第二章電橋基本原理

1、第二章第二章 力、壓力傳感器（一）力、壓力傳感器（一）清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1 1、 電位器式傳感器電位器式傳感器2 2、 應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器3 3、 壓阻式傳感器壓阻式傳感器4 4、 熱電式傳感器熱電式傳感器5 5、 電容式傳感器電容式傳感器6 6、 變磁路傳感器變磁路傳感器7 7、 壓電式傳感器壓電式傳感器清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院5、 電容式傳感器6、 變磁路傳感器7、 壓電式傳感器變變式傳感器式傳感器清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院7、 壓電式傳感器式傳感器式傳感器清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1、 電位器式傳感器2、 應(yīng)變式傳感器3、 壓阻式傳感器4、 熱電式傳感器5、 電容式傳感器6、 變磁路傳感器功能材

2、料類功能材料類清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n 電位器式傳感器用于什么場(chǎng)合？電位器式傳感器用于什么場(chǎng)合？n 應(yīng)用特點(diǎn)？應(yīng)用特點(diǎn)？電刷電阻二、二、 電位器式傳感器電位器式傳感器清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院短路段電刷電刷行程輸出電壓(電阻)n 靈敏度靈敏度n 階梯特性和階梯誤差階梯特性和階梯誤差n 分辨率分辨率 xtxqxxhxbxxR2 IxtxqxxhxbIxxRxxU2%100212SWRWR%1001SWRWRr清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院n 電橋的平衡n 電橋的不平衡輸出n 電橋的非線性誤差3 3、 電橋原理電橋原理清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1 1、電橋電路的分類、電橋電路的分類 按照電源分類：按照電源分類：直流電橋、交流

3、電橋直流電橋、交流電橋 按照輸出分類：按照輸出分類：電流輸出、電壓輸出電流輸出、電壓輸出 電流輸出：當(dāng)電橋的輸出信號(hào)較大，輸出端又接電流輸出：當(dāng)電橋的輸出信號(hào)較大，輸出端又接入電阻值較小的負(fù)載時(shí)，電橋以電流形式輸出。入電阻值較小的負(fù)載時(shí)，電橋以電流形式輸出。 電壓輸出：當(dāng)電橋輸出端接放大器時(shí)，由于放大電壓輸出：當(dāng)電橋輸出端接放大器時(shí)，由于放大器輸入阻抗很高，認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻無窮大，器輸入阻抗很高，認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻無窮大，這時(shí)電橋以電壓形式輸出。這時(shí)電橋以電壓形式輸出。電橋原理電橋原理清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2、恒壓源供電的直流電橋的工作原理、恒壓源供電的直流電橋的工作原理 132401234(

4、)()badaiR RR RUUUURRRRu特點(diǎn)特點(diǎn): :1)1)當(dāng)被測(cè)量無變化時(shí)，電當(dāng)被測(cè)量無變化時(shí)，電橋平衡時(shí)橋平衡時(shí)輸出為零輸出為零。2)2)當(dāng)被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，電橋平衡被打破，有電壓電橋平衡被打破，有電壓輸出。輸出的電壓與被測(cè)輸出。輸出的電壓與被測(cè)量的變化成比例。量的變化成比例。電橋的輸出電壓為電橋的輸出電壓為: : 檢流計(jì) 清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院u當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，電橋平衡，因此當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，電橋平衡，因此 或或 為電橋平衡條件。為電橋平衡條件。u為了獲得最大的電橋輸出，在設(shè)計(jì)時(shí)常使為了獲得最大的電橋輸出，在設(shè)計(jì)時(shí)常使 （稱為等臂電橋）。當(dāng)四個(gè)橋臂電（稱為等臂電橋

5、）。當(dāng)四個(gè)橋臂電阻都發(fā)生阻都發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出為時(shí)，電橋的輸出為13240R RR R1234RRRRR3124012341234()44iiURkURRRURRRR1243RRRR檢流計(jì)清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 提問提問實(shí)際應(yīng)用時(shí)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 不可能嚴(yán)格成不可能嚴(yán)格成比例關(guān)系比例關(guān)系1234RRRR、 、所以即使在未受所以即使在未受力時(shí)，橋路輸出力時(shí)，橋路輸出也不一定為零也不一定為零, ,應(yīng)應(yīng)如何調(diào)零呢如何調(diào)零呢清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RPRP，最終可以，最終可以使使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并聯(lián)并聯(lián)RPRP后的等后的等效電阻）效電阻），電橋趨于平，電橋趨于平衡，衡，U Uo o被預(yù)調(diào)到零位，被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖這一過程稱為調(diào)零。圖中的中的R R5 5是用于減小調(diào)節(jié)是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。范圍的限流電阻。 電橋平衡的條件電橋平衡的條件 ：R1*R3=R2*R4 電橋自動(dòng)調(diào)零電橋自動(dòng)調(diào)零清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院3. 3. 恒流源供電的直流電橋的恒流源供電的直流電橋的工作原理工作原理 如圖如圖2-122-12所示為恒流源供電的直所示為恒流源供電的直流電橋測(cè)量電路。電橋輸出為：流電橋測(cè)量電路。電橋輸出為：1324011241234R RR RUI RI RIRRRR恒

7、壓源電橋輸出恒壓源電橋輸出圖圖2-12 2-12 恒流源供電的電橋恒流源供電的電橋測(cè)量電路測(cè)量電路132401234()()badaiR RR RUUUURRRR清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 全橋四臂工作方式全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。靈敏度最低。單臂電橋單臂電橋清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖（a）中，只有一片應(yīng)變片，則：無應(yīng)變時(shí)，R1=R2=R3=R4=R，則橋路輸出電壓為：0434211RRRuRRRuuiio111RRRRR44111iiouuku有應(yīng)變時(shí)，有應(yīng)變時(shí)，可得可得清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 R1、 R2為應(yīng)變片，為應(yīng)變片， R3、R4為固

8、定電阻為固定電阻 。應(yīng)。應(yīng)變片變片R1 、R2 感受到的感受到的應(yīng)變應(yīng)變 1 2以及產(chǎn)生的以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相間電阻增量正負(fù)號(hào)相間，可以使輸出電壓，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。成倍地增大。雙臂電橋雙臂電橋清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院有應(yīng)變時(shí)，一片受拉，另有應(yīng)變時(shí)，一片受拉，另 一片受壓，一片受壓，R R1 1、R R2 2均為相均為相同應(yīng)變測(cè)量片，又互為補(bǔ)償片。此時(shí)阻值為同應(yīng)變測(cè)量片，又互為補(bǔ)償片。此時(shí)阻值為R R1 1+R+R1 1和和R R2 2-R-R2 2輸出電壓為：輸出電壓為： 可得可得iioukRRuu2121清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果

9、設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片R1 R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變的應(yīng)變 1 4）正負(fù)號(hào)相間，就可）正負(fù)號(hào)相間，就可以使輸出電壓以使輸出電壓Uo成倍地增大。上成倍地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。采次之，單臂半橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。溫度自補(bǔ)償。四臂全橋四臂全橋清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖中，圖中，R R1 1、R R3 3為相同應(yīng)變測(cè)量片，有應(yīng)變?yōu)橄嗤瑧?yīng)變測(cè)量片，有應(yīng)變時(shí)，兩片同時(shí)

10、受拉或同時(shí)受壓。時(shí)，兩片同時(shí)受拉或同時(shí)受壓。R R2 2、R R4 4為補(bǔ)償為補(bǔ)償片片?？梢杂?jì)算輸出電壓為?？梢杂?jì)算輸出電壓為 ：iioukRRuu12結(jié)論：雙臂電橋輸出靈敏度是單臂電橋的兩倍，全橋輸出是結(jié)論：雙臂電橋輸出靈敏度是單臂電橋的兩倍，全橋輸出是雙臂電橋的兩倍雙臂電橋的兩倍。并且采用雙臂和全橋測(cè)量，可以補(bǔ)償由于。并且采用雙臂和全橋測(cè)量，可以補(bǔ)償由于溫度變化引起的測(cè)量誤差。溫度變化引起的測(cè)量誤差。 清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 當(dāng)環(huán)境溫度升高當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂消，所以全橋的溫漂較??；半橋也同樣能較??；半橋也同樣能克服溫漂。克服溫漂。 全橋的溫度補(bǔ)償原理全橋的溫度補(bǔ)償原理力