测量电桥

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1．测量电桥

电桥测量电路，具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好、精度高和容易实现温度补偿等优点，能很好地满足应变测量的要求，是目前采用最多最广泛的一种测量电路。直流电桥的基本形式如图2-2所示。



图2-2 直流电桥的基本形式



该电桥电路是以电阻R1、R2、R3、R4作为四个桥臂，a、b、c、d为电桥顶点，Ui为直流输入电压，U0为输出电压，RL为负载。

当电桥输出端（b、d）接到一个无穷大负载电阻时，可认为输出端开路，这时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。

U0Ui

R1R4R2R3

(2-12)

R1R2R3R4

由式(2-12)可知，当电桥各桥臂电阻满足如下条件时

R1R4＝R2R3 （2-13）

电桥处于平衡状态,其输出电压（即U0）为零，式(2-13)称为电桥的平衡条件。 在测试技术中，根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为半桥式和全桥式。 ⑴ 半桥单臂工作方式

半桥是指桥臂电阻左右对称，即R1＝R2，R3＝R4。单臂是指工作中有一个桥臂电阻随被测量而变化。如图2-3（a）所示，设R1为接入的应变片，测量时的变化量为△R。设R1＝R2= R0，R3＝R4= R0，根据式(2-12)，其输出端电压为 U0Ui

／

R1

4R02R1

(2-14)

因应变片承受的应变，即△R 1<< R0，根据式（2-7）和（2-14）可近似写为 U0

UiR1Ui

K4R14

（2-15）

式中 ε─应变片的纵向应变（或横向应变），取决于应变片的粘贴方向。

⑵ 半桥双臂工作方式

电路如图2-3（b）所示，两个相邻桥臂R1、R2接入的应变片，且两桥臂应变极性相反（即一个为拉应变，另一个为压应变）。当两个相邻桥臂粘贴相同的应变片时，电桥的输出电压为

U0

UiR0Ui

K （2-16）

2R02

⑶ 全桥工作方式

电路如图2-3（c）所示，四个桥臂全部接入应变片，且相邻两桥臂应变极性相反（即一个为拉应变，另一个为压应变）。当四个桥臂粘贴相同的应变片时，即R1＝R2＝R3＝R4＝R，△R1＝△R2＝△R3＝△R4＝△R，则电桥的输出电压为


U0Ui

R1

UiKR1

（2-17）

对比电桥的三种工作方式可见，用直流电桥作应变的测量电路时，电桥输出电压与被测应变量成线性关系；而在相同条件下（Ui和应变的型号不变），半桥双臂比半桥单臂工作输出信号大，半桥双臂输出是单臂输出的二倍，而全桥输出又是半桥单臂输出的四倍。可见，全桥工作时输出电压最大，检测的灵敏度最高。

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