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1、第28卷第6期惠州学院学报(自然科学版)Vol1281No162008年12月JOURNALOFHUIZHOUUNIVERSITYDec12008非平衡电桥特性的研究李庆春,刘俊刁,何婉芬,张莉(惠州学院电子科学系,广东惠州516007)摘要:对非平衡电桥的灵敏度和非线性误差进行研究,得到了实验结果和理论值一致的结果:对于灵敏度,当K=1时灵敏度最高,K越大或越小时灵敏度越低;对于非线性误差,则K越大非线性误差越小,K越小非线性误差越大,且非线性误差与输入电阻相对变化量成正比。在应用非平衡电桥进行测量时,
2、若对灵敏度要求较高,而对非线性误差的要求不那么高的情况下,可取K=1;若要求非线性误差尽量小,而对灵敏度的要求不需要太高的情况下,可取K=10。关键词:非平衡电桥;灵敏度;非线性误差中图分类号:TM938142文献标识码:A文章编号:1671-5934(2008)06-0072-07传感器技术越来越广泛地应用在非电学量测量和智能检测、自动控制系统中。对于电阻型传感器(如温度、压力等),利用非平衡电桥可以很快连续测量这些传感元件电阻值的变化,从而得到这些物理量(温度、压力)变化的信息。随着各类传感器日新月异
3、的发展,非平衡电桥的应用日益广泛。因此,对非平衡电桥特性进行研究具有重要意义。1测量原理[1]104111非平衡电桥工作原理如图1所示,当调节四个电阻使D、B两点电势相等时,电桥处于平衡,有R1R3==K。如果其中一个桥臂电阻(如R4)为传感元件,其阻值随待测物R2R4理量(如温度、压力)变化而改变,电桥处于非平衡态,D、B两点的电势差U不为零,U的大小反映了电阻变化情况,测出了U就知道待测物理量(温度、压力)的变化。忽略电源的内阻,非平衡电桥的开路电压为图1非平衡电桥工作原理RXR2R1RX-R2R3U
4、=UDB=UDC-UBC=-ε=ε(1)R3+RXR1+R2(R3+RX)(R1+R2)若采用高内阻的数字电压表接到电桥输出端,则输出电压R1RX-R2R3Ug≈U=ε(2)(R3+RX)(R1+R2)在测量前将电桥调至平衡,这时RX0=R4,当电阻改变至RX=R4+△R4时,电桥失△R4去平衡,令δ=,则有R4R1△R4KδUg=ε=δ(3)(R3+R4+△R4)(R1+R2)(1+K+δ)(1+K)收稿日期:2008-07-11基金项目:惠州学院教研教改经费资助项目(B05001)作者简介:李庆春(1
5、973-),男,广东惠州人,惠州学院助理实验师,研究方向为实验室管理和教务管理工作。第6期李庆春等:非平衡电桥特性的研究·73·从(3)式可看出不平衡电压与桥臂电阻的相对变化量δ不成线性关系。只有当δn(1+K)时,Ug=U0与δ才有近似的线性关系:KδU0=2ε(4)(1+K)112非平衡电桥的灵敏度和非线性误差灵敏度和非线性误差是非平衡电桥的两个重要性能。1)灵敏度[1]115非平衡电桥的输出电压灵敏度定义为△UgSV=(5)△δ9Ug(5)式可用来表示,即9δ9UgKSV==2ε(6)9δ(1+K+
6、δ)从(6)式可知,灵敏度SV是δ和K的函数。2)非线性误差[1]118非线性误差定义为Ug-U0D=(7)Ug将(3)、(4)式代入(7)式得:δD=-(8)1+K从(8)式看到,非线性误差D也是δ和K的函数。2灵敏度SV和非线性误差D的实验结果与理论值比较211SV和D理论值与δ的关系曲线1)取不同K值时灵敏度SV与δ的关系取δ为-0110～0110,ε为6100V,由式(6)得到不同K值时的SV与δ的关系曲线如图2所示。图2灵敏度理论值SV与δ的关系曲线·74·惠州学院学报(自然科学版)2008年第
7、28卷2)取不同K值时非线性误差D与δ的关系取与1)中相同的δ和K值,由式(8)得到D与δ的关系曲线如图3所示。图3非线性误差理论值D与δ的关系曲线212灵敏度SV和非线性误差D的实验结果[2]1)测量不平衡电压Ug与δ的关系采用杭州大华的DHQJ-5型教学用多功能电桥和ZX21型电阻箱测量不平衡电压Ug与δ的关系,为了便于比较电源电压均取6100V,实验数据列于表1、表2中。表1各种K值桥臂电阻的取值R1ε/VK=R1/ΩR2/ΩR3/ΩRX0ΩR2610012000200020001220006100
8、21000500100012500610001510002000100020006100550001000500010006100012100050001000500061001010000100050011950061000111000100005005000第6期李庆春等:非平衡电桥特性的研究·75·表2按表1参数测得的不平衡电压Ug与δ的关系Ug/mVδK=1K=2K=015K=5K=012K=10K=011-011-1
