檢測(cè)技術(shù)及傳感器自平衡電橋

檢測(cè)技術(shù)及傳感器自平衡電橋第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單變換中的阻抗匹配有源元件

RL=RI無(wú)源元件

RP0=2RL電橋

等效電路第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋設(shè)計(jì)電壓輸出時(shí)，單臂工作的電壓靈敏度存在一定的非線性，雙臂工作、四臂工作的電橋是線性的。輸出值均與和E成正比。單臂工作電橋的靈敏度最低，雙臂工作電橋、四臂工作電橋的靈敏度逐漸提高，非線性誤差也小。電壓輸出值與電阻的大小無(wú)關(guān)，僅與電阻相對(duì)變化量有關(guān)；電流輸出值與電阻值及其相對(duì)變化量都有關(guān)。第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋設(shè)計(jì)電橋結(jié)構(gòu)

由檢測(cè)元件、變換元件的數(shù)量和構(gòu)成方式?jīng)Q定單臂工作

單臂工作第二對(duì)稱不平衡電橋設(shè)計(jì)雙臂工作/四臂工作

差動(dòng)結(jié)構(gòu)——變化相同放對(duì)臂、變化相反放鄰臂

參比結(jié)構(gòu)——變化相同放鄰臂橋臂電阻供電電壓第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋設(shè)計(jì)電壓輸出（電壓靈敏度）①相對(duì)變化率②輸出電壓③非線性誤差/最大化輸出④供電電壓第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋電壓靈敏度第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋設(shè)計(jì)電流/功率輸出（電流靈敏度）

一種簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)方法（一般電橋）①相對(duì)變化率②輸出電壓③非線性誤差/最大化輸出④供電電壓⑤阻抗匹配第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋電流靈敏度第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第①部分

基礎(chǔ)知識(shí)第二章檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋儀表放大器第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋的應(yīng)用參比式變換應(yīng)變片熱輸出的雙絲半橋法和補(bǔ)償塊法電橋（平衡電橋）自平衡電橋其它變換電路儀表放大器第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋的應(yīng)用應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法

利用電橋的兩邊臂上電壓和、差原理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償

-雙絲半橋式

-補(bǔ)償塊法第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)不平衡電橋的應(yīng)用應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法

利用電橋的兩邊臂上電壓和、差原

理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償

-雙絲半橋式

-補(bǔ)償塊法DdP第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電橋（平衡電橋）不平衡電橋單臂電橋的電壓輸出與

為非線性關(guān)系影響輸出不確定度的因素多橋路供電電壓也影響輸出第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電橋（平衡電橋）利用電橋平衡原理構(gòu)成的電測(cè)儀器，不僅可以測(cè)

電阻，也可以測(cè)電容、電感。并可通過(guò)這些物理

量的測(cè)量來(lái)間接測(cè)量非電學(xué)量，例如溫度、壓力

等，因此電橋電路在自動(dòng)化儀表和自動(dòng)控制中有

著廣泛的應(yīng)用。第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CharlesWheatstoneM&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電橋（平衡電橋）惠斯登電橋（WheatstoneBridge）1843年CharlesWheatstone當(dāng)電橋平衡時(shí)與電橋供電電壓無(wú)關(guān)一般用于電阻的測(cè)量也適用于電抗的測(cè)量第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電橋（平衡電橋）其它電橋第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CharlesWheatstoneM&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電橋（平衡電橋）測(cè)量方法簡(jiǎn)明儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便測(cè)量的靈敏度和精確度較高需要手工調(diào)試實(shí)際檢測(cè)元件均非簡(jiǎn)單元件，

采用一種電橋無(wú)法完成測(cè)量第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)實(shí)際電容檢測(cè)元件等效電路C為傳感器電容RP為低頻損耗并聯(lián)電阻（包括極板簡(jiǎn)漏電和介質(zhì)耗損）RS為高頻、高濕工作時(shí)的串聯(lián)損耗電阻（包括導(dǎo)線、極板間和金屬襯支座等損耗電阻）L為電容器及引線電感CP為寄生電容、

邊緣效應(yīng)電容CRSLCPRP●●●●第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)實(shí)際電感檢測(cè)元件等效電路L線圈電感Re鐵心渦流損耗Rc線圈銅損電阻Rh(f)磁滯損耗電阻(是頻率的函數(shù))C線圈寄生電容LCRcReRh(f)●●●●●第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋?qū)嶋H應(yīng)用第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋單臂工作不平衡電橋第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋單臂工作自平衡電橋第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋單臂工作自平衡電橋第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋單臂工作自平衡電橋輸出電壓與電阻的相對(duì)變化率為線性關(guān)系適用于電阻、電容和電感構(gòu)成的電抗網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋單臂工作自平衡電橋例：電容-電壓轉(zhuǎn)換第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)自平衡電橋?qū)嶋H應(yīng)用第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路脈寬調(diào)制第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路調(diào)頻電路振蕩器諧振頻率頻率作為測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，用以判斷被測(cè)非電量的大小。但此時(shí)系統(tǒng)是非線性的，不易校正。因此必須加入鑒頻器，將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化。調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高的靈敏度，可以測(cè)量高至0.01m

級(jí)位移變化量。第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路電壓→電流第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路電壓→電流電流→電壓第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路電壓→電流電流→電壓第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路常用的位移電信號(hào)變換位移轉(zhuǎn)變成電容

位移量很小，如膜片利用霍爾元件利用差動(dòng)變壓器

差動(dòng)變壓器是利用互

感原理把位移轉(zhuǎn)換成

電信號(hào)的一種常用的轉(zhuǎn)換元件第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)其它變換電路常見的位移信號(hào)溫度測(cè)量中雙金屬片t→Δx壓力測(cè)量中彈性元件p→Δx物位測(cè)量中浮筒H(f)→Δx流量測(cè)量中轉(zhuǎn)子流量計(jì)q→Δx第33頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)儀表放大器差分放大電路單運(yùn)放構(gòu)成的差分放大電路第34頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)儀表放大器差分放大電路用電壓跟隨器提高輸入阻抗第35頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)儀表放大器三運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器第36頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)儀表放大