应变式传感器桥路供电方式的研究应变式传感器桥路供电方式的研究吴宝元.等应变式传感器桥路供电方式的研究ResearchontheMethodofPowerSupplyforBridgeCircuitofStrainTypeSensor巽室老铸德幸(安微工程科技学院机械工程系,芜湖241000)摘要:对直流(包括恒压和恒流)电桥的工作性能进行了分析.针对为提高电桥电压灵敏度而产生的桥臂功耗增大,电阻"温升"和热噪声等问题,提出了用恒流源间隙(脉冲)供电方式.此方式不仅可以提高传感器的灵敏度和精度,还有效地降低了电阻"温升"和热噪声.关键词:传感器电桥灵敏度供电:TP212文献标识码:AAbstract:TheoperationalperformanceofDCbridgecircuits(includingconstantvoltageandconstantcurrent)wasanalyzed.Againsttheprob.1emsofhigherpowerconsumptionofbridgearms-temperaturerisingofresistanceandheatnoise-ete.,whichwer;egeneratedbecauseofenhancingthesensitivityofthebridge,theconstantcurrentintermittentpowersupplyisproposed.Withthisnleasure,thesensitivityoftrans—dueerisenhanced,thetemperaturerisingofresistanceandheatnoisearedecreased.Keywords:SensorBridgecircuitSensitivityPowersupply0引言力学量检测传感器是将力学量转换为电信号的器件.按T作机理可分为结构型(空问型)和物性型(材料型)两大类.结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化实现信号变换,从而检测出被测量.如应变式传感器就是利用电阻应变片的应变效应将弹性元件上的应变变化转化成电阻变化,然后由电路转换电信号输出.物性型传感器是利用材料本身的物性变化来实现被测量的变换.如压电式传感器利用压电单晶(如石英晶体SiO:),压电陶瓷,导电橡胶和有机压电薄膜(如聚偏二氟乙烯PVF2)等材料的压电效应进行力一电荷之间的变换….与其它类型的力传感器相比,应变式传感器具有优点J:①精度高,测量范围广,可测10～一10N的力;②使用寿命长,性能稳定可靠,变换电路简单,输m特性的线性度好;③适合于测量一般工程中的动,静态过程;④环境适应能力强;⑤制造工艺比较成熟.因此,广泛用于1I程测量和科学试验中的应变,应变力,力矩,载荷,位移,振动和加速度等力学量的测量.惠斯登电桥是应变式传感器常见转换电路,具有结构紧凑,灵敏度高等特点.根据读数方法的不同,电《自动化仪表》第27卷第1期2006年1月桥分为平衡电桥和不平衡电桥,前者仅适用于测量静态参数,后者则适用于测量动态参数.按供电电源的不同,电桥有交流电桥和直流电桥.其中直流电桥又分恒流桥和恒压桥两种.直流电桥只能用于应变式传感器.而交流电桥可用于测量电感和电容的变化.对于纯应变片电阻组成的桥臂电路,交流电桥和直流电桥工作原理相似.应变式传感器常采用电桥电路将电阻的变化转换为电信号输出.电桥的连接方式如图1所示,根据桥臂工作的数目可分为单桥,半桥和全桥.在恒压源和恒流源供电下各桥路的输出电压见表1,表中u为恒压源供电电压;,为恒流源供电电压;R～为四个桥臂电阻.为电阻变化率,=AR/R.由表可见,全桥(全差动等臂电桥)不仅输出线性好,而且表1各桥路输出电压Tab.1OutputVoltageofBridgecircuits9应变式传感器桥路供电方式的研究吴宝元,等电桥输出电压灵敏度为半桥的2倍,单桥的4倍,并且在工作臂允许功耗一定的情况下,利用全桥将允许功耗分配到4个工作臂上去,可以获得最大的负载功率.因此,全桥应用较多].本文主要对全桥进行分析.全桥电路采用直流电源供电方式时,恒压桥输出电压与电阻的变化率成线性关系,但应变片电阻由于温度变化的影响使桥路存在温度误差.恒流桥的输出不仅成线性关系,而且不受温度变化的影响.增大这两种电桥的供电电压或电流可以提高电桥电压灵敏度,但电压或电流的增大会受到工作桥臂允许功耗的限制,并且桥臂电阻由于通过的电流增大而产生"温升"和一定的热噪声,降低了传感器的分辨力和精度.针对提高电桥电压灵敏度,降低电阻"温升"和提高传感器信噪比等问题,本文提出了采用恒流源间歇(脉冲)供电方式.1恒压源电桥和恒流源电桥特性及比较1.1全差动恒压桥电路特性恒压源电桥电路的一般形式如图1所示.恒压源供电电压u为常数,内阻为0,则流过负载R.的电流:图1恒压桥电路Fig.1Constantvoltagebri...