1、第8章 测量电桥,8.1 直流电桥,8.2 交流电桥,8.1 直流电桥,由直流电源供电的电桥为直流电桥。,E供桥直流电源；,R1、R2、R3和R4分别为四个桥臂的电阻 ；,RL负载；,Io负载电流；,U0负载上的电压。,直 流 电 桥,根据电路理论可得到流过负载RL的电流Io和负载上的电压Uo ，分别为,当电桥各桥臂电阻满足 条件时,即,或,则电桥输出电流I0 =0，电压U0=0，称电桥处于平衡状态。若电桥的负载电阻为无穷大（RL=），可由上式得到电桥开路输出电压U0为,设各桥臂的电阻增量分别为R1、R2、R3和 R4，有,考虑到Ri Ri ，忽略无穷小项Ri Ri不计，又可得,通常将各桥臂的
2、电阻值匹配成下列三种情况：,R1R2R，R3R4R，称为输出对称的电桥（卧式桥）：,R1=R4=R，R2=R4= R，称为输入对称的电桥（称立式桥）：,R1=R2=R3=R4=R，称为等臂桥，或称全等桥：,8.1.1 常用的几种电桥电路分析,1. 单臂桥测量电路（惠斯登电桥）,任一桥臂（假设R1）为传感器的转换元件（如电阻应变片），其它桥臂为固定电阻。,灵敏度为,1. 单臂桥测量电路（惠斯登电桥）,2. 半桥测量电路（差动桥）,对于卧式桥通常R1=R2=R，R3=R4=R；,灵敏度,3全桥测量电路,如匹配成等臂桥，R1=R2=R3=R4=R，上式可简化为,为了让电桥有高灵敏度，设两两相邻桥臂是
3、差动关系，且，可得到,灵敏度,或,讨论：,电流桥: 如果电桥输出端接内阻等于零的检流计（即RL=0），则可知电桥输出电流 I0 为,考虑测量前 R1R3=R2R4，代入增量R1、R2、R3和 R4， 并略去高阶无穷小项 可得,全桥的灵敏度比半桥高，半桥的灵敏度比单臂桥高。,8.1.2 电桥的零位调整,在测量前应调整电桥致“平衡”状态（即R1R3 =R2R4 ），以提高测量精度、减小误差。 1 串联法 2 并联法,8.2 交流电桥,8.2.1 阻抗电桥 8.2.2 变压器电桥 8.2.3 紧耦合电桥 8.2.4 相敏整流电路,8.2.1 阻抗电桥 四个桥臂可以是电阻或阻抗元件。,在测量前，电桥输
4、出电压为零（ ），可得电桥的 平衡条件： 。,则平衡条件分为幅值和相角两部分，写作,如各桥臂阻抗用复数表示为,灵敏度,3交流电桥的平衡,8.2.2 变压器电桥,供桥电源是通过变压器耦合的方式提供给测量电桥。,单边电压变压器电桥 2单边电流变压器电桥 3. 双边变压器电桥,1. 单边电压变压器电桥,2. 单边电流变压器电桥,3. 双边变压器电桥,LC线圈的自感； M两个线圈中的互感。 紧耦合时，k=1；不耦合时，k=0。,8.2.3 紧耦合电桥,等效阻抗电桥电路,交流输出信号,8.2.4,相敏整流电路,相敏整流电路多用于变压器电桥的输出端，以辨别被测量的变化方向，消除由于变压器线圈不平衡及高次谐波引起的残余电压。 常用的相敏整流电路有半波和全波两种。,当差动传感器在 时处于平衡，输出电压。,当 ， 时，输出电压 为下正、上负。,当 ， 时，输出电压 为下负、上正。,带相敏整流电路,如果电源上端为正，二极管D1和D4导通，D2和D3截止，Z2和R2支路上分压于R2的压降大于Z1和R1支路上分压于R1的压降，得到输出电压为下正、上负。,相敏整流原理,如果电源下端为正，上端为负，则二极管D2和D3导通，D1和D4截止，这时R2和Z1支路分压与R1和Z2分压的结果，依然使得输出电压为下正、上负。,
