電橋電路在測量中的應(yīng)用

1、電橋電路在測量中的應(yīng)用傳感器與檢測技術(shù) 電橋電路在測量中的應(yīng)用 被測量是非常微弱的，必須用專門的電路，最常用的電路就是各種電橋電路。1.1 直流測量電橋分析 如圖所示為最常用的電阻電橋，有四個電阻組成橋臂，一個對角接電源，另一個作為輸出。 1. 橋路形式 如圖所示，電橋各臂的電阻分別為R1、 R2、R3、R4。U為電橋的直流電源電壓。當(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋；當(dāng)R1=R2=R，R3=R4=R(RR)時，稱為輸出對稱電橋；當(dāng)R1=R4=R，R2=R3 =R(RR)時，稱為電源對稱電橋。 2. 工作方式 單臂工作：電橋中只有一個臂接入被測量，其它三個臂采用固定電阻； 雙

2、臂工作：如果電橋兩個臂接入被測量，另兩個為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式； 全橋方式：如果四個橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。 3. 輸出方式 電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負載情況而定。 （1）電流輸出型 當(dāng)電橋的輸出信號較大，輸出端又接入電阻值較小的負載如檢流計或光線示波器進行測量時，電橋?qū)⒁噪娏餍问捷敵?，如圖所示，負載電阻為Rg，由圖可得 應(yīng)用有源-端口網(wǎng)絡(luò)定理，電流輸出電橋可以簡化成下圖所示的電路。圖中E相當(dāng)于電橋輸出端開路電壓Uab，R為網(wǎng)絡(luò)的入端電阻。 流過負載Rg的電流為 當(dāng)Ig=0時，電橋平衡。故電橋平衡條件為 R1R3=R2R4或當(dāng)電橋負載電阻Rg等

3、于電橋輸出電阻時，即阻抗匹配時，有這時電橋輸出功率最大，電橋輸出電流為 輸出電壓為 當(dāng)橋臂R1為與被測量有關(guān)的可變電阻，且有電阻增量R時，略去分母中的R項則:對于輸出對稱電橋: 對于電源對稱電橋: 對于等臂電橋 ： 由以上結(jié)果可以看出，三種形式的電橋，當(dāng)RR時，其輸出電流都與應(yīng)變片的電阻變化率即應(yīng)變成正比，它們之間呈線性關(guān)系。（2）電壓輸出型 當(dāng)電橋輸出端接有放大器時，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達式為 單臂工作狀態(tài)，即R1為應(yīng)變片。 對于輸出對稱電橋： 對于電源對稱電橋： 對于等臂電橋： 由上面

4、三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時，電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng)RR時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化的情況下，等臂電橋的靈敏度要高。 在實際使用中為了進一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個被測信號接成兩個差動對稱的全橋工作形式，如圖所示，其輸出為： 由上式看出，由于充分利用了雙差動作用，它的輸出電壓為單臂工作時的4倍，大大提高了測量的靈敏度。 1.2 交流測量電橋分析 交流電橋通常是采用正弦交流電壓供電，在頻率較高的情況下需要考慮分布電感和分布電容的影響，主要用于隨時間變化的被測量。 1. 平衡條件 設(shè)交流電橋的電源電壓為，式中，Um為電源電壓的幅值；為電源電壓的角頻率，=2f；f為電源電壓的頻率，一般取被測量最高頻率的510倍。 在測量中，電橋的橋臂由可變電阻或固定無感精密電阻組成。由于分布電容的影響，當(dāng)四個橋臂均為可變電阻時電橋如圖所示。此時交流電橋的輸出電壓為 電橋平衡的條件為： Z1Z3=Z2Z 4 2. 輸出電壓 由于電橋電源是交流電壓，因此它的輸出電壓也是交流電壓，電壓的幅值和被測量的大小成正比。因此，可以通過電橋輸出電壓的幅值來測量被測量的大小，但無法通過輸出電壓來判斷