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* 2. 交流电桥的电源 要求: 稳定纯净的正弦波信号 有效频率范围(频率连续可调、固定频率点) 频率稳定度 幅值稳定度 电源输出电压和输出功率 二、电桥的驱动电源 * 电桥初始状态很难完全平衡(零位电势)。 原因:电桥四个臂上的阻抗在初始时很难做到完全相等; 后果:造成测量误差; 措施:调零 1. 直流电桥的调零 平衡条件: 调零原则:在初始时满足相对两桥臂阻值的乘积相等 (a)串联平衡 (b)差动串联平衡 (c)并联平衡 (d)差动并联平衡 二、电桥的调零 * (a)串联平衡 (b)差动串联平衡 (c)并联平衡 (d)差动并联平衡 二、电桥的调零 如果桥臂为电位计或热敏电阻传感器,?R/R变化范围大,希望平衡电阻可调范围大,一般选择串联平衡; 如果桥臂为电阻应变片, ?R/R变化范围小,可选并联; 差动连接的方式调整比较方便。 * 二、电桥的调零 * 二、电桥的调零 需同时满足电阻平衡条件和电容平衡条件; 所以需调整电容和电阻。 通过调节电位器,改变Z1和Z2的阻抗实现平衡。 通过调节差动式精密可变电容C,改变Z1和Z2的阻抗实现平衡。 * * 能量变换型(有源)和能量控制型(无源) * * 检测系统的二次项仍然存在,检测系统的非线性没有改善 * * * 输出电压灵敏度物理意义是,单位电阻相对变化量引起电桥输出电压的大小。 等臂电桥。 提高电源电压将使桥臂电阻功耗增加, 温度误差也随之增大 * 即若〖???_1〗∕??_1 =10%,则??=0.1/(2+0.1)=4.76%。 * * * * * * * * * * * * * 第1章第*页 EXIT 第1章第*页 EXIT * 第13章 信号的放大变换 * 13.1 传感器输出信号的特点与处理 13.2 检测系统的负载效应及阻抗匹配 13.3 典型放大电路 13.4 量程的自动切换及标度变换 * 13.1 传感器输出信号的特点与处理 * 一、传感器输出信号的特点 ① 形式多样。 ② 微弱,不易于检测。 ③ 输出阻抗高。 ④ 动态范围宽。 ⑤ 随着输入物理量而变化,多成非线性。 ⑥ 受环境因素影响。 ⑦ 存在噪声 * 二、传感器输出信号的处理方式 * 一、直接变换式 中间物理量 被测量 转换元件 位移 压力、温度、流速、力、加速度、扭矩等 应变片、电感、电容、霍尔元件 光量 气体成分、位移、浓度等 光电器件 热量 温度、流速等 热电偶、热敏电阻 可利用的中间物理量及转换元件 检测元件:有源检测元件;无源检测元件 * 一、直接变换式 有源检测元件与转换电路连接: 有源检测元件的等效电势为有效信号。 有效功率最大化:转换电路的输入阻抗与检测元件输出阻抗尽量匹配,尽量保证RL=Ri。 信号电压最大化:使RL尽可能大。 无源检测元件与转换电路连接: 阻抗变化量?ZP为有效信号。 为了提高检测灵敏度,要求: 检测元件阻抗的相对变化量要大, 外部电源EP的电压要高。 检测元件与转换电路的连接 * 结构简单、工作可靠; 开环仪表、准确度低; 线性度一般差; 检测元件与转换电路需要阻抗匹配 直接变换式的优缺点: 一、直接变换式 * 二、差动变换式(差分测量结构) 两个转换元件,性能完全相同,反方向感受敏感元件输出量,转换成两个性质相同、反向变化的物理量,相减(电桥/差动放大)获得输出,提高信号拾取灵敏度和线性度,减小或消除环境等因素的影响。 - * 二、差动变换式(差分测量结构) 差动变换式信号拾取结构 转换元件1的感受量: 转换元件2的感受量: (1) (2) (1)-(2),得: * 三、参比变换式(补偿变换/补偿测量) 测量元件:感受被测量和环境条件量。 参比元件:只感受环境条件量。 两者结构性能完全相同。 利用参比元件的输出结果,去补偿测量元件中的干扰量,使信号拾取电路的输出结果不受环境条件量的干扰。 用应变片检测应变,排除温度干扰: 测量: 参比: uo只与应变量有关,而与温度变化无关。 不吸收红外光介质 被测介质 * 三、参比变换式(补偿变换/补偿测量) (1) (3) 0 消除了环境条件量x2的影响,达到了完全补偿的目的。但是? x1的二次项仍然存在, 检测系统的非线性没有改善。 * 三、参比变换式(补偿变换/补偿测量) * 四、平衡变换式(反馈变换) * 四、平衡变换式(反馈变换) 平衡变换式温度检测仪表 可逆电动机 * 11.2 测量电桥电路 * 电桥(惠斯通电桥,Wheatstone bridge):能将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。 把对某物理量具有电阻(或电感、电容)敏感性的材料加工成敏感元件,作为电桥中的某一或
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