a电容桥 b麦克斯韦LC电桥 频率电桥 电桥(直流、交流)是一种比较式仪表,它的准确 度和灵敏度都较高,常被用于非电量电测技术。 实际测量中,常常需要将各种非电量(例如温度、 压力、速度、位移、应变、流量、液位等)变换为电 量,而后进行测量,这种测量方法就是所谓的非电量 的电测法。利用非电量的电测法能做到连续测量,以 自动控制实验或生产过程;能测量动态过程;能自动 纪录;可以采用微处理器做成的智能化仪器,与微机 一起组成测量系统实现数据处理、误差校正和自动监 控等。各种非电量的电测仪器,主要由传感器、测量 电路、测录装置三部分组成。其中,传感器的作用是 把被测非电量变换为与其成一定比例关系的电量;测 量电路的作用是把传感器输出的电信号进行处理,使 之适合于显示、记录或者和微型计算机连接;测录装 置是指各种电工测量仪表、示波器、自动记录器、数 据处理器及控制电机等,目前非电量电测系统中广泛 采用微型机算机,以扩大测量系统的功能,改善对测 量值的处理技术,提高测量的可靠性。下面简单介绍
电桥（直流、交流）是一种比较式仪表，它的准确 度和灵敏度都较高，常被用于非电量电测技术。 实际测量中，常常需要将各种非电量（例如温度、 压力、速度、位移、应变、流量、液位等）变换为电 量，而后进行测量，这种测量方法就是所谓的非电量 的电测法。利用非电量的电测法能做到连续测量，以 自动控制实验或生产过程；能测量动态过程；能自动 纪录；可以采用微处理器做成的智能化仪器，与微机 一起组成测量系统实现数据处理、误差校正和自动监 控等。各种非电量的电测仪器，主要由传感器、测量 电路、测录装置三部分组成。其中，传感器的作用是 把被测非电量变换为与其成一定比例关系的电量；测 量电路的作用是把传感器输出的电信号进行处理，使 之适合于显示、记录或者和微型计算机连接；测录装 置是指各种电工测量仪表、示波器、自动记录器、数 据处理器及控制电机等，目前非电量电测系统中广泛 采用微型机算机，以扩大测量系统的功能，改善对测 量值的处理技术，提高测量的可靠性。下面简单介绍 a 电容桥 b 麦克斯韦 LC 电桥 c 频率电桥
几种用电桥电路为测量电路的非电量电测系统。 例题:电阻温度计 电阻温度计将温度的变化变 换为电阻的变化,用来测量温度。 电阻温度计中常采用电桥测量电 路(如图)。图中R是热电阻, 般选用具有稳定的物理和化学性 能的金经属电阻丝制成,且其电阻随温度变化的关系 最好接近线性。R2、R3、R是标准电阻,其中一个或两 个是可调的。 当电桥未平衡时,检流计G(其阻值为R)中通 有电流lG为, l==,A(7.34) M 其中 M=RR2(R3+R4)+R3R4(R1+R2)+RG(R1+R2)(R3+R4) 在测量前,先调节R2或R3,使电桥平衡,l=0, R2R3=RR4,在测量温度时,热电阻传感器电阻随温 度变化了AR,阻值为R+△R,代入式(734),于是分 子变为 R2R3-(R1+△R)R4=R2R3-R1R4-R4△R=-R4△R 分母M变为M+△M,其中
几种用电桥电路为测量电路的非电量电测系统。 例题：电阻温度计 电阻温度计将温度的变化变 换为电阻的变化，用来测量温度。 电阻温度计中常采用电桥测量电 路（如图）。图中 R1 是热电阻，一 般选用具有稳定的物理和化学性 能的金经属电阻丝制成，且其电阻随温度变化的关系 最好接近线性。 R2、R3、R4 是标准电阻，其中一个或两 个是可调的。 当电桥未平衡时，检流计 G（其阻值为 RG ）中 通 有电流 G I 为， M R R R R U I G ( ) 2 3 − 1 4 = （7.34） 其中 ( ) ( ) ( )( ) M = R1 R2 R3 + R4 + R3 R4 R1 + R2 + RG R1 + R2 R3 + R4 在测量前，先调节 R2 或 R3 ，使电桥平衡， G I =0， R2 R3 = R1 R4 ，在测量温度时，热电阻传感器电阻随温 度变化了 R ，阻值为 R1 + R ，代入式（7.34）,于是分 子变为 R2 R3 − (R1 + R)R4 = R2 R3 − R1 R4 − R4 R = −R4 R 分母 M 变为 M + M ， 其中
△M=△RR(R3+R4)+R3R4+R2(R3+R4) 当AR很小时,△M也很小,于是可认为式(734的 分母保持不变。这时不平衡电流为 RU △R M 它近似地与△R成正比。又因为电阻随温度变化呈 线性关系,于是检流计指针的偏转角 a≈k1△R≈k2t 式中是电阻的摄氏温度,k与k2是比例常数。根 据指针偏转角的大小即可确定被测温度的高低。 例题:电感传感器 常用的差动电感传感器,其结构 十分简单。如图a 所示,有两只完全嫩 相同的线圈n和·N rL2,上下对称排 a传感器结构图 b测量电路 列,其中有一衔铁。 差动电感传感器 当衔铁在中间位置时,两线圈的电感相等,L1=L2 当衔铁受到非电量的作用做上下移动时,两线圈的电 感一增一减,发生变化,此即为差动。将两个线圈作 为交流电桥的两个相邻桥臂,用标准电阻R0作为另外 两个桥臂,构成一个交流电桥其电路如图b所示
[ ( ) ( )] M = R RG R3 + R4 + R3 R4 + R2 R3 + R4 当 R 很小时， M 也很小，于是可认为式(7.34)的 分母保持不变。这时不平衡电流为 R M R U I G 4 它近似地与 R 成正比。又因为电阻随温度变化呈 线性关系，于是检流计指针的偏转角 k R k t 1 2 式中 t 是电阻的摄氏温度， 1 k 与 2 k 是比例常数。根 据指针偏转角的大小即可确定被测温度的高低。 例题：电感传感器 常用的差动电感传感器，其结构 十分简单。如图 a 所示，有两只完全 相 同 的线 圈 1 rL 和 2 rL ，上下对称排 列，其中有一衔铁。 当衔铁在中间位置时，两线圈的电感相等， L1 = L2。 当衔铁受到非电量的作用做上下移动时，两线圈的电 感一增一减，发生变化，此即为差动。将两个线圈作 为交流电桥的两个相邻桥臂，用标准电阻 R0 作为另外 两个桥臂，构成一个交流电桥其电路如图 b 所示.。 a 传感器结构图 b 测量电路 差动电感传感器
当传感器中的衔铁处于中间位置,电桥平衡,输出电 压U=0。当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时, 电桥不平衡,输出电压的大小与衔铁位移的大小成比 例,其相位则与衔铁移动的方向有关。电桥的输出电 压通常还要经过放大、整流、滤波等环节而后输出, 用测录装置指示或记录。 电感传感器的应用很广,常用来测量压力、位 移、、液位、表面光洁度以及检查零件尺寸等。其优 点是输出功率较大,在很多情况下可以不经放大,直 接与测量仪表相联。 例题:电容传感器 电容传感器通常采用的是平行板电容传感器,其电 容为 米 式中E是板间介质的相对介电 常数;S是两极板对着的有效面 积;d是极板间的距离。可见只0-0+ 电容传感器的测量电路 要改变上述三个量之一,即可改变 电容值。如果将电容的上极板固 带条 定,下极板与被测运动物体相接 触,当运动物体上、下位移(改 用电容传感器测量绝缘带的厚度
当传感器中的衔铁处于中间位置，电桥平衡，输出电 压 U0 = 0 。当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时， 电桥不平衡，输出电压的大小与衔铁位移的大小成比 例，其相位则与衔铁移动的方向有关。电桥的输出电 压通常还要经过放大、整流、滤波等环节而后输出， 用测录装置指示或记录。 电感传感器的应用很广，常用来测量压力、位 移、、液位、表面光洁度以及检查零件尺寸等。其优 点是输出功率较大，在很多情况下可以不经放大，直 接与测量仪表相联。 例题：电容传感器 电容传感器通常采用的是平行板电容传感器，其电 容为 d S C r 0 = 式中 r 是板间介质的相对介电 常数；S 是两极板对着的有效面 积；d 是极板间的距离。可见只 要改变上述三个量之一，即可改变 电容值。如果将电容的上极板固 定，下极板与被测运动物体相接 触，当运动物体上、下位移（改 电容传感器的测量电路 用电容传感器测量绝缘带的厚度
变d)或左、右位移(改变S)时,将引起电容变化, 通过测量电路将这种电容的变化转换为电信号输出, 其大小反映运动物体位移的大小。上图是交流电桥测 量电路,C1是电容传感器,C2是一固定电容器,其电 容与测量初始时C1的电容相等;R0是两个标准电阻。 初始时,电桥平衡,输出电压U0=0,当C1的电容变 化时,电桥有电压输出,其值与电容的变化成比例, 由此可测定被测非电量。例如用电容传感器可以测量 绝缘带条厚度。如图所示,将待测绝缘带条置于电容 传感器的两极板间,电容传感器的介质是空气,绝缘 带的相对介电常数是E,带条的厚度是δ,则电容传 感器的电容为 ≠C Ear 此时输出电压Un≠0,因此由输出电压的变化可以测得 带条厚度,且由于c是带条厚度。的函数,因此可以由 输出电压的值判断带条厚度是否合格
变 d）或左、右位移（改变 S）时，将引起电容变化， 通过测量电路将这种电容的变化转换为电信号输出， 其大小反映运动物体位移的大小。上图是交流电桥测 量电路， C1 是电容传感器， C2 是一固定电容器，其电 容与测量初始时 C1 的电容相等； R0 是两个标准电阻。 初始时，电桥平衡，输出电压 0 = 0 • U ，当 C1 的电容变 化时，电桥有电压输出，其值与电容的变化成比例， 由此可测定被测非电量。例如用电容传感器可以测量 绝缘带条厚度。如图所示，将待测绝缘带条置于电容 传感器的两极板间，电容传感器的介质是空气，绝缘 带的相对介电常数是 r ，带条的厚度是 ，则电容传 感器的电容为 d S C d S C r 0 2 0 0 1 = − − = 此时输出电压 U0 0 ，因此由输出电压的变化可以测得 带条厚度，且由于 C1 是带条厚度 的函数，因此可以由 输出电压的值判断带条厚度是否合格