电桥电路和温度噪声应用研究

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1、电桥电路和温度噪声应用研究［摘要］电桥电路应用较为普遍，尤其在传感器电路中应用最为广泛。其中全桥电路又是应用最多的传感器电路，传感器电路精度要求较高，温度漂移是误差的一个主要来源，因此如何消除温度误差是传感器应用中的一个课题。文章就全桥电路如何减小温度噪声的影响来分析，对工程应用有实际的参考意义。［关键词］全桥电路；温度噪声；工程应用中图分类号：TN70文献标识码：A文章编号:1006-0278(2013)08-182-01一、引言温度是能够影响元器件性能的重要参数，温度变化引起的元器件参数和性能的变化有些是我们不需要的，此时要设法去消除温度的影响

2、。其中，温度引起的元器件性能的变化对采用电桥原理的传感器测量电路来说是有害的，我们称温度引起的误差为温度噪声或温漂。文章主要对全桥电路的温度噪声来分析噪声的来源和减小温度影响的措施。二、温度对电桥电路影响(一)恒压源全桥电路温漂分析如图1所示，使用恒压源供电的全桥电路，供电电压U,Rl、R2、R3、R4的电阻值相同，都为R；Rl、R2、R3、R4的电阻值变化率分别为x、-x、-x、x其中x=,四个电阻的温度漂移，其中是电桥每个桥臂的温漂系数，单位ppm,是每个桥臂的温度变化量，根据电路的原理，可以得出：则桥路总电流是为，每个桥臂上的电流，测量电路的

3、输出端为Va-Vb,则Va-Vb间的电压IVa-Vb

4、（一）恒流源全桥电路温漂分析如图2所示，使用恒流源供电的全桥电路，供电电流I,Rl、R2、R3、R4的电阻值相同，都为R；Rl、R2、R3、R4的电阻值变化分别为x、-x、-x、x其中x二，四个电阻的温度漂移，其中是电桥每个桥臂的温漂系数，单位ppm,是每个桥臂的温度变化量，根据电路的原理，可以得出：则桥路总电流是为，每个桥臂上的电流，测量电路的输出端为Va-Vb,则Va-Vb间的电压

5、Va-Vb

6、三、温度噪声的影响从上面的分析可以看出，恒压源供电方式本身桥路会受温度影响，引起灵敏度的非线性的误

7、差。具体影响大小可以以应变片传感器为例分析，以应变片式电桥为例，应变片一般使用康铜丝或镰鎔丝材料，材料温漂系数一般50ppm-300ppm之间，以200ppm为例，计算温度的漂移。假设温度的范围是io（rc,根据恒压源供电电桥灵敏度公式Va-Vb=,则温度引起的测量误差最大可以达到2%,应变片温度系数大小是影响恒压源方式电桥的主要因素。同样对恒流源供电桥路的分析可以看出，恒流源供电方式电桥本身是不受温度影响的，然而恒流源本身一般会受到温度的影响，一般恒流源的温度漂移系数为lOOppm-200ppm,可以看出温度对恒流源本身造成的温漂对测量电路的影响

8、也很大。然而恒流源的温漂相对恒源源的温漂是可以消除的，具体参见消除温度影响的措施。四、消除温度影响的措施上面分析到恒压源供电全桥电路本身是受到温度的影响的，恒流源供电全桥电路本身不受温度的影响但恒流源容易受到温度的影响，如何能够消除温度的全桥电路的影响是要解决的问题。（一）恒压源供电全桥电路温度噪声的消除根据其灵敏度公式可以看出，温度对恒压源供电全桥电路带来误差和非线性的影响，因此可以通过减小的值或者的值来减小温漂的影响。减小的值可以通过选择一些低温漂系数材料制成的全桥电路来减小温漂的影响，比如温漂系数蓝宝石康铜硅材料。减小可以通过稳定全桥的工作温

9、度范围、使用多个温度点分割，因此实际中一般对全桥多点做标定系数来减小温漂。（二）恒流源供电全桥电路温度噪声的消除根据其灵敏度公式可以看出，温度对于全桥本身无影响，所以一般全桥电路都使用恒流源做激励源。但是，由于恒流源本身一般也会受到温度的影响，所以如何消除恒流源本身带来的温漂对号恒流源激励电路是首要的。将全桥电路串接一个低温漂的电阻，电阻的温漂系数是5ppm,目的是用低温漂Vc-Vb的值去补偿恒流源受温度的影响。假设恒流源温漂200ppm,负的温漂系数，R5的阻值是R,标定温度是20",最高温度是70°C,即R5上的电压值为V二0.99IR,即与标

10、定温度相比，测量值只有最大值的0.99倍。则同样因为温度的变化=0.99Ix,由于的温漂与的温漂的大部分都是由于恒流源的温漂引起的，可以用值来补偿的值，这样就可以补偿大部分的温漂引起的误差。因此对于全桥电路，供电方式选择恒流源能较好的抑制温度对电桥的噪声，若要消除温度对恒流源温漂的影响，如上面所叙述，配合上一个低温漂电阻，通过比较法可以消除温度对恒流源的影响，进而保证测量的精度。五、结束语通过对全桥电路的温漂的分析，可以使我们找到合适的方法，消除或减小温度带来的噪声，对实际的工程应用有所帮助。