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第二章应变式传感器
二、交流电桥
直流电桥
优点:电源稳定、平衡电路简单,仍是主要测量电路;
缺点:直流放大器较复杂,存在零漂和工频干扰。
交流电桥
优点:放大电路简单无零漂,不受干扰,为特定
传感器带来方便;
缺点:需专用测量仪器或电路,不易取得高精度。
交流电桥由于引线分布参数的影响以及平衡调节、后续放大的影响
与直流电桥有明显的差别。
非电量电测技术
第二章应变式传感器
二、交流电桥
交流电桥由单频交流电源供电,交流电桥各臂的电阻要考虑分布电容的影响,这时桥臂不再是纯电阻了,可将桥臂视为复阻阻抗,分别为
电源电压、输出电压分别用复数表示
交流电桥输出特征方程为
交流电桥
非电量电测技术
第二章应变式传感器
二、交流电桥
式中:x—电抗、r—电阻、Z—复数的模、φ—幅角
用指数形式代入得到交流电桥平衡条件,需满足两个方程式:
对臂复数的模积相等,幅角之和相等。
交流电桥平衡条件:
设各桥臂阻抗:
非电量电测技术
第二章应变式传感器
二、交流电桥
若半桥Z3、Z4为固定电阻,Z1、Z2为两个应变片阻值为R1、R2,
分布电容为C1、C2,电桥平衡时实部、虚部分别相等。
交流电桥除满足电阻平衡条件外,还必须要满足电容平衡条件:
交流电桥输出用以上参数代入(半桥)
当应变引起阻抗变化时,有(增、减)阻抗变化
非电量电测技术
第二章应变式传感器
二、交流电桥
讨论:
输出电压U0有两个分量:
前一个分量的相位与输入电源电压U同相,叫同相分量;
后一个分量的相位与电源U的相位相差900,叫正交分量。
两个分量均是ΔR的调幅波,若采用普通二极管检波电路无法检测出调制信号ΔR,必须采用相敏检波电路。
相敏检波器只检出同相分量和反相的调制信号,对正交分量不起检波作用,只起到滤除作用。
非电量电测技术
第二章应变式传感器
二、交流电桥
实际应用时,一般情况分布电容会很小,满足ωRC《1
例:电源频率f=1000Hz,R=120Ω,C=1000pF
ωRC≈×10-4,Z≈R,△Z≈△R
即信号频率ω不高时,分布电容C很小时,
交流应变电桥仍可看成纯电阻性电桥
所以输出电压在输出输入同频同相时可写为
非电量电测技术
第二章应变式传感器
二、交流电桥
电容平衡电路调节交流高次谐波
电阻平衡电路调节直流基波成分
平衡电路:事实上交流电桥很难处于平衡状态,只能使零输出尽量小,所以会产生零输出,因此须设置平衡电路。
R5R6组成电阻平衡调节电路,改变R6使R1R2R5电阻值变化
C、R组成电容平衡调节电路,改变R使Z1Z2阻抗变化
非电量电测技术
第二章应变式传感器
应变片安装在自由膨胀的试件上,如果环境温度变化,应变片的电阻也会变化,这种变化叠加在测量结果中称应变片温度误差。应变片温度误差来源有两个主要因素:
电阻丝阻值与温度关系:
三应变片温度误差及补偿
环境温度变化Δt时,电阻丝的电阻变化为
式中:R0是温度为t0时的金属丝电阻值;αt是应变片电阻温度系数。
第二章应变式传感器
因试件使应变片电阻产生附加形变造成的电阻变化
温度变化Δt时引起总的电阻变化△Rt
式中:k为应变片灵敏度;αt电阻温度系数;
βs电阻丝膨胀系数;βg试件膨胀系数.
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第二章应变式传感器
温度补偿方法有:线路补偿、自补偿、辅助测量补偿、
热敏电阻补偿、计算机补偿等。
自补偿法,具有温度补偿作用的应变片RB称为补偿片,用特
制的温度补偿片进行补偿。当温度变化时产生的附加应变
相互抵消,补偿片制作的原理是使εt=0。
被测材料βg给定,制作中改变栅丝的合金成分,控制温度
系数αt,使βs、βg抵消。
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