10-2第四章中间转换电路分析报告.ppt

第四章、中间转换电路P121 工程测试技术基础 电阻电感电容转化为电压电流等信号 传感器信号中含有大量干扰信号 电桥 电桥的作用：将电阻、电感或电容的变化量转化成电压或电流量，以便后续电路测量记录。 电桥组成：四个阻抗构成。 按照接入电源电压：直流电桥和交流电桥。 按照输出测量的方式：平衡电桥和非平衡电桥。 （一）?直流电桥－电阻测量电路 应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。电阻应变片的测量线路多采用交流电桥(配交流放大器)，其原理和直流电桥相似。直流电桥比较简单，因此首先分析直流电桥，如图所示。 若电桥的负载电阻RL为无穷大，则B、D两点可视为开路，上式可以化简为 电桥平衡条件 当电桥平衡时，Uo=0，则有 R1R4=R2R3 或 电桥平衡条件：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应相等。 设R1为应变片的阻值，工作时R1有一增量ΔR，当为拉伸应变时，ΔR为正；压缩应变时，ΔR为负。在上式中以R1+ΔR代替R1，则 只有R1为应变片时 1、等臂电桥 当R1=R2=R3=R4=R时，称为等臂电桥。此时电桥输出可写为（四个桥臂都为工作臂时，都增加阻值） 一般情况下，ΔRi（i=1，2，3，4）很小，即RΔRi，略去上式中的高阶微量，并利用 式得到 ①当ΔRiR时，输出电压与应变呈线性关系。 ②若相邻两桥臂的应变极性一致，即同为拉应变 或压应变时，输出电压为两者之差；若相邻两 桥臂的极性不同时，输出电压为两者之和。 ③若相对两桥臂应变的极性一致时，输出电压为两者之和；相对桥臂的应变极性相反时，输出电压为两者之差。 利用上述特点可进行温度补偿和提高测量的灵敏度。 当仅桥臂AB单臂工作时，输出电压为 由前两式可知，当假定RΔR时，输出电压Ug与应变ε间呈线性关系。若假定不成立，则按线性关系刻度的仪表用来测量必然带来非线性误差。 全桥组桥 另有两种形式 半桥单臂 半桥双臂 全桥 输出电压以及灵敏度：半桥双臂是半桥单臂的两倍，全桥是半桥单臂的四倍 2、第一对称电桥 若电桥桥臂两两相等，即R1=R2=R，R3=R4=R′，则称它为第一对称电桥，如图，实质上它是半等臂电桥。设R1有一增量ΔR，电桥的输出电压为 U0 R2=R R4=R’ R1=R R3=R’ E 第一对称电桥 B A C D 上式表明：第一对称电桥的输出电压与等臂电桥相同。若RΔR，上式仍可化简为输出电压与应变成正比。 关于输出对称，单臂电桥 等臂 电桥 3、第二对称电桥 半等臂电桥的另一种形式为R1=R3=R，R2=R4=R′，称为第二对称电桥。若R1有一增量ΔR，则 当k1(RR ′)时，k/(1+k)1/2，其非线性较等臂电桥大；当k远小于1时，其非线性可得到很好改善；当k=1时，即为等臂电桥。 关于电源对称 忽略掉该部分时为线性 若RΔR，忽略上式分母中 项，得到 可见，在一定应变范围内，第二对称电桥的输出与应变呈线性关系，但比等臂电桥的输出电压小 倍 。 等臂桥输出电压 (二）交流电桥 电桥平衡条件： Z 4 Z 1 Z 3 Z 2 需同时满足下面两个条件： 相角不平衡举例 图中标号顺序跟前面不一样 纯电阻相角为0; 感性阻抗相角大于0； 容性阻抗相角小于0。 （1）如果 （2）如果 纯电感和电 容的复阻抗 对交流电桥的供电电源要求高，必须具有良好的电压波形和频率稳定性。前者影响其输出灵敏度；后者影响电桥平衡。 感性阻抗： 输出