西林电桥的工作原理【直流电桥的工作原理和应用】

时间：2019-02-08 03:22:26　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：在直流电桥的教学中，只讲理论往往起不到较好的教学效果。教师在介绍直流电桥工作原理的基础上，要利用电桥的平衡状态测电阻、测温度；利用电桥的不平衡状态，由电桥输出端的电压、电流反映被测量的量如力、温度的情况，以期达到更好的教学效果，从而进一步加强学生理论联系实际的能力。
　　关键词：直流电桥工作原理应用
　　
　　电桥是把电阻、电感和电容等元件参数转换成电压或电流的一种测量电路。这种测量电路简单直接，且精度和灵敏度较高，在检测系统中有着极为广泛的应用。本文主要介绍了由电阻类元件组成的直流电桥的工作原理和相关应用。
　　一、直流电桥工作原理
　　如图一，图中R、R、R、R组成电桥的四个臂，输入电源加在电桥CD端，输出信号取自电桥的AB端。若在电桥的输入端加入直流电源U,则称为直流电桥。当电桥的输出端与具有高输入阻抗的装置相接时，电桥相当于工作在输出端开路状态，其输出电压为：U=U-U=U。
　　当RR=RR时，输出电压U为零，称电桥处于平衡状态。此状态下A、B两点电位相同，此时也相当于A、B间短路。当输出电压U不为零时，电桥则处于不平衡状态。
　　二、直流电桥的应用
　　1.平衡状态的应用
　　测电阻：在图一的电桥电路中，A、B间接一检流计，其中R为待测电阻，R、R为阻值已知的固定电阻，R为精密可调电阻，调节R，使检流计指针指零，电桥达到平衡，按电桥的平衡条件可得R=R。
　　热电阻测温：在图一的电桥电路中，若R为热电阻，其阻值随温度的升高而增大。当温度发生变化，检流计指针偏转，通过调节精密电阻R，使电桥达到平衡，计算出R的阻值，再运用工业上常用热电阻分度表查出此阻值下对应的温度即可。
　　2.不平衡状态的应用
　　电桥的这种应用是基于偏差测量法。R仍为被测电阻R，在常态调节R，使电桥平衡，则输出电压为零，输出电流也为零。当R=R+ΔR时，电桥失去平衡，此时输出电压及输出电流随ΔR的变化而变化，故可用输出电压或输出电流的大小反映被测量的变化情况。
　　热敏电阻测温：热敏电阻一般结构简单、价格低廉，阻值较大，可在长达几千米的远距离测量温度中使用。测量电路多采用桥路。
　　如图二，调试时，将热敏电阻R置于水浴中，先将水温设定在32℃，此为表头零位，待热平衡后，调节RP为调零电位器，使指针指在32℃上；然后加入热水，使热平衡后，水温为50℃，调节RP为调满度电位器，使指针指在50℃上；再加入冷水，逐渐降温，检查示数范围内各刻度的准确性。此过程称为标定。如热敏电阻所在处的温度变化为39℃，其阻值也会发生改变，从而使电桥处于不平衡状态，电流计中有电流输出，其指针即指到刻度盘标定的39℃的位置处，实现实时读取。温度越高，使得热敏电阻阻值改变越大，电流计中电流输出越大，指针偏转越大，指示的温度就越高。
　　测荷重：在自动检测中常用电阻应变式传感器，主要由电阻应变片和桥式测量转换电路构成。如图一，设桥臂上为四个电阻应变片，每个电阻应变片的电阻相对变化量与其轴向应变成正比，即=Kε，通常令拉应变为正，压应变为负。其中K为应变片的灵敏度。当每个桥臂电阻变化值ΔR?垲R，且电桥输出端的负载电阻为无限大，R=R=R=R的全等臂方式工作，电桥的输出电压可近似表示为：
　　U=(-+-)=K(ε-ε+ε-ε)。
　　根据不同的要求，应变电桥有不同的工作方式：单臂半桥工作方式，即R为应变片，R、R、R为固定电阻；双臂工作方式，即R、R为应变片，R、R为固定电阻；全桥工作方式，即四个臂都为应变片。此三种工作方式中，各轴向应变片可以是拉应变片，也可是压应变片，取决于应变片的粘贴方向及受力方向。因此设法使试件受力后，使四臂的应变正负号相间，就可使输出电压成倍增大。由此可知，全桥灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。
　　现以测量汽车载荷中应用的荷重传感器说明直流桥路的应用。荷重传感器的最大荷重为F=100×10N，K=2mV/V，当桥路输入电压为16V时，测得桥路输出电压为8mV,则被测荷重是多少吨？
　　荷重传感器中直流电桥采用灵敏度最高的全桥工作方式，其应变片在承重等截面圆柱上的粘贴如图三所示，R为压应变，R为拉应变，R为压应变，R为拉应变。
　　在额定荷重范围内，连接成图一电桥时桥路输出电压最大且与荷重成正比，=。荷重传感器的灵敏度K=，单位往往是mV/V。
　　U=F=F=F=8，得：F=2.5×10N=2.5t。
　　直流电桥的应用相当多，如热电偶测温中加直流电桥作温度补偿，与应变片配合使用可以测转矩、测加速度、测桥梁的载荷，等等。这些都是对文中所述的电桥平衡状态和不平衡状态的应用。
　　
　　参考文献：
　　［1］丁继斌.传感器［M］.北京：化学工业出版社，2010.1.
　　［2］金发庆.传感器技术及其工程应用［M］.北京：机械工业出版社，2010.6.
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