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电桥电路在丈量中的使用

一般地,被测量是非常微弱的,必须用专门的电路来测量这种微弱的变化,最常用的电路就是各种电桥电路,主要有直流和交流电桥电路。一、直流…

一般地,被丈量是十分弱小的,必须用专门的电路来丈量这种弱小的改变,最常用的电路便是各种电桥电路,首要有直流和沟通电桥电路。
一、直流丈量电桥剖析
如图1.4.1所示为最常用的电阻电桥,有四个电阻组成桥臂,一个对角接电源,另一个作为输出。
1、桥路方法
如图所示,电桥各臂的电阻分别为R1、R2、R3、R4,U为电桥的直流电源电压。当四臂电阻R1=R2=R3=R4=R时,称为等臂电桥;当R1=R2=R,R3=R4=R≠R时,称为输出对称电桥;当R1=R4=R,R2= R3=R≠R时,称为电源对称电桥。

图1.4.1 电桥电路 图1.4.2电流输出型
2、 作业方法
单臂作业:电桥中只要一个臂接入被丈量,其它三个臂选用固定电阻;双臂作业:假如电桥两个臂接入被丈量,另两个为固定电阻就称为双臂作业电桥,又称为半桥方法;全桥方法:假如四个桥臂都接入被丈量则称为全桥方法。
3、 输出方法
电桥的输出方法有电流型和电压型两种,首要依据负载状况而定。
1)电流输出型
当电桥的输出信号较大,输出端又接入电阻值较小的负载如检流计或光线示波器进行丈量时,电桥将以电流方法输出,如图1.4.2a所示,负载电阻为Rg由图中能够得
;
所以电桥输出端的开路电压UAB为
(1-4-1)
运用有源—–端口网络定理,电流输出电桥能够简化成图1.4.2a所示的电路。图中E相当于电桥输出端开路电压Uab,R为网络的入端电阻
(1-4-2)
由图1.4.2b能够知道。流过负载Rg的电流为(1-4-3)
当Ig =0时,电桥平衡。故电桥平衡条件为
R1R3=R2R4或
当电桥负载电阻Rg等于电桥输出电阻时,即阻抗匹配时,有


这时电桥输出功率最大,电桥输出电流为

(1-4-4)
输出电压为
(1-4-5)
当桥臂R1为与被丈量有关的可变电阻,且有电阻增量ΔR时,省略分母中的ΔR项则关于输出对称电桥, R1=R2=R,R3=R4=R

关于电源对称电桥,R1=R4=R,R2=R3=R≠R

关于等臂电桥,R1=R2=R3=R4=R

由以上成果能够看出,三种方法的电桥,当ΔR<<R时,其输出电流都与应变片的电阻改变率即应变成正比,它们之间呈线性关系。
2) 电压输出型
当电桥输出端接有放大器时,因为放大器的输入阻抗很高,所以能够以为电桥的负载电阻为无穷大,这时电桥以电压的方法输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压,其表达式为 (1-4-6)
设电桥为单臂作业状况,即R1为应变片,其他桥臂均为固定电阻。当R1感触被丈量发生电阻增量ΔR1时,由初始平衡条件R1R3=R2R4得,代入式(1-4-6),则电桥因为ΔR1发生不平衡引起的输出电压为
(1-4-7)
关于输出对称电桥,此刻R1=R2=R,R3=R4=R?/SUP>,当R1臂的电阻发生改变ΔR1=ΔR,依据(1-4-7)可得到输出电压为
(1-4-8)
关于电源对称电桥,R1=R4=R,R2=R3=R≠R。当R1臂发生电阻增量ΔR1=ΔR时,由式(1-4-7)得
(1-4-9)
关于等臂电桥R1=R2=R3=R4=R ,当R1的<电阻增量ΔR1=ΔR时,由式(1-4-7)可得输出<电压为
(1-4-10)
由上面三种成果能够看出,当桥臂应变片的电阻发生改变时,电桥的输出电压也跟着改变。当ΔR《R时,电桥的输出电压与应变成线性关系。还能够看出在桥臂电阻发生相同改变的状况下,等臂电桥以及输出对称电桥的输出电压要比电源对称电桥的输出电压大,即它们的灵敏度要高。因此在运用中多选用等臂电桥或输出对称电桥。
在实际运用中为了进一步进步灵敏度,常选用等臂电桥,四个被测信号接成两个差动对称的全桥作业方法,如图1.4.3所示。
由图1.4.3可见R1=R+ΔR,R2=R-ΔR,R3=R+δR,R4=R-ΔR,将上述条件代入式(1-4-6)得
(1-4-11)
由式(1-4-11)看出,因为充分利用了双差动效果,它的输出电压为单臂作业时的4倍,所以大大进步了丈量的灵敏度。

图1.4.3 等臂电桥全桥作业方法图1.4.4 沟通电桥

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