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1、12.2.4电阻应变片电阻传感器的测量电路2电阻应变片的信号调理电路由于将应变等机械量转换为电阻的变化，此变化的数量是很微弱的，因此须采用高精度的测量电路——电桥测量电路。31.电桥分类：●按桥压分：直流电桥；恒流源电桥；恒压源电桥交流电桥●按输出方式分：功率电桥（按低阻抗负载）电压电桥（按高阻抗负载）42.常用的几个术语▲全桥：▲半桥：邻臂对臂53.电桥平衡条件▲直流电桥平衡条件：或相对桥臂电阻之积相等。6▲交流电桥平衡条件或7相对桥臂阻抗之积相等→可分解为：相对桥臂电阻之积相等相对应的电容、
2、电阻之积相等▲交流电桥平衡条件84.电桥输出公式直流电桥、交流电桥均适合：9电桥输出公式的使用前提条件：1）先决条件是：电桥起始是平衡的；2）无论各电阻如何变化，一定要在平衡点附近；3）仅发生微小变化；4）假定各桥臂电阻起始是相等的。由于，电桥输出公式又可写成:上式为电桥加减特性表达式。10电桥输出公式讨论：①单臂工作只有一只电阻R产生ΔR变化时，电桥输出电压11②双臂工作▲设R1产生正ΔR的变化，R２产生负ΔR的变化，且变化的绝对值相等；即，，，，电桥输出▲若R1，R２产生ΔR的绝对值相等，符号
3、相同时，即，,则Usc=0，电桥无输出，两工作臂的作用互相抵消。12③四臂工作设R1、R3产生正ΔR的变化，R2、R4产生负ΔR的变化，且ΔR绝对值相等，即R1、R3产生正应变，R2、R4产生负应变，且应变的绝对值相等，则电桥的输出为单臂工作的4倍。13说明：虽为直流电桥形式，但对交流电桥形式也完全适用。电桥加减特性14★重要结论：当相邻桥臂为异号或相对桥臂为同号的电阻变化时，电桥的输出可相加；当相邻桥臂为同号或相对桥臂为异号的电阻变化时，电桥的输出应相减。★电桥输出的八字原则:相邻相减，相对相加
4、。155.交、直流电桥的异同点(以输出为正电压的单臂电桥为例)★相同点：输出电压的幅值都与被测的应变成正比；★不同点：直流电桥交流电桥输出的是正或负的直流电压，与应变同频率变化。输出的是正弦调幅波；从输出电压的正或负，可以判断是拉应变还是压应变。可通过输出与参考桥压的相位相同或是相反来判断拉、压应变的关系；只要电阻调平衡。既有电阻调平衡，又有电容调平衡。16一、直流电桥1.直流电桥平衡条件电桥如图2-29所示,U为电源,R1、R2、R3及R4为桥臂电阻,RL为负载电阻。17图2-29直流电
5、桥18当电桥平衡时,Uo=0,则有R1R4=R2R3或（2-41）式（2-41）称为电桥平衡条件。这说明欲使电桥平衡,其相邻两臂电阻的比值应相等,或相对两臂电阻的乘积相等。192.直流电桥电压灵敏度R1为工作应变片，R2,R3,R4为电桥固定电阻，这就构成了单臂电桥。应变片工作时,其电阻值变化很小,电桥相应输出电压也很小,一般需要加入放大器放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多,所以此时仍视电桥为开路情况。当产生应变时,若应变片电阻变化为ΔR,其它桥臂固定不变,电桥输出电压Uo≠
6、0,则电桥不平衡输出电压为20设桥臂比n=R2/R1,由于ΔR1R1,分母中ΔR1/R1可忽略,并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3,则上式可写为（2-43）21电乔电压灵敏度定义为从上式分析发现:①电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压,供电电压越高,电桥电压灵敏度越高,但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制,所以要作适当选择;②电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数,恰当地选择桥臂比n的值,保证电桥具有较高的电压灵敏度。22由dku/dn=0求RU的最大值,得求得n=1时,ku为最大值。
7、这就是说,在电桥电压确定后,当R1=R2=R3=R4时,电桥电压灵敏度最高,此时有ku=23从上述可知,当电源电压U和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时,电桥的输出电压及其灵敏度也是定值,且与各桥臂电阻阻值大小无关。3.电桥的非线性误差由式（2-43）求出的输出电压因略去分母中的ΔR1/R1项而得出的是理想值,实际值计算为24非线性误差为δ=如果是四等臂电桥,R1=R2=R3=R4,则δ=对于一般应变片来说,所受应变ε通常在5×10-3以下,若取KU=2,则ΔR1/R1=KUε=0
8、.01,代入上式计算得非线性误差为0.5%;若ku=130,ε=1×１0-3时,ΔR1/R1=0.130,则得到非线性误差为6%,故当非线性误差不能满足测量要求时,必须予以消除。25为了减小和克服非线性误差,常采用差动电桥如图2-29(c)所示,在试件上安装两个工作应变片,一个受拉应变,一个受压应变,接入电桥相邻桥臂,称为半桥差动电路,该电桥输出电压为若ΔR1=ΔR2,R1=R2,R3=R4,则得Uo=由上式可知,Uo与（ΔR1/R1）呈线性关系,差动电桥无非线性误差,而且电桥
