電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

時(shí)間:2012-10-23

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導(dǎo)語(yǔ):應(yīng)變計(jì)將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換成電阻的相對(duì)變化還需將這種變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化,才能用電測(cè)儀表進(jìn)行測(cè)量。通常采用電橋電路文現(xiàn)微小阻值變化的轉(zhuǎn)換。

 

根據(jù)激勵(lì)電源不同,有直流電橋和交流電橋兩種

1.直流電橋

直流電橋的基本形式,它是由連接成環(huán)形的四個(gè)橋臂組成的,每個(gè)橋留上是一個(gè)電阻、在電阻的兩個(gè)相對(duì)連接點(diǎn)與—接人激勵(lì)的直流電源,而在另兩個(gè)連接點(diǎn)與上接引出線作為電橋的輸出端,在它的后面可以接后續(xù)的直流放大器A等。兩個(gè)對(duì)角線將相對(duì)的兩個(gè)頂點(diǎn)連接起來(lái),就好僳在它們之間架起了一座“橋”。沒(méi)橋臂的電阻分別為只及和直流電橋電路,它們可以全部或部分是應(yīng)變計(jì);由于其中一個(gè)橋臂(或兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)橋留)的應(yīng)變電阻受外界物理量的變化而發(fā)生微小變化。將引起良流電橋的輸出電壓發(fā)生變化,所以,可以由此測(cè)量被測(cè)的物理量。

用全橋測(cè)量還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即:如果有溫度變化時(shí),由于兩相鄰的應(yīng)變計(jì)具有相同的電阻溫度誤差,所以,它們所產(chǎn)生的附加溫度電壓因相減而抵消,實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。若采用單臂電橋工作,為了補(bǔ)償溫度誤差,往往也需在此工作應(yīng)變計(jì)附近放置另一個(gè)相同的應(yīng)變計(jì),并接入相鄰的工作橋臂中:該片雖然不承受應(yīng)變,但也和工作應(yīng)變計(jì)一樣感受溫度的變化。由于它們由溫度變化引起的電阻變化相同,所以能通過(guò)電橋的和、差特性得到補(bǔ)償。

直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是:①所需要的高穩(wěn)定度直流電源易于獲得。②倉(cāng)測(cè)量靜態(tài)或難靜態(tài)物理量時(shí),輸出量是直流量,可用直流電表測(cè)量,精度較高:③電橋調(diào)節(jié)平衡電路簡(jiǎn)單,只需對(duì)純電阻加以調(diào)整即可;④對(duì)傳感器及測(cè)量電路的連接導(dǎo)線要求低,分布參數(shù)影響小。它的缺點(diǎn)是:容易引入工頻干擾;后續(xù)電路需要采用直流放大器,容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移,線路也較復(fù)雜;不適宜于進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。因此.需要采用交流電橋作為測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。

2.交流電橋

交流電橋采用交流電壓(大多采用正弦波電壓)激勵(lì),它的一般形式如圖3—12所示。其結(jié)構(gòu)形式與直流電橋基本相同。但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)與直流電路有如下不向點(diǎn)丫是激勵(lì)電源,交流電歷掣田怠爍布婚d隅涌謝烹傾奪茄由惋服.申源頻率一般是被測(cè)信號(hào)頻率的10倍以上;二是交流電橋的橋臂可以是純電阻,也可以是包含有電感、電容的交流阻抗。

交流電橋的平衡條件躺出電壓公式與直流電橋在形式上類似,其推導(dǎo)過(guò)程也與直流電橋基本相同,只是直流電橋中的純電阻參數(shù)需要由交流阻抗替代,即以復(fù)阻抗Zl、Z2、Z3代替Rl、R2,R3和只以復(fù)數(shù)zJ代替在此就元需重復(fù)推導(dǎo)和闡述了。

其物澀感義且文流電橋耍達(dá)到平衡、必須滿足電橋的四個(gè)鋅中對(duì)邊阻抗模的乘積相等,及對(duì)邊阻抗角的和相等。由此見,交流電橋的平衡耍比直流電橋的平衍復(fù)雜。村電橋作韌始平衡調(diào)節(jié)時(shí).一般既有電阻預(yù)凋平衡,也商電容頂調(diào)平衡。

常用交流橋調(diào)平衡電路為串聯(lián)電阻調(diào)平法,為串聯(lián)電阻為什聯(lián)電阻調(diào)平達(dá)、和戰(zhàn)通常取相同阻恒;為差動(dòng)電容調(diào)平法為差動(dòng)電容;為阻容調(diào)平法,組成T形電路,可通過(guò)對(duì)電阻、電容交替調(diào)節(jié),使電橋達(dá)到平街。

3.幾種實(shí)用的直流電橋模塊電路

隨著接成心路技術(shù)吶1;斷進(jìn)步,各種高性能扁精度、高共模抑制比的運(yùn)算放大器不斷出現(xiàn),專用的信號(hào)處理電路模塊和尚精度的傳感器電源模塊相繼制成。

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