配低阻电阻传感器的惠斯登电桥, 若采用直流电压源激励, 则由于极化作用和传感器的热电效应的影响, 电桥输出信号将有误差。而且, 用于电桥的直流信号放大器必须克服像偏
移电压、漂移和泄漏电流等问题。本文介绍一种利用双向恒流方波源激励电桥的新方法。
惠斯登电桥是一种常用的测量电路,主要用于检测电阻的变化,如在应变片传感器中。在传统的惠斯登电桥中,通常采用直流电压源作为激励,然而这种方法存在一些问题。当电桥连接低阻传感器时,直流电压激励可能会导致极化作用,使传感器产生热电效应,从而影响电桥的输出信号,产生误差。此外,直流信号放大器在处理电桥输出时需要克服偏移电压、漂移和泄漏电流等问题。
为了解决这些问题,文章提出了采用双向恒流源供电的新方法。双向恒流源可以提供稳定且方向可变的电流,这种电流源本身具有短路保护功能,非常适合用于低阻电桥。由于电流是恒定的,不会因为极化或热电效应产生额外的寄生电压,从而降低了误差。同时,这种电源的双向特性有助于消除与直流放大器相关的偏移电压、漂移和泄漏电流等问题。
具体实现中,电桥激励由一个方波发生器(放大器−∀)生成,其输出通过背靠背齐纳二极管限制在饱和电平以下。振荡频率可以通过公式设定,文中给出的频率大约为千赫兹左右。方波电压源通过二极管桥和沟道场效应管转换成双向电流源,调整电阻器的值来设定场效应管的漏极电流,通常是微安级别。应变片电桥作为负载,接收这种双向激励电流,其差分输出信号通过单端差分放大器(−.)进行放大。
为了隔绝电桥因热电效应产生的直流电势,采用了电容隔离。接下来的线路使用放大器−.进行精密半波解调,二极管在反馈回路中,其非线性、温度敏感度和正向电压降都得到了降低。解调后的输出通过低通滤波器滤波后送至显示器。在无应变状态下,调整电阻器2+.的值,使得输出读数为零。
采用恒流源激励的一大优势在于,即使电源的任意两个输出端子之间出现短路,系统也能恢复正常工作,这对于远程传感器应用尤其重要,例如在结构挠曲测量中使用应变仪。通过选择适当的引线和元件,可以减少寄生电容和电感引起的误差,提高测量精度。
这种双向恒流源供电的惠斯登电桥方案提升了测量的准确性和稳定性,特别适合低阻传感器的应用,并且能够有效应对各种电气干扰,确保了测量结果的可靠性。
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