橋路形式

圖1 最常用的電阻電橋

如圖1所示為最常用的電阻電橋，有四個(gè)電阻組成橋臂，一個(gè)對(duì)角接電源，另一個(gè)作為輸出。

電橋各臂的電阻分別為R1、R2、R3、R4，U為電橋的直流電源電壓。當(dāng)四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時(shí)，稱為等臂電橋;當(dāng)R1=R2=R,R3=R4=R'≠R時(shí)，稱為輸出對(duì)稱電橋;

當(dāng)R1=R4=R，R2= R3=R'≠R時(shí)，稱為電源對(duì)稱電橋。

折疊編輯本段工作方式

單臂工作:電橋中只有一個(gè)臂接入被測(cè)量，其它三個(gè)臂采用固定電阻;雙臂工作:如果電橋兩個(gè)臂接入被測(cè)量，另兩個(gè)為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式;全橋方式:如果四個(gè)橋臂都接入被測(cè)量則稱為全橋形式。

折疊編輯本段輸出方式

電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據(jù)負(fù)載情況而定。

1)電流輸出型

當(dāng)電橋的輸出信號(hào)較大，輸出端又接入電阻值較小的負(fù)載如檢流計(jì)或光線示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電橋?qū)⒁噪娏餍问捷敵觯?fù)載電阻為Rg可以得

所以電橋輸出端的開路電壓UAB為

應(yīng)用有源-----端口網(wǎng)絡(luò)定理，電流輸出電橋可以簡(jiǎn)化成電路。E'相當(dāng)于電橋輸出端開路電壓Uab，R'為網(wǎng)絡(luò)的入端電阻

可以知道。流過(guò)負(fù)載Rg的電流為 (1-4-3)

當(dāng)Ig =0時(shí)，電橋平衡。故電橋平衡條件為

R1R3=R2R4或

當(dāng)電橋負(fù)載電阻Rg等于電橋輸出電阻時(shí)，即阻抗匹配時(shí)，有

這時(shí)電橋輸出功率最大，電橋輸出電流為

(1-4-4)

輸出電壓為

(1-4-5)

當(dāng)橋臂R1為與被測(cè)量有關(guān)的可變電阻，且有電阻增量ΔR時(shí)，略去分母中的ΔR項(xiàng)則對(duì)于輸出對(duì)稱電橋, R1=R2=R,R3=R4=R

對(duì)于電源對(duì)稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R'≠R

對(duì)于等臂電橋，R1=R2=R3=R4=R

由以上結(jié)果可以看出，三種形式的電橋，當(dāng)ΔR<<R時(shí)，其輸出電流都與應(yīng)變片的電阻變化率即應(yīng)變成正比，它們之間呈線性關(guān)系。

2) 電壓輸出型

當(dāng)電橋輸出端接有放大器時(shí)，由于放大器的輸入阻抗很高，所以可以認(rèn)為電橋的負(fù)載電阻為無(wú)窮大，這時(shí)電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達(dá)式為 (1-4-6)

設(shè)電橋?yàn)閱伪酃ぷ鳡顟B(tài)，即R1為應(yīng)變片，其余橋臂均為固定電阻。當(dāng)R1感受被測(cè)量產(chǎn)生電阻增量ΔR1時(shí)，由初始平衡條件R1R3=R2R4得 ，代入式(1-4-6)，則電橋由于ΔR1產(chǎn)生不平衡引起的輸出電壓為

(1-4-7)

對(duì)于輸出對(duì)稱電橋，此時(shí)R1=R2=R,R3=R4=R?/SUP>，當(dāng)R1臂的電阻產(chǎn)生變化ΔR1=ΔR，根據(jù)(1-4-7)可得到輸出電壓為

(1-4-8)

對(duì)于電源對(duì)稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R'≠R。當(dāng)R1臂產(chǎn)生電阻增量ΔR1=ΔR時(shí)，由式(1-4-7)得

(1-4-9)

對(duì)于等臂電橋R1=R2=R3=R4=R ，當(dāng)R1的電阻增量ΔR1=ΔR時(shí)，由式(1-4-7)可得輸出電壓為

(1-4-10)

由上面三種結(jié)果可以看出，當(dāng)橋臂應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化時(shí)，電橋的輸出電壓也隨著變化。當(dāng)ΔR《R時(shí)，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。還可以看出在橋臂電阻產(chǎn)生相同變化的情況下，等臂電橋以及輸出對(duì)稱電橋的輸出電壓要比電源對(duì)稱電橋的輸出電壓大，即它們的靈敏度要高。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對(duì)稱電橋。

在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè)被測(cè)信號(hào)接成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)稱的全橋工作形式。

可見R1=R+ΔR,R2=R-ΔR,R3=R+δR,R4=R-ΔR ，將上述條件代入式(1-4-6)得

由式看出，由于充分利用了雙差動(dòng)作用，它的輸出電壓為單臂工作時(shí)的4倍，所以大大提高了測(cè)量的靈敏度。