传感器与检测技术第3版谢志萍06.ppt

第 6 章 传感器与检测系统的信号 处理技术 电子工业出版社 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 6.1.1 直流电桥 1 4 2 3 o ab ad 1 2 3 4 ( )( ) R R R R U U U U R R R R ? ? ? ? ? ? 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 假设电桥各臂电阻值都发生变化，其阻值的增量分别为 1 R ? 、 2 R ? 、 3 R ? 、 4 R ? ，则电 桥的输出为： 1 1 4 4 2 2 3 3 o 1 1 2 2 3 3 4 4 ( )( ) ( )( ) ( )( ) R R R R R R R R U U R R R R R R R R ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 将上式展开，取初始状态电桥的各臂阻值相等，即 1 2 3 4 R R R R R ? ? ? ? ，且一般情况下 R ? = R ，忽略 R ? 的高次项，则 o 1 2 3 4 ( ) 4 U U R R R R R ? ? ? ? ? ? ? ? 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 1 ．单臂工作电桥 1 3 2 4 1 2 o 2 1 2 3 4 1 1 2 ( ) ( )( ) ( ) R R R R R R R R U U U R R R R R R R R ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 o 2 1 1 4 4 ( ) R RR R U U U K U R R R R ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 o 2 2 ( ) ( ) R RR RR U U K R R R R R ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? o 4 4 R KU U U R ? ? ? ? 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 2 ．等臂双臂工作电桥 若等臂电桥相邻的两个桥臂接应变片，其中一个受拉，另一个受压，另外两个桥臂是固 定电阻，例如， 1 1 2 2 R K R K K ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ， 3 4 0 R R ? ? ? ? ；或者相对的两个桥臂接成应 变片，两个应变片的应变方向相同，另外两个桥臂是固定电阻，例如， 1 1 4 R K R ? ? ? ? ? 4 K K ? ? ? ? ， 2 3 0 R R ? ? ? ? 。则由式（ 6 - 3 ）可知其输出电压为： o 2 KU U ? ? 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 3 ．等臂全桥工作电桥 若桥臂上四个应变片的应变为 1 2 3 4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，则输出电压为： o U KU ? ? 根据电桥的加减速特性可知，组成等臂全桥测量电路，灵敏度最高，输 出电压最大。 直流电桥后续的放大电路可采用差动输入的运算放大器，对精度要求高 的可选用测量放大器，具体可参照 6.2.2 节。 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 例 6.1 采用阻值 350 ? 、灵敏度系数 K =2.0 的金属电阻应变片和阻值为 350 ? 的固定电阻组成电桥供桥电压为 8V ，并假定负载电阻无穷大。当 应变片上的应变为 1000μ 时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥及全桥 工作时的输出电压。 解： 单臂工作电桥的输出电压为： 6 3 8 2.0 1000 10 4 10 (V) 4 4 O U U K ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 双臂工作电桥的输出电压为： 6 3 8 2.0 1000 10 8 10 (V) 2 2 O U U K ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 全桥工作电桥的输出电压为： 6 3 8 2.0 1000 10 16 10 (V) O U UK ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 6.1.2 交流电桥 1 ．交流电桥的平衡条件 m sin u U t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 4 2 3 1 4 2 3 o m 1 2 3 4 1 2 3 4 sin Z Z Z Z Z Z Z Z U U U t Z Z Z Z Z Z Z Z ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 4 2 3 Z Z Z Z ? 传感器与检测技术 6.1 电桥电路 2 ．电阻交流电桥 例如，一个单臂接入应变片的等臂电桥，即 1 2 3 4 Z Z Z Z Z ? ? ? ? , 1 Z Z Z ? ? ? ，当 Z ? ＜ ＜ Z 时，忽略分母中 Z ? 的影响，根据式（ 6 - 11 ）可以得到电桥的输出电压为： o m 1 1 sin 4