发布时间 : 星期五 文章传感器实验讲义 4-1-9实验室适用 - 图文更新完毕开始阅读6dc4673a43323968011c923b
U01?Z3???Z1???Z????Z??4??1???U? 式 1-31
?Z2?Z1??Z3?????1??1????Z1Z1??Z4???略去上式分母中的
?Z1项，并设初始时，Z1?Z2,Z3?Z4则有： Z1U01?现举例说明。
U4??Z1????Z?? 式 1-32 ?1?
图 1-11 双臂交流电桥
交流电桥如图 1-11所示，其中C1、C2表示应变片导线或电缆分布电容。
Z3?R3，Z4?R4，为纯电阻：Z1?电源的角频率） 按 式 1-29可求出
R1R2（?为供桥,Z2??1?j?R1C1??1?j?R2C2?RR4?j?R4C1?3?j?R3C2 R1R2?R2R3?R?R?4由实、虚部分别相等，并经整理可得该交流电桥的平衡条件为?1
?R2?C1??R1C2由于电桥各臂的阻值不可能绝对相等，导线电阻和接触电阻存在着差异；连接导线和应变片有分布电容存在使各桥臂电容值也不相等。所以，交流电桥必须进行电阻和电容平衡，否则会产生零位输出。电阻不平衡会带来非线性误差；容抗不平衡会影响电桥的灵敏度和输出电压的相移，产生与电源相位成90°的正
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交分量，导致放大器过早饱和。
图 1-12
为此，在桥路上除设有电阻平衡调节外还设有电容平衡调节。平衡调节线路如图 1-12所示，Rp与电位器R5组成电阻平衡调节，通过调节R5，相当于改变并联在R3和R4桥臂上的电阻大小；Cp与电位器R6组成电容平衡调节，通过调节R6来改变并联到桥臂R1和R2上的阻抗。以此来实现应变片交流电桥的平衡调节。
8、
电桥
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε 式中：ΔR／R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ε=ΔL/L 为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 Uo= EK ε/4。
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo＝EKε／2。
全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uo＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
对于动态应变信号用交流电桥测量时，交流电桥为调制电路，桥路输出的波形为一调制波，通过相敏检波和滤波电路后才能得到变化的应变信号，此信号可以从示波器或用交流电压表读得。
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9、 三运放放大电路分析
在信号采集系统中，通过传感器采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。传感器的输出是放大器的信号源，然而多数传感器的等效电阻不是常量，它们随所测物理量的变化而变化。这样，对于放大器而言，信号源内阻Rs是变量，根据电压放大倍数的表达式（Aus?Ri?Au）可知，
Rs?Ri放大器的放大能力将随信号大小而变化。为了保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，就必须使得放大器的输入电阻Ri≥RS,Ri越大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就愈小。
另外，从传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大的共模成分，共模成分的幅度有时远大于差模信号，因此要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。
综上所述，传感器后端放大器除具备足够大的放大倍数外，还应具有高输入电阻和高共模抑制比。
图 1-13 三运放构成的精密放大器
图 1-13所示电路由三个运放组成，通常R采用固定电阻，Rx采用滑动变阻器，通过调整Rx來调整电压增益值，其关系式
VO?(1?2R)(V1?V2) 式 1-33 Rx可知，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。
另外，需注意使用时应避免前端两个运放达到饱和，放大器的最大输出为±VDC（VDC为电源电压）。
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10、 运放应用输入端的调零电路
图 1-14 运放应用输入端的调零电路（1）
图 1-14(a)是一种较简单的电路，它利用输入电阻R1和反馈电阻R2作为衰减网络的一部分，连同电阻R3在反相输入端产生一个可变的失调电压。该电压由R3和R1∥R2分压。电位器R4两端接±15V电源，上述分压比约为1000／1．即可以得到±15mV的失调电压范围。对于图 1-14(a)，其失调电压调整范围的一般计算公式为：
失调电压范围=±VD2[(R1∥R2)／R3] (±VD=±15V)
当在反相端有多个输入信号时．如图 1-14(a)中虚示线所示，其失调电压范围为：
多输入失调电压范围=±VD[(R1∥R2∥Rl')／R3] (±VD=±l5V)
比较上述两式，显然前者的调整电压范围较宽。后者欲加大电压调整范围．可适当改变电阻R5的大小。
图 1-14(b)所示电路具有广泛的应用价值．因为调整电压与反馈元件无关，同时，调整电压加在同相输入端，避开了赢流信号通路。在这个电路中，R3和R5的阻值(100kΩ、100Ω)构成了1000／I的分压电路，R5两端将得到±15mV的失调电压调整范围。当R3、R5为其他数值时．失调电压调整范围由下式决定：
失调电压调整范围=±VD2(R5／R3) (±VD=±l5V)
电阻R3和R5的阻值要求不太严格，实际上最好把R5选在1kΩ以下。
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