什么叫电桥灵敏度?怎样测量电桥的灵敏度?如何提高电桥的灵敏度呢?

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什么叫电桥灵敏度?怎样测量电桥的灵敏度?

电桥灵敏度是电桥测量技术的一个重要指标,电桥的灵敏度可以用电桥测量臂的单位相对变化量引出输出端电压或电流的变化来表示,测量电桥的桥臂电阻一般都应该按更大灵敏度来选择。

什么叫电桥灵敏度?怎样测量电桥的灵敏度?如何提高电桥的灵敏度呢?-第1张图片-百晓生活录

电桥的概念:

用比较法测量各种量(如电阻、电容、电感等)的仪器。最简单的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂”。如图电路中有一电阻为未知(R2),一对角线中接入直流电源U,另一对角线接入检流计G。可以通过调节各已知电阻的值使G中无电流通过,则电桥平衡,未知电阻R2=R1·R4/R3。

原理:

假设四个电阻固定,当s闭合时,若满足:“R3*R2=R1*R4”,即对角的电阻乘积相等,则此时Ucd等于0,就是cd间没有电压。利用这个原理,当等式两边四个量中的一个为未知量的时候,如果调节其余的三个值能使得等式成立,那么用公式就可以得到未知量。但是实际上只要等式两边各有一个可以调节的可变电阻,那么另外两个电阻有一个是定值,则余下的另外一个必然可以得到。用这个原理可以做成电阻测量箱。而这个原理用的就是“电桥”的概念,或者说“平衡电桥”的概念

常用电桥:

1、惠登斯电桥

电桥是用比较法测量物理量的电磁学基本测量仪器,电桥的种类很多,测量中等阻值(10~106欧姆)的电阻要用惠斯登单臂电桥进行测量;若要测量更大阻值的电阻,一般采用高电阻电桥或兆欧表;而要测量阻值较小的电阻,一般采用双臂电桥(开尔文电桥)。电桥准确度高、稳定性好,所以被广泛用于电磁测量、自动调节和自动控制中。惠斯登单臂电桥是最基本的直流单臂电桥。

2、凯尔文电桥

凯尔文电桥又称“双臂电桥”。测量10^(-6)~10^2欧姆低电阻的直流电桥。R是跨线电阻(包括Rx、Rs两电阻器间的接线电阻、接触电阻及内部连接线电阻),Rs是标准电阻。当调节R1、R2、R3、R4和Rs使桥路中无电流(即灵敏电流计g的指针不偏转)时,将有下列平衡条件成立:R1R2=R3R4和Rx=R1R2Rs。Rx的计算式与R无关,从而可减小接线电阻和接触电阻所产生的误差。

3、单臂电桥

即只有一个电阻是待求或未知或变化的(不同的用途或领域)。

4、双臂电桥

即有两个电阻是待求或未知或变化的。

如何提高电桥的灵敏度呢?

灵敏度是电桥测量技术的一个重要指标,电桥的灵敏度可以用电桥测量臂的单位相对变化量引出输出端电压或电流的变化来表示,即:
  Su=⊿Uo/(⊿R/R)或Si=⊿Io(⊿R/R)
  分别表示电桥的电压灵敏度和电流灵敏度。
  测量电桥的桥臂电阻一般都应该按更大灵敏度来选择。
  
[电桥电路]

电桥电路
电桥电路有单臂桥、双臂桥、全桥之分
  1、单臂变化时⊿Uo=±0.25U·⊿R/R
  2、两臂变化时⊿Uo=±0.5U·⊿R/R
  3、四臂变化时⊿Uo=±U·⊿R/R
  有上述计算式可知,测量电桥输出给放大器的电压大小,是由驱动电源电压U和桥臂电阻的相对变化量决定的,而且是正比关系。
  由电桥灵敏度的公式可知,提高测量电桥的灵敏度,靠提高驱动电源电压和增加变化的桥臂即可达到。

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4、若有应变片R1、R2、R3、R4(其不受外力时的电阻值均为R)组成全桥,推导其灵敏度表达式?或将R1与R2串联、R3与R4串联,外加电阻值为2R的固定电阻,组成半桥,推导其灵敏度表达式?
输出电压U0=1/4(△R1/R1+△R2/R2+△R3/R3+△R4/△R)
半桥灵敏度S=U0/(△R/R)x(1/2)

分析单臂半桥、双臂半桥和四臂全桥灵敏度的区别,并分析原因。

单臂半桥、双臂半桥和四臂全桥是常用的电阻应变传感器电桥电路配置,用于测量应变量并将其转换为电信号。它们之间的主要区别在于其灵敏度的不同。
1. 单臂半桥:单臂半桥是指只有一个应变传感器与电桥相连的配置。它的灵敏度较低,主要受到温度变化和电源波动的影响。
2. 双臂半桥:双臂半桥是指两个相互独立的应变传感器与电桥相连的配置。它的灵敏度比单臂半桥高,可以减小温度变化和电源波动对测量结果的影响。双臂半桥可以通过两个传感器测量相互作用的应变,提高测量的准确性。
3. 四臂全桥:四臂全桥是指四个传感器并联连接在电桥上的配置。它的灵敏度更高,可以消除电源波动、温度变化等对测量结果的影响,并提高测量精度。四臂全桥是目前工程中常用的电桥电路配置。
造成灵敏度差异的原因主要有以下几点:
1. 电桥电路:不同的电桥电路配置决定了输入信号对输出的放大倍数,从而影响灵敏度的大小。单臂半桥只有一个传感器,所以其灵敏度较低;双臂半桥和四臂全桥配置多个传感器,可以提高灵敏度。
2. 应变传感器数量:传感器数量的增加可以提高灵敏度。单臂半桥只有一个传感器,而双臂半桥和四臂全桥配置多个传感器,可以增加测量的准确性。
3. 噪声和干扰抑制:多个传感器可以相互补偿噪声和干扰,提高抗噪性能。双臂半桥和四臂全桥能够抑制噪声和干扰,进一步提高灵敏度和精度。
因此,双臂半桥和四臂全桥相对于单臂半桥具有更高的灵敏度,主要是通过增加传感器数量和改进电桥电路配置来实现对噪声和干扰的抑制。具体选择哪种电桥配置取决于实际应用需求和测量精度的要求。

自主设计惠斯登单臂电桥实验,怎样调节检流计G的灵敏度

电桥的灵敏程度定义:灵敏度S越大,对电桥平衡的判断就越容易,测量结果也越准确。S的表达式惠斯通电桥就是一种直流单臂电桥,适用于测中值电阻,其原理电路如图7-4所示。若调节电阻到合适阻值时,可使检流计G中无电流流过,即B、D两点的电位相等,这时称为“电桥平衡”。电桥平衡,检流计中无电流通过,相当于无BD这一支路,故电源E与电阻1R、xR可看成一分压电路;电源和电阻2R、SR可看成另一分压电路。