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电阻应变式传感器的测量转换电路

2012-10-23 14:17
Radow
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  应变计将应变的变化转换成电阻的相对变化还需将这种变化转换为电压或电流的变化,才能用电测仪表进行测量。通常采用电桥电路文现微小阻值变化的转换。根据激励电源不同,有直流电桥和交流电桥两种。

  1.直流电桥

  直流电桥的基本形式,它是由连接成环形的四个桥臂组成的,每个桥留上是一个电阻、在电阻的两个相对连接点与—接人激励的直流电源,而在另两个连接点与上接引出线作为电桥的输出端,在它的后面可以接后续的直流放大器A等。两个对角线将相对的两个顶点连接起来,就好僳在它们之间架起了一座“桥”。没桥臂的电阻分别为只及和直流电桥电路,它们可以全部或部分是应变计;由于其中一个桥臂(或两个、三个、四个桥留)的应变电阻受外界物理量的变化而发生微小变化。将引起良流电桥的输出电压发生变化,所以,可以由此测量被测的物理量。

  用全桥测量还有一个优点即:如果有温度变化时,由于两相邻的应变计具有相同的电阻温度误差,所以,它们所产生的附加温度电压因相减而抵消,实现了温度的自动补偿。若采用单臂电桥工作,为了补偿温度误差,往往也需在此工作应变计附近放置另一个相同的应变计,并接入相邻的工作桥臂中:该片虽然不承受应变,但也和工作应变计一样感受温度的变化。由于它们由温度变化引起的电阻变化相同,所以能通过电桥的和、差特性得到补偿。

  直流电桥的优点是:①所需要的高稳定度直流电源易于获得。②仓测量静态或难静态物理量时,输出量是直流量,可用直流电表测量,精度较高:③电桥调节平衡电路简单,只需对纯电阻加以调整即可;④对传感器及测量电路的连接导线要求低,分布参数影响小。它的缺点是:容易引入工频干扰;后续电路需要采用直流放大器,容易产生零点漂移,线路也较复杂;不适宜于进行动态测量。因此.需要采用交流电桥作为测量转换电路。

  2.交流电桥

  交流电桥采用交流电压(大多采用正弦波电压)激励,它的一般形式如图3—12所示。其结构形式与直流电桥基本相同。但在具体实现时与直流电路有如下不向点丫是激励电源,交流电历掣田怠烁布婚d隅涌谢烹倾夺茄由惋服.申源频率一般是被测信号频率的10倍以上;二是交流电桥的桥臂可以是纯电阻,也可以是包含有电感、电容的交流阻抗。

  交流电桥的平衡条件躺出电压公式与直流电桥在形式上类似,其推导过程也与直流电桥基本相同,只是直流电桥中的纯电阻参数需要由交流阻抗替代,即以复阻抗Zl、Z2、Z3代替Rl、R2,R3和只以复数zJ代替在此就元需重复推导和阐述了。

  其物涩感义且文流电桥耍达到平衡、必须满足电桥的四个锌中对边阻抗模的乘积相等,及对边阻抗角的和相等。由此见,交流电桥的平衡耍比直流电桥的平衍复杂。村电桥作韧始平衡调节时.一般既有电阻预凋平衡,也商电容顶调平衡。

  常用交流桥调平衡电路为串联电阻调平法,为串联电阻为什联电阻调平达、和战通常取相同阻恒;为差动电容调平法为差动电容;为阻容调平法,组成T形电路,可通过对电阻、电容交替调节,使电桥达到平街。

  3.几种实用的直流电桥模块电路

  随着接成心路技术呐不断进步,各种高性能扁精度、高共模抑制比的运算放大器不断出现,专用的信号处理电路模块和尚精度的传感器电源模块相继制成。

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