1、第 3 章 電阻式傳感器,通常采用電橋電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。根據(jù)電源的不同，電橋分直流 電橋和交流電橋。 用框圖表示為：,3.4 應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路,第 3 章 電阻式傳感器,戴維南定理：任意含源二端網(wǎng)絡(luò)，可以用一電壓源串電 阻的組合等效。其電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，電阻等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部獨(dú)立源置零后無源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。,補(bǔ)充：,（1）開路電壓,（2）短路電阻,第 3 章 電阻式傳感器,第 3 章 電阻式傳感器,3.4.1 直流電橋轉(zhuǎn)換原理,1.直流電橋平衡條件 電橋如圖（a）所示，圖中U為供橋電源電壓，R1、R2、R3 和R4為橋臂，電橋的輸出電壓為:,時(shí)電橋平衡，則平衡條件為：,這說明要使電

2、橋平衡，其相鄰 兩臂電阻的比值應(yīng)相等或相對(duì) 兩臂電阻的乘積相等。,第 3 章 電阻式傳感器,因?yàn)?， 其中任意一個(gè)電阻變化 或多個(gè)電阻變化輸出的電流值都隨之變化，這也就是電 橋轉(zhuǎn)換的原理，將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓（流）的變化 。,3.4.2直流電橋電壓靈敏度,如圖 (b)，設(shè)R1為工作應(yīng)變片，由于應(yīng)變使電阻變化R1， R2、R3和R4為固定電阻。U0為輸出電壓，并設(shè)RL，初 始狀態(tài)電橋平衡，U00，當(dāng)有R1時(shí)，電橋輸出電壓：,第 3 章 電阻式傳感器,設(shè)橋臂比nR2/R1，由于電橋初始平衡有R2/R1R3/R4， 略去分母中的R1/R1，可得：,第 3 章 電阻式傳感器,電橋靈敏度定義為： 可得

3、單臂工作應(yīng)變片的電橋電壓靈敏度為:,可知n1時(shí)，即R1R2，R3R4時(shí)，Sv電橋的電壓靈敏度最高。,第 3 章 電阻式傳感器,3.4.3 對(duì)稱電橋 （1）R2=R1,R4=R3時(shí) ，稱第一類對(duì)稱電橋（半等臂電橋）； （2）R1=R4,R2=R3時(shí)，稱第二類對(duì)稱電橋（半等臂電橋）； （3） R1=R2R3=R4時(shí) ，稱全等臂電橋。,3.4.4 電橋的輸出特性,電橋的平衡條件：R1R3=R2R4 或R1/R2=R4/R3 。,1）全等臂電橋的輸出特性,第 3 章 電阻式傳感器,設(shè)電橋的四個(gè)臂都由應(yīng)變片組成，則此時(shí)輸出電壓的 變化量為,設(shè)供橋電壓 常數(shù)，且 ，對(duì) 求全微分,已知,第 3 章 電阻式傳

4、感器,全等臂電橋R1=R2=R3=R4,得：,令: 得,2）單臂電橋的輸出特性,3）第一類對(duì)稱電橋的輸出特性,設(shè)R1，R2為工作臂，此時(shí)R1 R1+R1, R2 R2+R2,第 3 章 電阻式傳感器,4）第二類對(duì)稱電橋的輸出特性,設(shè)R1，R4為工作臂，此時(shí)R1 R1+R1, R4 R4+R4，,5)電橋的輸出的非線性特性及非線性誤差,線性特性 當(dāng)RR時(shí)，可視U0為線性，即：,非線性誤差 當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度很大或者測(cè)量大的應(yīng)變時(shí)， 將會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。,第 3 章 電阻式傳感器,由于,可見非線性誤差和R1/R1有關(guān)，對(duì)于金屬絲應(yīng)變片， 因?yàn)镽非常小。電橋非線性誤差可以忽略，對(duì)于半導(dǎo)體 應(yīng)變片，因?yàn)?/p>

5、靈敏度比金屬絲大得多，受應(yīng)變時(shí)R很大， ，非線性誤差不能忽略。,將分母1+R1/2R1按冪級(jí)數(shù)展開， 再略去高階量，得：,第 3 章 電阻式傳感器,為了減小和克服非線性誤差，常采用差動(dòng)電橋。如圖（a)，試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片，一片受拉，一片受壓，然后接入電橋相鄰臂，跨在電源二端。電橋輸出電壓：,3.4.5 非線性誤差的補(bǔ)償,第 3 章 電阻式傳感器,設(shè)初始時(shí)R1R2R3R4， R1R2，則：,可見輸出電壓U0與R1/R1成嚴(yán)格的線性關(guān)系，沒有非線性 誤差，電橋靈敏度：,為了提高電橋靈敏度或進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在電橋臂中往往安置 多個(gè)應(yīng)變片。電橋也可采用二臂或四臂電橋。如圖（b） 為四臂電橋，同理可得電橋輸出電壓為： ,第 3 章 電阻式傳感器,電壓靈敏度為：SvU，為單臂情況下 的四倍。,利用電橋的特性不僅可以提高靈敏度，還可以抑制干擾信 號(hào)，因?yàn)楫?dāng)電橋的各臂或相鄰兩臂同時(shí)有某一個(gè)增量時(shí)， 對(duì)電橋的輸出沒有影響。,第 3 章 電阻式傳感器,直流電橋的優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定度的直流電源易于獲得