电阻应变片接桥ppt课件
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功率电桥（按低阻抗负载） 电压电桥（按高阻抗负载）
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3
2.常用的几个术语 ▲全桥： ▲半桥：
对臂
邻臂
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4
3.电桥平衡条件
▲直流电桥平衡条件：
R1 R2 R4 R3 或
R 1R3R2R40
相对桥臂电阻之积相等。
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5
▲交流电桥平衡条件
Z1Z3Z2Z4
或
Z1 Z 3 Z2 Z4
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） R i 仅发生微小变化；
R
4）假定各桥臂电阻起始是相等的。 由于 R K ，电桥输出公式又可写成:
R
U sc1 4K1324U sr
上式为电桥加减特性表达式。
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9
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，
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6
▲交流电桥平衡条件
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、电阻之积相等
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7
4.电桥输出公式
直流电桥、交流电桥均适合：
U sc 1 4 R R 1 R R 3 R R 2 R R 4 U sr
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8
电桥输出公式的使用前提条件：
15
一、 直流电桥
1.
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。
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16
图2-29 直流电桥
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17
U0U(R1R 1R2R3R 3R4)
当电桥平衡时, Uo=0, 则有
R1R4 = R2R3
或
R1 R3
R2 R4
（2-41）
U0U
n (1n)2
R1
R1
（2-43）
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20
电乔电压灵敏度定义为
ku
U0 R1
U
n (1n)2
R1
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。
★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 可通过输出与参考桥压的
以判断是拉应变还是压应 相位相同或是相反来判断
变。
拉、压应变的关系；
只要电阻调平衡。
既有电阻调平衡，又有电 ppt课件容完调整 平衡。
输出，两工作臂的作用互相抵消。
来自百度文库
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11
③四臂工作 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
Usc R RUsrKUsr
为单臂工作的4倍。
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12
电桥加减特性
说明：虽为直流电桥形式，但对交流电
桥形式也完全适用。
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13
★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。
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14
5. 交、直流电桥的异同点
(以输出为正电压的单臂电桥为例)
1 R1 2 R1
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=0.01, 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。
2.2.4 电阻应变片电阻传感器的测量电路
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1
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。
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2
1.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：
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21
由dku /dn = 0求RU的最大值, 得
dku dn
1n2 (1n)3
0
求得n=1时, ku为最大值。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
U0
U 4
R1 R
U ku = 4
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22
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。
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。
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18
2.
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≠0, 则电桥不平衡输出电压为
电桥输出电压
U sc 1 4 R RU sr1 4K U sr
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10
②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 1 ， 2 ， ，4 0，
3 0
电桥输出 U sc1 2 R RU sr1 2KU sr
▲若R1，R２产生ΔR的绝对值相等，符号相同 时，即 1 ， 2 , 则Usc=0，电桥无
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
n R1
U0
U
(1
n
R1 R1
)(1
n)
R1
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23
非线性误差为
R1
δ=
U0 U0 U0
R1 1 n
R1
R1
如果是四等臂电桥, R1=R2=R3=R4, 则
δ=
R1 2 R1
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19
U 0 U ( R 1 R R 1 1 R 2 R 3 R 3 R 4 ) U ( R 1 R 1 R R 1 R 2 ) 4 R 3 ( R 4 )
R4 R1
U
(1
R3 R1
R1 R2 )(1
R4
)
R1 R1
R3
设桥臂比n = R2/R1, 由于ΔR1 R1, 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
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2.常用的几个术语 ▲全桥： ▲半桥：
对臂
邻臂
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4
3.电桥平衡条件
▲直流电桥平衡条件：
R1 R2 R4 R3 或
R 1R3R2R40
相对桥臂电阻之积相等。
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5
▲交流电桥平衡条件
Z1Z3Z2Z4
或
Z1 Z 3 Z2 Z4
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） R i 仅发生微小变化；
R
4）假定各桥臂电阻起始是相等的。 由于 R K ，电桥输出公式又可写成:
R
U sc1 4K1324U sr
上式为电桥加减特性表达式。
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9
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，
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6
▲交流电桥平衡条件
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、电阻之积相等
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4.电桥输出公式
直流电桥、交流电桥均适合：
U sc 1 4 R R 1 R R 3 R R 2 R R 4 U sr
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8
电桥输出公式的使用前提条件：
15
一、 直流电桥
1.
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。
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16
图2-29 直流电桥
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U0U(R1R 1R2R3R 3R4)
当电桥平衡时, Uo=0, 则有
R1R4 = R2R3
或
R1 R3
R2 R4
（2-41）
U0U
n (1n)2
R1
R1
（2-43）
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20
电乔电压灵敏度定义为
ku
U0 R1
U
n (1n)2
R1
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。
★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 可通过输出与参考桥压的
以判断是拉应变还是压应 相位相同或是相反来判断
变。
拉、压应变的关系；
只要电阻调平衡。
既有电阻调平衡，又有电 ppt课件容完调整 平衡。
输出，两工作臂的作用互相抵消。
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11
③四臂工作 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
Usc R RUsrKUsr
为单臂工作的4倍。
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12
电桥加减特性
说明：虽为直流电桥形式，但对交流电
桥形式也完全适用。
ppt课件完整
13
★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。
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5. 交、直流电桥的异同点
(以输出为正电压的单臂电桥为例)
1 R1 2 R1
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=0.01, 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。
2.2.4 电阻应变片电阻传感器的测量电路
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1
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。
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1.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：
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由dku /dn = 0求RU的最大值, 得
dku dn
1n2 (1n)3
0
求得n=1时, ku为最大值。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
U0
U 4
R1 R
U ku = 4
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22
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。
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。
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18
2.
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≠0, 则电桥不平衡输出电压为
电桥输出电压
U sc 1 4 R RU sr1 4K U sr
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10
②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 1 ， 2 ， ，4 0，
3 0
电桥输出 U sc1 2 R RU sr1 2KU sr
▲若R1，R２产生ΔR的绝对值相等，符号相同 时，即 1 ， 2 , 则Usc=0，电桥无
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
n R1
U0
U
(1
n
R1 R1
)(1
n)
R1
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23
非线性误差为
R1
δ=
U0 U0 U0
R1 1 n
R1
R1
如果是四等臂电桥, R1=R2=R3=R4, 则
δ=
R1 2 R1
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U 0 U ( R 1 R R 1 1 R 2 R 3 R 3 R 4 ) U ( R 1 R 1 R R 1 R 2 ) 4 R 3 ( R 4 )
R4 R1
U
(1
R3 R1
R1 R2 )(1
R4
)
R1 R1
R3
设桥臂比n = R2/R1, 由于ΔR1 R1, 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