直流单臂电桥的非线性补偿

介绍直流单臂电桥的工作原理。在电桥平衡的条件下,应变片的输出导致电桥的输出是非线性的。有源单臂电桥可以对这种输出的非线性进行补偿,并且能提高电路电压的输出灵敏度。

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直流单臂电桥的非线性补偿 刘成刚 (济南职业学院电子工程系山东济南 200 ) 5 13

要:介绍直流单臂电桥的工作原理。在电桥平衡的条件下,应变片的输出导致电桥的输出是非线性的。有源单臂电桥可以对这种输出的非线性进行补

偿,并且能提高电路电压的输出灵敏度。

关键词:直流单臂电桥;输出非线性;有源输出:非线性补偿 中图分类号:T 7文献标识码:A文章编号:1 7 -7 9 ( 0 0 1 0 1 0 N 6 1 5 7 2 1 )1 1 1 - 1 9

0引盲

Uo ̄-U o ,

电阻式传感器本身是一种无源传感器,使用时需要有电源才能工作。 因此,需要一种适于和电源相连接的电路形式。电桥电路就是把电阻、电

U。

2

对于单臂电桥,其输出电压灵敏度为 K s:上 u: 4

感和电容等元件参数转换成电压或者电流的一种测量电路。这种测量电路 简单直接,而且精度和灵敏度较高,在检测系统中应用较多。 1直流电桥电路工作原理

3有源单臂电桥的非线性补偿

+

1 图 2

电桥的原理如图 1示。图中蜀、R、,和 R所 组成电桥的四个桥臂,输入电源加在电桥的A端,输出信号取自电桥的B端,在电桥的输入 c D端加入直流电源 E,输出端与具有高输入阻抗的装置相接时,电桥相当于工作在输出端开路状态 ( .。),其输出电压为: R÷o

采用有源电桥可以减小非线性误差及提高输出灵敏度。如图2示,所 其中运算放大器A有高输入阻抗和低输出阻抗及高增益等特点。具 u的一端连接运放的负反馈,所以运放满足虚短和虚断的条件。所以

(一 E 1R E R-3 R 4 R 2 当 RR =R R时,输出电压 U。:3=0,称电桥处于平衡状态。 2单臂电桥的非线性输出 由图 1可知,当 R由R变化到+△。,电桥失去平衡状态,输出 R时电压为: U = o

UB詈 c= F

由 R变化到 R+ - t 时,电桥失去平衡状态,I, 电压为:

,输出…

U』+=一 ( = R=。一 R )去2 )竺一= +

E 一E;+ 2 则非线性误差为:, =0对于单臂电桥,其输出电压灵敏度为 U 1

I R234 R R 4[+一+【十【R A jj+蜀, RR J + R + J A‰ E R2 .

R1

Ku s=—垒一=一二£ 2

一【硐 : 式中£=A I ̄ R _

一【 可以看出输出特性曲线呈非线性。

显然【与 s是线性关系,且输出电压比一般单臂电桥的增加一倍,,。 即灵敏度提高一倍。同时由运放输出,使得测量电桥的输出电阻减小,带 负载能力增强。

, ,

当蜀=R=R=R时,上式为: 3

E

参考文献:

[] 1张建民,传感器与检测技术.北京:机械工业出版社,2 0 . 00 [] 2童诗白、华成英,模拟电子技术 .北京:高等教育出版社,2 0 . 01 [] 3何希才,常用传感器应用电路的设计与实践.北京:科学技术出版社 20. 0 7

若略母的,可到性程忽分上詈则得线方 U E丢

作者简介:

刘成刚 ( 9 8 ),男,山东滨州人,济南职业学院电子工程系助教。 17一

直流单臂电桥的非线性补偿

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