《测量电桥》PPT课件

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1、3测量电桥（电桥）本章内容3.1概述3.2直流电桥3.3交流电桥3.4电桥特性3.5电桥的平衡装置3.6电阻应变片的串联和并联3.1概述3.1.1电桥作用先看例子：若选用的应变片R=120Ώ，K=2当试件受载荷：1）σ=108Pa（1000kg/cm2）ΔR=0.12Ώ2）σ=105Pa（1kg/cm2）ΔR=0.00012Ώ可见：ΔR微小，用一般的测量仪器难于准确测得电阻的微小变化，需进行信号的转换、放大ΔRΔU（ΔI）放大，达到测量目的电桥是用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流信号，供其仪器获取测量信号，而起承上启下之作用3.

2、1.2电桥的组成及分类一、电桥的组成桥臂：四个，每臂有电阻R，分别记R1、R2、R3、R4供桥电压：UAC=U0输出信号：输出电压UBD=U输出电流Ig电桥的负载电阻：Rg，即测量仪器的内阻电桥结构电桥端点——A、B、C、D二、电桥的分类按供桥电源分：直流电桥、交流电桥按输出信号分：电压输出、功率（电流）输出按桥臂阻值分：全等臂电桥、半等臂电桥（包括立式桥R1=R4≠R2=R3、卧式桥R1=R2≠R3=R4）按工作臂数目分：单臂桥、半桥、全桥按电桥工作方式分：平衡电桥、不平衡电桥3.2直流电桥由直流电源供电的电桥电路，电阻构成电桥式电路的桥臂，

3、其：桥路的一对角线是输出端，一般接有高输入阻抗的放大器，因此，可以把电桥的输出端看成是开路，电路不受负载的影响在电桥的另一对角接点上加有直流电压3.2.1直流电桥的平衡条件一、桥臂电阻与输出电压的关系直流电桥的基本电路二、电桥平衡条件当电桥输出电压为零时，电桥处于平衡状态。即电桥的平衡条件表达式是：结论:电桥平衡，即电桥无输出，无信号。电桥的平衡与供桥电压及电桥负载无关测量前，电桥平衡（称为预调平衡）测量时，电桥不平衡，有输出信号，且电桥愈不平衡愈好，可得到最大的电桥输出信号电桥平衡条件是判断贴片位置及组桥线路正确与否的重要依据3.2.2直流电

4、桥的工作原理当电桥四个桥臂的电阻发生变化时而产生增量△R1、△R2、△R3、△R4时，电桥的平衡被打破，电桥此时的输出电压：若设且α=1时输出最大，有讨论：全桥1）全等臂电桥，即R1=R2=R3=R4若应变片灵敏系数K相等，则ΔRi/Ri=Kεi此时的电桥输出为:注意：每一项的正、负2）半等臂电桥卧式电桥，即R1=R2≠R3=R4：输出式同全等臂的立式电桥，即R1=R4≠R2=R3：输出式为2.半桥（二臂工作）有二臂电阻变化ΔR1、ΔR2，另二臂ΔR3=ΔR4=0，则电桥输出：3.单臂桥：仅有一臂电阻变化ΔR1，而ΔR2=ΔR3=ΔR4=0，则

5、电桥输出：结论：当K一定时，电桥的输出电压与应变片电阻变化或应变成正比，通过电桥把电阻或应变的变化转换成为电压的变化直流电桥工作原理全等臂电桥的输出灵敏度最高，而非线性误差最小，因此传感器的实际测量中多采用全等臂电桥直流电桥还可以功率（电流）形式输出3.3交流电桥3.3.1交流电桥的特点及其桥路一、特点电桥线路与直流电桥相同供桥电压为高频率的交流电——载波频率，达数千赫兹可测频率高的试件应变仪用交流放大器：无零点漂移，仪器稳定，使测量精度高；应变仪小，经济；存在分布电容桥路输出信号以电压为表征（Rg＞＞R）二、桥路输入端接入高频电压U=UmSi

6、nωt四个桥臂为阻抗元件ZZ——表示桥臂上存在电阻、电容和电感的作用通常感抗很小，可忽略，而因应变片的引线、导线及敏感栅而存在的分布电容可视为并联在桥臂上交流电桥3.3.2电桥平衡条件电桥输出：（以半桥为例）∵代入平衡关系：该电桥的平衡条件为：半桥接法的交流电桥3.3.3交流电桥的工作原理前提：电桥原始状态处于平衡，分布电容较小，且电容在测量过程中不允许变化则有：应变仪构成的交流电桥可看作为纯电阻电桥∴或注意：这里的U为交流电桥的供桥电压的瞬时值由上式可见：虽然桥臂输入的是静态拉应变ε，是一条静态的直线波形，而电桥输出电压为一正弦波，此为交流电

7、桥的调幅作用。即电桥输出电压是由应变信号通过电桥调制成调幅波形体现电桥的作用：转换、调幅参数测试测试前：首先接好各测试仪器。交流电源经变压器接到桥路的输入对角线上，从桥路的另一对角线输出电压为UOUT。当传感器输入的被测物理量x=0时，输出Cx=C0，交流电桥平衡测试时：传感器输出为Cx=C0+△C，交流电桥失去平衡，UOUT≠0，则可按电桥输出电压的大小来测量被测物理量x3.3.4交流电桥的电容影响在交流电桥测试中，测量导线之间和应变片与试件之间均存在着分布电容，这种分布电容的存在及其变化会严重影响电桥的平衡和输出，导致输出信号失真交流电桥的

8、电容影响具体体现在1）输出信号Uout中包含有电容项，使测量结果有误差2）尽管相敏检波器截止了部分电容影响项，但所有的信号均被放大器所放大，可能造成非