a)差值与多路传感器测量 左图的电路的不同支路上各加入两个传感器对差值进行测量。输出电压为10/27/20229两个如图放置在构件上的两个应变片将产生以下输出10/27/202210 受到大小相同、负号相反的应

5、变，如右图所示连接的两个应变将产生下列电压输出：10/27/202211 右图(a)所示电桥包含了粘贴在图(b)所示悬臂梁每一侧上的两个相同双应变组合片。输出电压为：输出为线性、且有比单一应变片高4倍的灵敏度。上述不同的测量连接分别称为：四分之一桥（一个传感器）半桥（二个传感器）全桥（四个传感器）10/27/20221210/27/202213（b)测量平均值 惠斯登电桥可以通过连接若干个传感器来测量平均值。如右图所示。电桥输出电压为：10/27/202214(c)温度补偿 应变片虽然对温度敏感，但电桥能将敏感程度减小到最小程度。右图所示，在同一电桥支路中作为工作应变片的平衡应变片能补偿由温度

6、变化引起的相对电阻变化y。平衡应变片未粘贴到受应力作用的材料上，所以它经历相同的温度变化，但不会与应变相关的变化x。半桥和全桥连接有自身热补偿。10/27/202215 3-4-5.3-4-5.惠斯登电桥的电源惠斯登电桥的电源电源稳定性的要求 供给桥路的电源电压应该是非常稳定的。输出电压受到电源电压变化的直接影响。dVr/Vr=dvo/vo 普通的稳压电源温漂太大(0.1%/)不能使用。避免电源影响的措施：比值测量电路(a)基于模数转换器的比值测量电路不要求电桥电源有高稳定性基于模数转换器的比值测量电路不要求电桥电源有高稳定性10/27/202216集成电路电压基准 即使用稳定度很差的电压源供

7、电，集成电路电压基准也能使激励电压维持恒定不变。如右图所示。远距离电桥供电 远距离电桥供电不能忽视引线电阻的影响，电桥两端的电压和电源的输出电压是有差异的。右图所示电路可以将所需电压加到远距离的电桥两端。采用恒定电流供电的电桥不存在引线压降问题。电桥交流激励与热电动势采用交流激励电源可以消除温差热电动势易受到杂散电容的影响电源频率应比被测对象的频率高十倍10/27/202217 3-4-6 3-4-6惠斯登电桥的检测惠斯登电桥的检测方法方法(a)差动放大器 (b)带悬浮电压的单端放大器(c)悬浮激励允许使用单端接地的放大器(d)悬浮电容允许将带有接地激励的电桥与单端接地的放大器连接。10/27/202218