《惠斯登电桥》PPT课件 (2)
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2021/3/18
• 运放的输出使两 个检测电的电压 相等，使输出vo
传感技术及应用与x呈线性关系。7
§ 3-4-3传感器电桥的校准和平衡
• 用并联电阻Rc来确定S。
开关断开时，对于x=0.调节Ra，使vo=0。
开关闭合后，输出偏转等于R3改变x所产生的偏转：
RoRc/(Ro+Rc)=Ro(1+x)
R3=R4 (R2/R1)
（a)惠斯登电桥采用的比较测量法
• 与电源电压，电流无关 • 与电流检测器类型和阻抗无关 • 电源和电流检测术及应用
2
（b)消除接触电阻对平衡产生的影响
• 远距离使用传感器
• 采用3引线方式消除导线的影响， 如左图所示。
• 采用一组3引RR线w3测量1多个RR传14感器 ，
传感技术及应用
5
• 对金属应变片而言，x很少超过0.02。为 改善灵敏度，通常k=1。由于x很小，一般 忽略电压输出公式分母中的x。
由上述条件，可得
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传感技术及应用
6
§ 3-4-2电阻式传感器电桥的模拟线性化
• 运放的输出vo使两个检测点的电 压相等，使输出vo与x呈线性关系 。 vo=-Vr x / 2
• (a)差值与多路传感器测量
左图的电路的不同支路上各 加入两个传感器对差值进行测量。输 出电压为
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传感技术及应用
9
两个如图放置在构件上的两个应变片将产生以下输出
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传感技术及应用
10
受到大小相同、负号相反的 应变，如右图所示连接的两个应变将 产生下列电压输出：
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传感技术及应用
13
（b)测量平均值
惠斯登电桥 可以通过连接若干 个传感器来测量平 均值。如右图所示 。电桥输出电压为 ：
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传感技术及应用
14
(c)温度补偿
应变片虽然对温度 敏感，但电桥能将敏感程 度减小到最小程度。
右图所示，在同一 电桥支路中作为工作应变 片的平衡应变片能补偿由 温度变化引起的相对电阻 变化y。平衡应变片未粘 贴到受应力作用的材料上 ，所以它经历相同的温度 变化，但不会与应变相关 的变化x。
§3-4惠斯登电桥：偏转测量
§3-4-1灵敏度和线性
§3-4-2模拟线性化
§3-4-3校准和平衡
§3-4-4差值测量、平均值测量和补偿
§3-4-5电源
§3-4-6惠斯登电桥的检测方法
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传感技术及应用
1
§3-3惠斯登电桥：平衡测量
惠斯登电桥采用的比较测量法， 通过调整电阻R4,使电流检测器示值 为0，达到电桥达到平衡状态时,下 式成立：
传感技术及应用
11
右图(a)所 示电桥包含了粘贴 在图(b)所示悬臂梁 每一侧上的两个相 同双应变组合片。 输出电压为：
输出为线性 、且有比单一应变 片高4倍的灵敏度 。
上述不同的
测：量四连分接分之别一称桥为 （一个传 感器）
半桥（二202个1/3传/18感器）
传感技术及应用
12
全桥（四个传感器）
如左图所示。
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传感技术及应用
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• 用示零法实现的一种自动惠斯登电桥平衡系统
采用输出两个互补电流源的数模转换器（DAC)。
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传感技术及应用
4
§3-4惠斯登电桥：偏转测量
偏转测量： 不使电桥恢复平衡，而
是测量两个分压器之间的电 压差或电流检测器的电流值 。
§3-4-1灵敏度和线性
采用交流激励电源可以消除温差热电动势电源频率应比被测对象的频率高十倍2021331传感技术及应用18346惠斯登电桥的检测方法a差动放大器b带悬浮电压的单端放大器c悬浮激励允许使用单端接地的放大器d悬浮电容允许将带有接地激励的电桥不单端接地的放大器连接
§3电阻式传感器的信号调节
§3-3惠斯登电桥：平衡测量
半桥和全桥连接有 自身热补偿。
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传感技术及应用
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§ 3-4-5. 惠斯登电桥的电源
• 电源稳定性的要求 供给桥路的电源电压应该是非常稳定的。输出电压受到电源
电压变化的直接影响。 dVr/Vr=dvo/vo
普通的稳压电源温漂太大(0.1%/℃)不能使用。 避免电源影响的措施：
• 比值测量电路
x=-Ro/(Ro+Rc)
于是，x=0时的灵敏度为
So= vo/xRo=-vo/Ro(1+Rc/Ro)
• 调节平20衡21/3/18
传感技术及应用
8
电阻器存在容差，电桥往往不能满足平衡条件，增加Ra、Rb加以调节。
§ 3-4-4传感器电桥的差值测量、平均值测量和补偿
利用连接在电桥上的多路 传感器，可以实现差值测量、平均 值测量并可实现干扰补偿。
(a) 基于模数转换器的比值测量电路不要求电桥电源有高稳定性
基于20模21数/3转/1换8 器的比值测量电路不传要感求技电术桥及电应源用有高稳定性
16
• 集成电路电压基准
即使用稳定度很差的电压源供电 ，集成电路电压基准也能使激励 电压维持恒定不变。如右图所示 。
• 远距离电桥供电
• 远距离电桥供电不能忽视引线 电阻的影响，电桥两端的电压和 电源的输出电压是有差异的。
在图（a)中，若电桥在x =0时平衡，定义参数k:
k=R1/R4= R2/R0 则两分支的电压差为：
vo=Vr(R3/(R2+R3) -R4/(R1+R4))
只 有 当 x<<k+1 时 ， 输 出 电 压 才与R3成正比。 2021/3/18 对于x＝0，其灵敏度为
如果电桥用恒定电流源供电，则输出电压
• (a)差动放大2器021(/b3)/带18悬浮电压的单端放大器传感(c技)悬术浮及激应励用允许使用单端接地的放大18 器 (d)悬浮电容允许将带有接地激励的电桥与单端接地的放大器连接。
感谢下 载
• 右图所示电路可以将所需电压加 到远距离的电桥两端。
• 采用恒定电流供电的电桥不存在 引线压降问题。
• 电桥交流激励与热电动势
• 采用交流激励电源可以消除温差 热电动势
• 易受到杂散电容的影响
• 电源频率应比被测对象的频率高 十倍
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§ 3-4-6惠斯登电桥的检测 方法
• 运放的输出使两 个检测电的电压 相等，使输出vo
传感技术及应用与x呈线性关系。7
§ 3-4-3传感器电桥的校准和平衡
• 用并联电阻Rc来确定S。
开关断开时，对于x=0.调节Ra，使vo=0。
开关闭合后，输出偏转等于R3改变x所产生的偏转：
RoRc/(Ro+Rc)=Ro(1+x)
R3=R4 (R2/R1)
（a)惠斯登电桥采用的比较测量法
• 与电源电压，电流无关 • 与电流检测器类型和阻抗无关 • 电源和电流检测术及应用
2
（b)消除接触电阻对平衡产生的影响
• 远距离使用传感器
• 采用3引线方式消除导线的影响， 如左图所示。
• 采用一组3引RR线w3测量1多个RR传14感器 ，
传感技术及应用
5
• 对金属应变片而言，x很少超过0.02。为 改善灵敏度，通常k=1。由于x很小，一般 忽略电压输出公式分母中的x。
由上述条件，可得
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传感技术及应用
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§ 3-4-2电阻式传感器电桥的模拟线性化
• 运放的输出vo使两个检测点的电 压相等，使输出vo与x呈线性关系 。 vo=-Vr x / 2
• (a)差值与多路传感器测量
左图的电路的不同支路上各 加入两个传感器对差值进行测量。输 出电压为
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两个如图放置在构件上的两个应变片将产生以下输出
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受到大小相同、负号相反的 应变，如右图所示连接的两个应变将 产生下列电压输出：
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（b)测量平均值
惠斯登电桥 可以通过连接若干 个传感器来测量平 均值。如右图所示 。电桥输出电压为 ：
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传感技术及应用
14
(c)温度补偿
应变片虽然对温度 敏感，但电桥能将敏感程 度减小到最小程度。
右图所示，在同一 电桥支路中作为工作应变 片的平衡应变片能补偿由 温度变化引起的相对电阻 变化y。平衡应变片未粘 贴到受应力作用的材料上 ，所以它经历相同的温度 变化，但不会与应变相关 的变化x。
§3-4惠斯登电桥：偏转测量
§3-4-1灵敏度和线性
§3-4-2模拟线性化
§3-4-3校准和平衡
§3-4-4差值测量、平均值测量和补偿
§3-4-5电源
§3-4-6惠斯登电桥的检测方法
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传感技术及应用
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§3-3惠斯登电桥：平衡测量
惠斯登电桥采用的比较测量法， 通过调整电阻R4,使电流检测器示值 为0，达到电桥达到平衡状态时,下 式成立：
传感技术及应用
11
右图(a)所 示电桥包含了粘贴 在图(b)所示悬臂梁 每一侧上的两个相 同双应变组合片。 输出电压为：
输出为线性 、且有比单一应变 片高4倍的灵敏度 。
上述不同的
测：量四连分接分之别一称桥为 （一个传 感器）
半桥（二202个1/3传/18感器）
传感技术及应用
12
全桥（四个传感器）
如左图所示。
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传感技术及应用
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• 用示零法实现的一种自动惠斯登电桥平衡系统
采用输出两个互补电流源的数模转换器（DAC)。
2021/3/18
传感技术及应用
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§3-4惠斯登电桥：偏转测量
偏转测量： 不使电桥恢复平衡，而
是测量两个分压器之间的电 压差或电流检测器的电流值 。
§3-4-1灵敏度和线性
采用交流激励电源可以消除温差热电动势电源频率应比被测对象的频率高十倍2021331传感技术及应用18346惠斯登电桥的检测方法a差动放大器b带悬浮电压的单端放大器c悬浮激励允许使用单端接地的放大器d悬浮电容允许将带有接地激励的电桥不单端接地的放大器连接
§3电阻式传感器的信号调节
§3-3惠斯登电桥：平衡测量
半桥和全桥连接有 自身热补偿。
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传感技术及应用
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§ 3-4-5. 惠斯登电桥的电源
• 电源稳定性的要求 供给桥路的电源电压应该是非常稳定的。输出电压受到电源
电压变化的直接影响。 dVr/Vr=dvo/vo
普通的稳压电源温漂太大(0.1%/℃)不能使用。 避免电源影响的措施：
• 比值测量电路
x=-Ro/(Ro+Rc)
于是，x=0时的灵敏度为
So= vo/xRo=-vo/Ro(1+Rc/Ro)
• 调节平20衡21/3/18
传感技术及应用
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电阻器存在容差，电桥往往不能满足平衡条件，增加Ra、Rb加以调节。
§ 3-4-4传感器电桥的差值测量、平均值测量和补偿
利用连接在电桥上的多路 传感器，可以实现差值测量、平均 值测量并可实现干扰补偿。
(a) 基于模数转换器的比值测量电路不要求电桥电源有高稳定性
基于20模21数/3转/1换8 器的比值测量电路不传要感求技电术桥及电应源用有高稳定性
16
• 集成电路电压基准
即使用稳定度很差的电压源供电 ，集成电路电压基准也能使激励 电压维持恒定不变。如右图所示 。
• 远距离电桥供电
• 远距离电桥供电不能忽视引线 电阻的影响，电桥两端的电压和 电源的输出电压是有差异的。
在图（a)中，若电桥在x =0时平衡，定义参数k:
k=R1/R4= R2/R0 则两分支的电压差为：
vo=Vr(R3/(R2+R3) -R4/(R1+R4))
只 有 当 x<<k+1 时 ， 输 出 电 压 才与R3成正比。 2021/3/18 对于x＝0，其灵敏度为
如果电桥用恒定电流源供电，则输出电压
• (a)差动放大2器021(/b3)/带18悬浮电压的单端放大器传感(c技)悬术浮及激应励用允许使用单端接地的放大18 器 (d)悬浮电容允许将带有接地激励的电桥与单端接地的放大器连接。
感谢下 载
• 右图所示电路可以将所需电压加 到远距离的电桥两端。
• 采用恒定电流供电的电桥不存在 引线压降问题。
• 电桥交流激励与热电动势
• 采用交流激励电源可以消除温差 热电动势
• 易受到杂散电容的影响
• 电源频率应比被测对象的频率高 十倍
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§ 3-4-6惠斯登电桥的检测 方法