1、第3章 電阻式傳感器 11.05.20151第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用測量電路用途目的：應變式傳感器是利用導體或半導體材料的應變效應制成的一種測量器件，用于測量微小的機械變化量。機械應變一般都較小，而常規的電阻應變片的靈敏度系數值很小，所以其電阻變化范圍小，要把微小的應變引起的微小的電阻變化精確地測量出來，需要采用特別設計的測量電路。解決方法：通常采用直流電橋或交流電橋。測量電路第3章 電阻式傳感器 11.05.20152第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路R1R2R4R3EUo1.平衡條件：當RL時(開路)，電橋輸出電壓為：43321

2、1RRRRRREUo當電橋平衡時，Uo=0，則有： 4321RRRR電橋平衡條件：欲使電橋平衡，其相鄰兩臂電阻的比值應相等， 或相對兩臂電阻的乘積應相等。第3章 電阻式傳感器 11.05.20153第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路2.電壓靈敏度應變片工作時：電阻值變化很小，電橋相應輸出電壓也很小，一般需要加入放大器進行放大。由于放大器的輸入阻抗比橋路輸出阻抗高很多，所以此時仍視電橋為開路情況。當受應變時：若應變片電阻變化為R，其它橋臂固定不變，電橋輸出電壓Uo0，則電橋不平衡，輸出電壓為： 341211113443211414332111111)(RRRRR

3、RRRRRERRRRRRRRRRRRRRREUo第3章 電阻式傳感器 11.05.20154第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路2.電壓靈敏度341211113411RRRRRRRRRREUo設橋臂比n =R2/R1，由于R1R1，分母中R1/R1可忽略，并考慮到平衡條件R2/R1=R4/R3，則上式可寫為： ERRnnUo112)1 (電橋電壓靈敏度定義為 ：EnnRRUKoU211)1 ( 分析：電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，電壓越高，靈敏度越高，但供電電壓受應變片允許功耗限制，須作適當選擇；電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數，恰當地選擇n的值，保證電

4、橋具有較高電壓靈敏度。第3章 電阻式傳感器 11.05.20155第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路2.電壓靈敏度當E值確定后，dKU/dn = 0，可求KU的最大值 2410(1)UdKndnn求得n=1時，KU為最大值。即在供橋電壓確定后，當R1=R2=R3=R4時，電橋電壓靈敏度最高，此時有： 4411EKRREUUo結論：當電源電壓E和電阻相對變化量R1/R1一定時， 電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值，且與各橋臂電阻阻值大小無關。 第3章 電阻式傳感器 11.05.20156第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路3.非線性

5、誤差)1 (11111nRRnRRnEUo 與R1/R1的關系是非線性的，非線性誤差為 oU11111RRnRRUUUoooLERRnnUo112)1 (理想情況(略去分母中的R1/R1項)實際情況(保留分母中的R1/R1項)如果橋臂比n=1，則 ：11112LRRRR第3章 電阻式傳感器 11.05.20157第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路4.非線性誤差減小或消除)1 (11111nRRnRRnEUo提高橋臂比n，可可減小非線性誤差消除分母中的R1，可可消除非線性誤差，采用差動電橋第3章 電阻式傳感器 11.05.20158第5講GMES 2008目錄工

6、作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路4.非線性誤差減小或消除半橋差動：在試件上安裝兩個工作應變片，一個受拉應變，一個受壓應變，接入電橋相鄰橋臂。該電橋輸出電壓為： 433221111RRRRRRRRREUo若R1=R2，R1=R2=R3=R4，則得： 112 RREUo可知：Uo與R1/R1成線性關系，無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KU=E/2，是單臂工作時的兩倍。第3章 電阻式傳感器 11.05.20159第5講GMES 2008目錄工作原理測量電路典型應用直流電橋測量電路4.非線性誤差減小或消除全橋差動：電橋四臂接入四片應變片，即兩個受拉應變，兩個受壓應變，將兩個應變符號相同的接入相對橋臂上。該電橋輸出電壓為： 443333221111RRRRR