《机械工程测试技术基础》课件_第6章 信号的调理与数字化.pptxVIP

16.1电桥电桥在物理构成上是由首尾相联的四个阻抗构成的，其对角端分别为供桥电源和输出电压。电桥的主要作用是将电阻、电感、电容等参量的变化转换成为电压或电流输出，以便后续电路测量和记录。由于电桥测量电路简单可靠，同时具有较高的精度和灵敏度，因此在测试系统中得到了广泛应用。第6章信号的调理与数字化

26.1.1电桥的分类直流电桥的基本形式如图所示。以电阻R1、R2、R3和R4组成电桥的四个桥臂，在电桥的两个对角点C和D之间接入直流电源U0作为电桥的激流电源，另外两个对角点A和B两端为输出电压Uc。由电路知识可知，电桥输出电压为：第6章信号的调理与数字化电桥按照激励电源的性质可以分为直流电桥和交流电桥。1)直流电桥要使输出电压Uc=0，即直流电桥平衡，应满足:R1R3=R2R4

3在测试中，根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为单臂电桥式、半桥式与全桥式联接。第6章信号的调理与数字化1)直流电桥

4工作过程中只有一个桥臂的电阻值R1随被测量的变化产生ΔR1的变化，当R1=R2=R3=R4=R0，且ΔR1=ΔR时，输出电压可以表示为:第6章信号的调理与数字化(1)单臂式当ΔRR0时，有结论：单臂直流电桥的输出电压与激励电压成正比，且满足ΔRR0时，输出电压也与ΔR/R0成正比

5工作时有两个桥臂阻值随被测物理量而变化，与单臂电桥类似，当R1=R2=R3=R4=R0，且ΔR1=-ΔR2=ΔR时，直流电桥输出电压可近似表示为：第6章信号的调理与数字化(2)半桥式工作时四个桥臂阻值都随被测物理量而变化，当R1=R2=R3=R4=R0，且ΔR1=-ΔR2=ΔR3=-ΔR4=ΔR时，直流电桥输出电压可近似表示为：(3)全桥式

6第6章信号的调理与数字化结论：(a)对于直流电桥的不同连接方式，其输出电压均与激励电压成正比，只是相应的比例系数不同(b)若定义直流电桥的灵敏度为，则单臂电桥、半桥与全桥的灵敏度分别为U0/4，U0/2和U0，电桥接法不同，灵敏度也不同，全桥接法可以获得最大的输出。(c)两个相邻桥臂之间的电阻值是反向变化的（一个增大一个减小），此时输出电压的变化是相互叠加的；如若两个相邻桥臂电阻同向变化（同时增大或减小），则产生的输出电压的变化会相互抵消。这种性质称之为直流电桥的和差特性

7直流电桥的特点：电桥输出是直流，电桥平衡电路简单。直流放大器比较复杂，易受零漂和接地电位的影响。以上电桥是在不平衡条件下工作的，缺点是电源电压不稳定或环境温度变化时，都会引起电桥输出变化，产生测量误差。为此，某些情况下，采用平衡电桥工作。第6章信号的调理与数字化

8第6章信号的调理与数字化此时调节可调电位器H，改变电阻R5的触点位置使电桥恢复平衡，G的指针再次指向零位。电位器H所指示的量值即反映了被测量的变化。特点：这种平衡式电桥中G始终指向零位，测量精度主要取决于微调电位器的精度，而与电桥激励电压无关。当被测物理量等于零时，电桥处于平衡状态，即输出电压为零，此时可调电位器H与指示仪表G的指针均为零。当被测物理量变化使某一桥臂的阻值发生变化时，电桥失去平衡，G的指针偏离零位。平衡式电桥平衡式直流电桥

9第6章信号的调理与数字化结构与直流电桥类似，不同的是激励电压由直流电源转变为交流电源，同时四个桥臂可以是电阻、电感或电容，其电路如图所示。交流电桥可以用于测量随被测量变化而变化的各种交流阻抗，如电容、电感等。此外还可以测量与电容、电感有关的其他物理量，如互感、磁性材料的磁导率、电容的介质损耗、介电常数和电源频率等，其测量准确度和灵敏度都很高。2)交流电桥

10交流电桥的平衡条件是Z1Z3=Z2Z4若各阻抗用指数式表示则交流电桥平衡条件可以表示为：第6章信号的调理与数字化交流电桥的平衡必须满足两个条件：一是相对桥臂上阻抗模的乘积相等；二是相对桥臂上阻抗相角之和相等。2)交流电桥

11实际应用中常用的交流电桥形式主要有电容电桥、电感电桥和电阻电桥三种。第6章信号的调理与数字化两相邻桥臂为纯电阻R2和R3，另外两相邻桥臂为C1和C4，R1和R4可以看作是电容介质损耗的等效电阻。可以用于测量电容变化和损耗角。电容电桥平衡的条件为：(1)电容电桥2)交流电桥

12第6章信号的调理与数字化两相邻桥臂为纯电阻R2和R