电桥电路精准测量技术解析

"一个有源元件 在第二种情况中，只有一个电阻是有源元件，例如，R1的阻值会因待测量的变化而改变，而其他三个电阻保持不变。这种情况常出现在单臂应变计的应用中，如温度传感器或者单端力测量。在这种配置下，输出电压Vo与有源电阻的变化dR成正比，如式3所示。尽管这种配置的输出信号较小，但它简化了电路设计，因为只需要关注一个电阻的变化。 式3：Vo=Ve(dR/(2R)) 两个有源元件 当有两个电阻是活动元件时（R1和R3或R2和R4），电桥输出对变化的响应与单臂配置相比更复杂。例如，如果R1和R3是活动元件，它们的阻值随待测量的变化而同步改变，但方向相反，这通常出现在差分测量中，如热电偶或双端力测量。在这种配置下，输出电压Vo是两个有源电阻变化的函数，如式4所示。这种配置提供了良好的噪声抑制，因为它可以通过比较两个相反变化的信号来消除共模电压。 式4：Vo=Ve(dR1/R - dR3/R) 四个无源元件 最后，电桥的所有四个电阻都是无源的，但在某些应用中，外部因素如温度变化可能会导致所有电阻的阻值微小变化。在这种情况下，电桥输出Vo接近零，除非采取补偿措施，例如使用温度补偿电阻。 电桥电路的优化与挑战 电桥电路的精确测量需要考虑几个关键因素： 1. 噪声：由于电桥的输出信号通常很小，噪声源如电源噪声、热噪声和射频干扰可能显著影响测量精度。使用低噪声元件、滤波器和隔离技术可以提高信噪比。 2. 失调电压和失调电压漂移：失调电压是指在没有输入信号时电桥输出的非零电压，而失调电压漂移是随时间或环境条件变化的失调电压。这些效应可能通过校准和温度补偿技术来减轻。 3. 共模电压：当输入信号包含与所有传感器相同的部分时，就会出现共模电压。差分放大器可以有效地消除共模电压，提高测量精度。 4. 激励电压：选择适当的激励电压Ve对于最大化输出信号和保持线性响应至关重要。过高的电压可能导致传感器饱和，而过低的电压则可能使输出信号太小，难以检测。 实际应用中的电桥电路往往需要结合放大器、滤波器和调理电路来处理这些问题，确保输出信号的有效提取和分析。同时，理解电桥电路的基本原理和特性对于选择合适的传感器和设计高精度测量系统至关重要。 总结 电桥电路作为一种经典且灵活的测量工具，广泛应用于各种传感器系统中。其核心在于通过电阻变化来感应物理参数，通过精确控制和理解电桥的工作机制，我们可以实现高精度的测量。无论是在压力、温度、力或其它物理量的测量中，电桥电路都是一个不可或缺的技术手段。了解并掌握电桥电路的理论和实践知识，将有助于提升测量系统的性能和可靠性。"