检测技术及器 S10.自平衡电桥.ppt

检测技术及仪器 TM Technologyand Instruments MT,I ?? 检测元件与检测技术 简单变换中的阻抗匹配 有源元件 RL = RI 无源元件 RP0 = 2RL 电桥 等效电路 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥设计 电压输出时，单臂工作的电压灵敏度存在一定的非线性，双臂工作、四臂工作的电桥是线性的。 输出值均与 ? 和 E 成正比。 单臂工作电桥的灵敏度最低，双臂工作电桥、四臂工作电桥的灵敏度逐渐提高，非线性误差也小。 电压输出值与电阻的大小无关，仅与电阻相对变化量 ? 有关；电流输出值与电阻值及其相对变化量都有关。 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥设计 电桥结构由检测元件、变换元件的数量和构成方式决定 单臂工作单臂工作第二对称不平衡电桥设计 双臂工作/四臂工作差动结构 —— 变化相同放对臂、变化相反放邻臂参比结构 —— 变化相同放邻臂 桥臂电阻 供电电压 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥设计 电压输出（电压灵敏度） ①相对变化率 ②输出电压 ③非线性误差/最大化输出 ④供电电压 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥 电压灵敏度 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥设计 电流/功率输出（电流灵敏度）一种简化的设计方法（一般电桥） ①相对变化率 ②输出电压 ③非线性误差/最大化输出 ④供电电压 ⑤阻抗匹配 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥 电流灵敏度 第①部分基础知识 第二章　检测元件 与检测技术 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥的应用 参比式变换 应变片热输出的双丝半桥法和补偿块法 电桥（平衡电桥） 自平衡电桥 其它变换电路 仪表放大器 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥的应用 应变片的热输出补偿方法 热输出的补偿方法就是消除 ?t 对测量应变的干扰。 温度自补偿法 桥路补偿法利用电桥的两边臂上电压和、差原理来达到补偿- 双丝半桥式- 补偿块法 MT,I ?? 检测元件与检测技术 不平衡电桥的应用 应变片的热输出补偿方法 热输出的补偿方法就是消除 ?t 对测量应变的干扰。 温度自补偿法 桥路补偿法利用电桥的两边臂上电压和、差原理来达到补偿- 双丝半桥式- 补偿块法 MT,I ?? 检测元件与检测技术 电桥（平衡电桥） 不平衡电桥 单臂电桥的电压输出与 ? 为非线性关系 影响输出不确定度的因素多 桥路供电电压也影响输出 MT,I ?? 检测元件与检测技术 电桥（平衡电桥） 利用电桥平衡原理构成的电测仪器，不仅可以测电阻，也可以测电容、电感。并可通过这些物理量的测量来间接测量非电学量，例如温度、压力等，因此电桥电路在自动化仪表和自动控制中有着广泛的应用。 MT,I ?? 检测元件与检测技术 电桥（平衡电桥） 惠斯登电桥（Wheatstone Bridge） 1843 年 Charles Wheatstone 当电桥平衡时 与电桥供电电压无关 一般用于电阻的测量 也适用于电抗的测量 MT,I ?? 检测元件与检测技术 电桥（平衡电桥） 其它电桥 MT,I ?? 检测元件与检测技术 电桥（平衡电桥） 测量方法简明 仪器结构简单，操作方便 测量的灵敏度和精确度较高 需要手工调试 实际检测元件均非简单元件，采用一种电桥无法完成测量 MT,I ?? 检测元件与检测技术 实际电容检测元件 等效电路 C 为传感器电容 RP 为低频损耗并联电阻（包括极板简漏电和介质耗损） RS 为高频、高湿工作时的串联损耗电阻（包括导线、极板间和金属衬支座等损耗电阻） L 为电容器及引线电感 CP 为寄生电容、边缘效应电容 MT,I ?? 检测元件与检测技术 实际电感检测元件 等效电路 L 线圈电感 Re 铁心涡流损耗 Rc 线圈铜损电阻 Rh(f) 磁滞损耗电阻(是频率的函数) C 线圈寄生电容 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 实际应用 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 单臂工作不平衡电桥 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 单臂工作自平衡电桥 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 单臂工作自平衡电桥 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 单臂工作自平衡电桥 输出电压与电阻的相对变化率为线性关系 适用于电阻、电容和电感构成的电抗网络的测量 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 单臂工作自平衡电桥 例：电容-电压转换 MT,I ?? 检测元件与检测技术 自平衡电桥 实际应用 MT,I ?? 检测元件与检测技术 其它变换电路 脉宽调制 MT