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非平衡直流电桥测电阻
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3秒自动关闭窗口双臂电桥测低电阻
双臂电桥测低电阻
| 仪器使用维护方法 | 问题交流
(100KW以上)(1W ～100KW)(1W 以下)的电路中附加电阻约为&0.1W，时就不能把它忽略掉。对惠斯通电桥加以改进而成的双臂电桥()10-5~102 W电阻的测量。本实验要求在掌握双臂电桥工作原理的基础上，用双臂电桥测金属材料的电阻率。
RgRi3Ri4,RVIRx+ Ri1+ Ri2Rx1W时，就不能忽略接触电阻Ri1Ri2
3Rx 4 RxRx = V/I出Rx(AD)(BC)。
根据这个结论，就发展成双臂电桥，线路图和等效电路图 5和图 6所示。 标准电阻RnRin1R in2RxRix1R ix2Rn1R n2RxRx1Rx2R1R 2R3R
由图 5 和图 6 ，当电桥平衡时，通过检流计GIG = 0, CD1
&&&&&&&&&&&&&&&&&& &(1)
解方程组得
&&&&&&& (2)
通过联动转换开关，同时调节R1R 2R3R成立，则（2）式中第二项为零，待测电阻RxRnRin1R ix2Ri
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&& (3)
实际上即使用了联动转换开关，也很难完全做到。为了减小(2)式中第二项的影响，使用尽量粗的导线以减小电阻Ri(Ri&0.001W)(2)(3)惠斯通电桥测电阻——实验报告_中华文本库
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惠斯通电桥测电阻
1、掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法。
2、学会正确使用箱式电桥测电阻的方法。
3、了解提高电桥灵敏度的几种途径
1．箱式惠斯通电桥（QJ23型）、
2．电阻箱（ZX21型两只，ZX36型一只）、
3．电阻板、4．检流计、5．滑线变阻器、6．直流稳压电源。
电桥法测量是一种很重要的测量技术。由于电桥法线路原理简明，仪器结构简单，操作方便，测量的灵敏度和精确度较高等优点，使它广泛应用于电磁测量，也广泛应用于非电量测量。电桥可以测量电阻、电容、电感、频率、压力、温度等许多物理量。同时，在现代自动控制及仪器仪表中，常利用电桥的这些特点进行设计、调试和控制。
电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥，单臂电桥又称为惠斯通电桥，主要用于精确测量中值电阻。双臂电桥又称为开尔文电桥，主要用于精确测量低值电阻。本次实验主要是学习应用惠斯通电桥测电阻。
1． 惠斯通电桥的线路原理
惠斯通电桥的线路原理如图１５－1所示。四个电阻R1，R2，Rx和RS联成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂，其中：R1，R2组成比例臂，Rx为待测臂，RS为比较臂，四边形的一条对角线AC中接电源E，另一条对角线BD中接检流计G。所谓“桥”就是指接有检流计的BD这条对角线，检流计用来判断B，D两点电位是否相等，或者说判断“桥”上有无电流通过。
电桥没调平衡时，“桥”上有电流通过检流计，当适当调节各臂电阻，可使“桥”上无电流，即B，D两点电位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图１５－2所示。
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求惠斯通电桥测电阻？
提问者:朱月芩
预习检查：1、 利用伏安法测量电阻为什么对大小不同的电阻采用不同的方法？2、 家用插座、电源插头为什么容易老化，甚至容易着火？相对于导线而言。3、 电桥测量电阻，实质上是利用什么常用的实验方法？4、 对于测量工具的最大误差如何确定？ 电桥法测量是一种很重要的测量技术。由于电桥法线路原理简明，仪器结构简单，操作方便，测量的灵敏度和精确度较高等优点，使它广泛应用于电磁测量，也广泛应用于非电量测量。电桥可以测量电阻、电容、电感、频率、压力、温度等许多物理量。同时，在现代自动控制及仪器仪表中，常利用电桥的这些特点进行设计、调试和控制。 电桥分为直流电桥和交流电桥两大类。直流电桥又分为单臂电桥和双臂电桥，单臂电桥又称为惠斯通电桥，主要用于精确测量中值电阻。双臂电桥又称为开尔文电桥，主要用于精确测量低值电阻。本次实验主要是学习应用惠斯通电桥测电阻。 实验目的/测量任务 1） 学习惠斯通电桥测电阻的原理及方法。 2） 学习电阻箱及电桥的误差计算方法。3） 学习电路的连接方法并训练检查电路的故障。4） 测量两种电阻510欧姆，3000欧姆。 实验原理1） 惠斯通电桥的线路原理 惠斯通电桥的线路原理如图1所示。四个电阻R1，R2，Rx和RS联成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂，其中：R1，R2组成比例臂，Rx为待测臂，RS为比较臂，四边形的一条对角线AC中接电源E，另一条对角线BD中接检流计G。所谓“桥”就是指接有检流计的BD这条对角线，检流计用来判断B，D两点电位是否相等，或者说判断“桥”上有无电流通过。电桥没调平衡时，“桥”上有电流通过检流计，当适当调节各臂电阻，可使“桥”上无电流，即B，D两点电位相等，电桥达到了平衡。此时的等效电路如图2所示。图1 惠斯通电桥的线路原理 图2 电桥平衡后等效电路 根据图2很容易证明此式即电桥的平衡条件。如果已知R1，R2，RS，则待测电阻Rx可求得。电桥平衡条件也可写成 R1×RS=R2×Rx 即对边乘积相等，此式更容易记忆。设式(1)中的R1／R2=K，则有 Rx=K?RS式中的K称为比例系数。在箱式电桥测电阻中，只要调K值而无需分别调R1、R2的值，因为箱式电桥上设置有一个旋钮K值，并不另外分R1、R2。但在自搭敞式电桥电路中，则需要分别调节两只电阻箱（R1和R2），从而得到K值。 由电桥的平衡条件可以看出，式中除被测电阻Rx外，其它几个量也都是电阻器。因此，电桥法测电阻的特点是将被测电阻与已知电阻(标准电阻)进行比较而获得被测值的。因而测量的精度取决于标准电阻。一般来说，标准电阻的精度可以做的很高，因此，测量的精度可以达到很高。伏安法测电阻中测量的精度要依赖电流表和电压表，而电流表和电压表准确度等级不可能作的很高，因此，测量精度不可能很高。惠斯通电桥测电阻中，测量的精度不依赖电表，故其测量精度比伏安法的测量精度高。 2）电桥比例臂和比较臂的选择原则由平衡条件 可知，被测电阻的测量精度全依赖于比例臂和比较臂。比例 一般取值为10n（0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000），一旦比例预确定，被测电阻的有效位取决于比较臂的有效位，因此比较臂的位数在现有有限位取最大，比如比较臂是四位可调电阻箱，则比较臂应取四位数。如：被测电阻估计 比例 比较臂（4位） 说明 500 0.1 5000 3000 1 3000 对于比例K= ，R1和R2各取多少？一般要求：在电桥平衡后，R1、R2与各自串联的电阻取同一数量级。如：被测电阻估计 比例 R1 R2 比较臂（4位） 500 0.1 100 1000 5000 3000 1 1000 1000 3000 对于R1、R2取值太大或太小都会影响到电桥的灵敏度，同时太大，电路的功耗比较大。3）电桥的灵敏度及影响因素电桥测量电阻，仅在电桥平衡时才成立的，而电桥的平衡是依据检流计的偏转来判断的，由于判断时受到眼睛分辨能力的限制而存在差异，会给测量结果带来误差，影响测量的准确性。这个影响的大小取决于电桥的灵敏度。所谓电桥灵敏度，就是在已经平衡的电桥里，当调节比较臂的电阻RS，使改变一个微小量△RS，使检流计指针离开平衡位置△d格，则定义电桥灵敏度S为式中：RS是电桥平衡时比较臂的电阻值，△RS／RS是比较臂的相对改变量。因此，电桥灵敏度S表示电桥平衡时，比较臂RS改变一个相对值时，检流计指针偏转的格数。S的单位是“格”。例如，S=100格=1格／(1／100)，则电桥平衡后，只要RS改变1％，检流计就会有1格的偏转。一般讲，检流计指针偏转1／10格时，就可以被觉察，也就是说，此灵敏度的电桥，在它平衡后，RS只要改变0.1％，我们就能够觉察出来，这样由于电桥灵敏度的限制所导致的误差不会大于0.1％。这也正是我们研究电桥灵敏度的目的。因此，实验中要使电桥具有较高的灵敏度，以保证电桥平衡的可靠性，从而保证测量的准确性。在实验中通常采用增大系统的电流（或电压），以改善或增大电桥的灵敏度，保证实验结果的准确性。 4）电桥的故障分析在电桥测量的过程中，常见的故障现象：无论增大或减小比较臂的阻值，电桥的检流计始终往一边偏转。发生这种现象的故障可能是四个臂中有一或两臂断路。如图3所示。若测量臂断路（或未接入测量电阻），从等效电路可看到，检流计目前的职责显示通过比例臂R1的电流，而流过R1的电流方向是唯一的。因此不论怎么改变Rs的阻值，检流计始终偏向一边。（此时应注意在外电流很小的情况试行，同时不能长时间通电，以免损伤检流计）图3 测量臂断路及其等效电路图实验仪器1．箱式惠斯通电桥（QJ23型）、 2．电阻箱（ZX21型两只，ZX36型一只）、 3．电阻板（一只）、4．检流计（AC5型指针式）、5．滑线变阻器、6．直流稳压电源。1） 箱式电桥：其面板和电路结构见图4和图5。 图4 QJ23型箱式惠斯通电桥面板图 图5 QJ23型箱式惠斯通电桥内部接线图图中的各个代码分别表示：（1）待测电阻Rx接线柱；（2）检流计按钮开关G：按下时检流计接通电路，松开(弹起)时检流计断开电路；（3）电源按钮开关B：按下时电桥接通电路，松开(弹起)时断开电路；（4）检流计；（5）检流计调零旋钮；（6）外接检流计接线柱；（7）外接电源接线柱；（8）比例臂（9）比较臂（提供比例）。说明：(a). 图4中电桥左下角的三个接线柱用来使检流计处于工作或短路状态的转换，有一个短路用的金属片，当检流计工作时，金属片应接在中、下两个（“外接”）接线柱上，使电路能够连通；当测量完毕时，金属片应接在上、中两（“内接”）接线柱上，检流计被短路保护。(b). 电桥背后的盒子里装有三节2号干电池，约4.5伏。当某个实验测量所需要的电源，比内接电源大或者小，就用外接电源，接在外接电源接线柱(7)上。(同时要取出内装干电池)(c). 比例臂(8)由R1和R2两个臂组成，R1/R2之比值直接刻在转盘上；当该臂旋钮旋在不同的位置时，R1、R2各有不同的电阻值，组成七档不同的比值 K(0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000)。(d). 比较臂(9)由四个不同的电阻档(×1，×10，×100，×1000)所组成。（e）.在测量时，要同时按下按钮G、B，要注意，先按G，后按B。QJ23型箱式电桥的准确度倍 率 测量范围(Ω) 检 流 计 最大相对误差 电源电压 0.001 1～9.999 内附 2% 4.5V 0.01 10～99.99 0.2% 0.1 100～999.9 1
10 10K～99.99K 外附高灵敏度检流计 0.5％ 6V 100 100K～999.9K 15V 1000 1000K～9999K 2％
2）AC5型指针式检流计AC5型指针式检流计是电学实验中常用的仪器，灵敏度高，因为它采用了张丝或悬丝代替轴和轴承的结构，去掉了机械摩擦力。张丝不但是支承动圈和指针的元件，也是导流和产生反力矩的元件。由于这种结构特点，所以在使用时不能激烈转动或震动。电流常数 。其面板如图6所示。图中： “+、-”：正负极接线柱，电桥实验中检流计作为平衡指示器用，接线时可以不考虑正负极。 “零点调节”：调零旋钮，转动此旋钮可调节指针对准“0”点。（不能在“锁定开关”对着红点位置时调零。） “锁定开关”：此小开关拨向左边红点时为锁定状态，使线圈短路呈过阻尼，以保护检流计免受震动的损伤。拨向右边白点时为使用状态，指针可以左右偏转。检流计用毕后，应将此开关拨向红点。刻度盘：检流计“0”点在中间。“短路”按钮：这是一个阻尼电键，当检流计指针摆动不停时，待其接近&0&点将此按钮按下，然后松开，这样反复操作几次，可使指针迅速停止在“0”位，以节省测量时间，同时保护检流计。注意，上面讲的“锁定开关”与这个电键，虽然都利用了阻尼效应，但用处是不同的，前者是使检流计成为不使用状态，后者是使检流计处于使用状态使用的。 “电计”按钮：接通电桥电路按钮开关，按下时电路接通，松开时自动弹起，电路断开。[调节电桥平衡时一般应采取“跃按”法，即一按一松，按下时观察检流计的偏转情况]图6 AC5型指针式检流计 图6 AC5型指针式检流计内部电路 实验内容与步骤 利用自搭电桥和箱式电桥分别测量两个电阻值（估计：500Ω，3000Ω）1） 箱式惠斯通电桥测电阻（1）粗测电阻值可以利用万用电表；也可以利用电阻标称值（标码或条形码）（2）将测量电阻接到电桥的被测端（3）检流计的短路片接到“外接”两端，调零；（4）根据被测电阻的估计值，选择合适的比例和比较臂的电阻值；（5）按下检流计“G”按钮，同时按下电源“B”按钮；（6）根据指针偏转方向，判断比较臂的值是大是小。（7）记录数据 k= ；Rs= ；电桥等级α= ：（8）检流计的短路片接到“内接”两端，拆下被测电阻。2） 自搭惠斯通电桥测电阻（1） 连接电路 首先按图1将仪器位置摆好(摆成四边形)，然后连接电路，先连四边形，后连两条对角线。其中，R1，R2用两个有六个旋钮的电阻箱(较大的，ZX21型)，接“0”和“99999.9”两个接线柱；Rs用有四个旋钮的电阻箱(ZX36型)。接入被测电阻板的导线用带香蕉插头的导线。（2）调节检流计将检流计先调到使用状态(即将小旋钮对着白点)，然后调“0”点。（3）估测 Rx使用电桥测电阻应估测被测电阻的大小，用万用表粗测，（或者参见电阻上标记的值），两只被测电阻，一只约为几千Ω，另一只约为几百Ω。（4）比例 K及比较臂Rs预置值的大小根据被测电阻的大小确定 K及Rs的值，即将比例臂R1与R2和比较臂Rs旋钮拨到对应的值。（5）测量Rx对两只电阻用敞式电桥各测一次。每次测量调节电桥平衡后记下R1、R2、Rs的值以及电阻箱的级别。 （6）将数据记录完毕后，关闭电源，不急拆线，等指导教师认可后，方可拆线、整理仪器。 数据处理关于电阻箱及电桥的误差计算： 最大仪器误差： △R＝Ra%式中a%表示电阻箱或电桥的准确度，a表示电阻箱或电桥的等级。我们所使用的 ZX21型、ZX36型电阻箱都是0.1级的。如一个电阻示值R＝10.2Ω，则：△R＝10.2×0.1％＝0.010(Ω)
实验数据记录及处理（1）箱式电桥测电阻 Rx'(标记值) k(比例) Rs(Ω) Rx(Ω) a(电桥准确度) 470 0.1 4683 468.3 0.2 3000 1 2989 2989 0.2 箱式电桥的测量公式为 Rx＝k?Rs箱式电桥测量电阻，可认为是直接测量，它的测量误差可按照单次直接测量来处理。对于小电阻（470欧姆）：ΔRx＝Rx? =(k?Rs)? =468.3×0.2%=0.937Ω　　　　 　　　　 测量结果对于大电阻（3000欧姆）：ΔRx＝Rx? =(k?Rs)? =%=5.978Ω　　　　 　　　　 测量结果 （2）自组电桥测电阻Rx'(标记值) R1(Ω) R2(Ω) k(比例) Rs(Ω) Rx(Ω) a(电阻箱等级) 470 100 1000 0.1 4679 467.9 0.1 3000 1000 1000 1 2988 2988 0.1 敞式电桥的测量公式为 这种测量是间接测量，因此，应该上式推导出标准误差传递公式后计算误差。根据误差传递公式：其中 即 相对误差： 对于电阻箱 即三只电阻箱的相对误差为 由上可得：被测电阻的相对误差为
绝对误差分别为： 结果表达式为：
教学形式1、电阻分类
按材质分类：碳膜电阻、金属电阻 按阻值分类：低值电阻（&10欧）、中值电阻（10欧~100兆欧）、高值电阻（&100兆欧――欧姆表）2、电桥分类 交流电桥（幅度、相位） 直流电桥（幅度）双臂电桥（开尔文电桥）→测量低值电阻单臂电桥（惠斯通电桥）→测量中值电阻3、电桥电路及测量原理当电桥电路中，若 ，则电路中的B、D两点的电位相等，即电流计的指示为零。电桥达到平衡态。若已知R1、R2、Rs，则可求得Rx。4、实验的重点与难点 （1）测量结果的有效位数取决于比较臂的最大为数位。如比较臂最高数位为千位（无小数位），则测量结果的有效位数位4。 （2）比例系数的选择 根据被测电阻的估计值和比较臂的最高数位，选择比例系数。通常 (n为整数。) （3）比例臂的选择 根据串联电路的特征，R1和Rx同一数量级，R2和Rs同一数量级。 （4）灵敏度的控制 根据灵敏度定义，在同一条件下，放大电压可以提高测量精度。电桥电路中，B、D两点电位差为提高A、C两点电位差（提高外电路中电流）来检验电流是否真正达到平衡。5、 实验误差处理（略）仪器最大误差：第一类：不可估读的仪器――取仪器的精度（或单位）第二类：可估读的仪器――取仪器的最小位的一半第三类：（1）对于电阻箱、电桥、部分电表，仪器的最大误差为△R＝Ra%，其中R为测量值（或显示值），a%表示电阻箱或电桥的准确度，a表示电阻箱或电桥的等级。（2）对于部分电表，仪器最大误差为△I＝Ima%，其中Im为电表的量程，a%表示电表准确度，a表示电表的等级。6、 电阻色码识别碳质固定电阻器的阻值通常用彩色色码表示。电阻器上的色码，前三条表示阻值。如果有第四条，它表示电阻器的允许误差额定值。1、第一条颜色表示阻值的第一位数字2、第二条颜色表示阻值的第二位数字3、第三条颜色表示倍乘数。除银、金色外，这条颜色表示阻值前两个有效数之后应加零的个数。若为银色，乘以0.01，金色乘以0.1。前三条色码：黑0，棕1，红2，橙3，黄4，绿5，兰6，紫7，灰8，白9；第四调色码：金5%，银10%，无20%
回答者:樊章鼎
Mail: Copyright by ；All rights reserved.电阻电桥电路的原理及应用-电子产品世界论坛
电阻电桥电路的原理及应用
上传一个电阻电桥电路的原理及应用的文章，有需要的同志请参考。该文转载自美信的应用笔记AN3426
惠斯通电桥在电子学发展的早期用来精确测量值，无需精确的电压基准或仪表。实际应用中，电阻电桥很少按照最初的目的使用，而是广泛用于传感器检测领域。本文分析了电桥电路受欢迎的原因，并讨论在测量电桥输出时的一些关键因素。
注意：本文分两部分，第一部分回顾了基本的电桥架构，并将重点放在低输出信号的电桥电路，比如导金属箔应变计。第二部分，, &电阻电桥基础：第二部分&介绍使用硅应变仪的高输出信号电桥。 基本的电桥配置 图1是基本的惠斯通电桥，图中电桥输出Vo是Vo+和Vo-之间的差分电压。使用传感器时，随着待测参数的不同，一个或多个电阻的阻值会发生改变。阻值的改变会引起输出电压的变化，式1给出了输出电压Vo，它是激励电压和电桥所有电阻的函数。
图1. 基本惠斯通电桥框图
式1: Vo = Ve(R2/(R1 + R2) - R3/(R3 + R4))
式1看起来比较复杂，但对于大部分电桥应用可以简化。当Vo+和Vo-等于Ve的1/2时，电桥输出对电阻的改变非常敏感。所有四个电阻采用同样的标称值R，可以大大简化上述公式。待测量引起的阻值变化由R的增量或dR表示。带dR项的电阻称为&有源&电阻。在下面四种情况下，所有电阻具有同样的标称值R，1个、2个或4个电阻为有源电阻或带有dR项的电阻。推导这些公式时，dR假定为正值。如果实际阻值减小，则用-dR表示。在下列特殊情况下，所有有源电阻具有相同的dR值。
四个有源元件 第一种情况是所有四个电桥电阻都是有源元件，R2和R4的阻值随着待测量的增大而增大，R1和R3的阻值则相应减小。这种情况常见于采用四个应变计的压力检测。施加压力时，应变计的物理方向决定数值的增加或减少，式2给出了这种配置下可以得到的输出电压(Vo)与电阻变化量(dR)的关系，呈关系。这种配置能够提供最大的输出信号，值得注意的是：输出电压不仅与dR呈线性关系，还与dR/R呈线性关系。这一细微的差别非常重要，因为大部分传感器单元的电阻变化与电阻的体积成正比。
式2： Vo = Ve(dR/R)带四个有源元件的电桥
一个有源元件 第二种情况仅采用一个有源元件(式3)，当成本或布线比信号幅度更重要时，通常采用这种方式。
式3：Vo = Ve(dR/(4R+2dR))带一个有源元件的电桥
正如所料，带一个有源元件的电桥输出信号幅度只有带四个有源元件的电桥输出幅度的1/4。这种配置的关键是在分母中出现了dR项，所以会导致非线性输出。这种非线性很小而且可以预测，必要时可以通过软件校准。
两个具有相反响应特性的有源元件 第三种情况如式4所示，包含两个有源元件，但阻值变化特性相反(dR和-dR)。两个电阻放置在电桥的同一侧(R1和R2，或R3和R4)。正如所料，此时的灵敏度是单有源元件电桥的两倍，是四有源元件电桥的一半。这种配置下，输出是dR和dR/R的线性函数，分母中没有dR项。
式4：Vo = Ve(dR/(2R))具有相反响应特性的两个有源元件
在上述第二种和第三种情况下，只有一半电桥处于有效的工作状态。另一半仅仅提供基准电压，电压值为Ve电压的一半。因此，四个电阻实际上并一定具有相同的标称值。重要的是电桥左侧的两个电阻间匹配以及电桥右侧的两个电阻间匹配。
两个相同的有源元件 第四种情况同样采用两个有源元件，但这两个元件具有相同的响应特性，它们的阻值同时增大或减小。为了有效工作，这些电阻必须位于电桥的对角位置(R1和R3，或R2和R4)。这种配置的明显优势是将同样类型的有源元件用在两个位置，缺点是存在非线性输出，式5中的分母中含有dR项。
式5：Vo = Ve(dR/(2R+dR)在电压驱动的电桥中有两个相同的有源元件
这个非线性是可以预测的，而且，可以通过软件或通过源(而不是电压源)驱动电桥来消除非线性特性。式6中，Ie是激励电流，值得注意的是：式6中的Vo仅仅是dR的函数，而不是上面提到的与dR/R成比例。
式6: Vo = Ie(dR/2)在电流驱动的电桥中有两个相同的有源元件
了解上述四种不同检测元件配置下的结构非常重要。但很多时候传感器内部可能存在配置未知的电桥。这种情况下，了解具体的配置不是很重要。制造商会提供相关信息，比如灵敏度的线性误差、共模电压等。为什么将电桥作为首选方案? 通过下面的例子可以很容易地回答这个问题。 测压元件 电阻桥的一个常用例子是带有四个有源元件的测压单元。四个应力计按照电桥方式配置并固定在一个刚性结构上，在该结构上施加压力时会发生轻微变形。有负荷时，两个应力计的值会增加，而另外两个应力计的值会减小。这个阻值的改变很小，在1V激励电压下，测压单元的满幅输出是2mV。从式2我们可以看出相当于阻值满幅变化的0.2%。如果测压单元的输出要求12位的测量精度，则必须能够精确检测到1/2ppm的阻值变化。直接测量1/2ppm变化阻值需要21位的ADC。除了需要高精度的ADC，ADC的基准还要非常稳定，它随温度的改变不能够超过1/2ppm。这两个原因是驱动使用电桥结构的主要原因，但驱动电桥的使用还有一个更重要的原因。
测压单元的电阻不仅仅会对施加的压力产生响应，固定测压元件装置的热膨胀和压力计材料本身的TCR都会引起阻值变化。这些不可预测的阻值变化因素可能会比实际压力引起的阻值变化更大。但是，如果这些不可预测的变化量同样发生在所有电桥电阻上，它们的影响就可以忽略或消除。例如，如果不可预测变化量为200ppm，相当于满幅的10%。式2中，200ppm的阻值R的变化对于12位测量来说低于1个。很多情况下，阻值dR的变化与R的变化成正比。即dR/R的比值保持不变，因此R值的200ppm变化不会产生影响。R值可以加倍，但输出电压不受影响，因为dR也会加倍。
上述例子表明采用电桥可以简化电阻值微小改变时的测量工作。以下讲述电桥测量电路的主要考虑因素。 电桥电路的五个关键因素 在测量低输出信号的电桥时，需要考虑很多因素。其中最主要的五个因素是：
激励电压 式1表明任何桥路的输出都直接与其供电电压成正比。因此，电路必须在测量期间保持桥路的供电电压恒定(稳压精度与测量精度相一致)，必须能够补偿电源电压的变化。补偿供电电压变化的最简单方法是从电桥激励获取ADC的基准电压。图2中，ADC的基准电压由桥路电源分压后得到。这会抑制电源电压的变化，因为ADC的电压分辨率会随着电桥的灵敏度而改变。
图2. 与Ve成比例的ADC基准电压。可以消除由于Ve变化而引起的增益误差
另外一种方法是使用ADC的一个额外通道测量电桥的供电电压，通过软件补偿电桥电压的变化。式7所示为修正后的输出电压(Voc)，它是测量输出电压()、测量的激励电压(Vem)以及校准时激励电压(Veo)的函数。
式7： Voc = VomVeo/Vem
共模电压 电桥电路的一个缺点是它的输出是和电压等于电源电压一半的共模电压。通常，差分信号在进入ADC前必须经过，使其成为以地为参考的信号。如果这一步是必须的，则需注意系统的以及共模电压受Ve变化的影响。对于上述测压单元的例子，如果用仪表放大器将电桥的差分信号转换为单端信号，需要考虑Ve变化的影响。如果Ve容许的变化范围是2%，电桥输出端的共模电压将改变Ve的1%。如果共模电压偏差限定在精度指标的1/4，那么放大器的共模抑制必须等于或高于98.3dB。(20log[0.01Ve/(0.002Ve/(4096/4))] = 98.27)。这样的指标虽然可以实现，但却超出了很多低成本或分立式仪表放大器的能力范围。
失调电压 电桥和测量设备的失调电压会将实际信号拉高或拉低。只要信号保持在有效测量范围，对这些漂移的校准将很容易。如果电桥差分信号转换为以地为参考的信号，电桥和放大器的失调很容易产生低于地电位的输出。这种情况发生时，将会产生一个死点。在电桥输出变为正信号并足以抵消系统的负失调电压之前，ADC输出保持在零电位。为了防止出现这种情况，电路内部必须提供一个正偏置。该偏置电压保证即使电桥和设备出现负失调电压时，输出也在有效范围内。偏置带来的一个问题是降低了。如果系统不能接受这一缺点，可能需要更高质量的元件或失调调节措施。失调调整可以通过机械电位器、，或在ADC的外接电阻实现。
失调漂移 失调漂移和噪声是电桥电路需要解决的重要问题。上述测压单元中，电桥的满幅输出是2mV/V，要求精度是12位。如果测压单元的供电电压是5V，则满幅输出为10mV，测量精度必须是2.5&V或更高。简而言之，一个只有2.5&V的失调漂移会引起12位转换器的1 LSB误差。对于传统，实现这个指标存在很大的挑战性。比如OP07，其最大失调TC为1.3&V/&C，最大长期漂移是每月1.5&V。为了维持电桥所需的低失调漂移，需要一些有效的失调调整。可以通过硬件、软件或两者结合实现调整。
硬件失调调整：斩波稳定或自动放大器是纯粹的硬件方案，是集成在放大器内部的特殊电路，它会连续采样并调整输入，使输入引脚间的电压保持在最小差值。由于这些调整是连续的，所以随时间和温度变化产生的漂移成为校准电路的函数，并非放大器的实际漂移。和的典型失调漂移是10nV/&C和50nV/1000小时。
软件失调调整：零校准或皮重测量是软件失调校准的例子。在电桥的某种状态下，比如没有载荷的情况，测量电桥的输出，然后在测压单元加入负荷，再次读取数值。两次读数间的差值与激励源有关，取两次读数的差值不仅消除了设备的失调，还消除了电桥的失调。这是个非常有效的测量方法，但只有当实际结果基于电桥输出的变化时才可以使用。如果需要读取电桥输出的绝对值，这个方法将无法使用。
硬件/软件失调调整：在电路中加入一个双刀可以在应用中使用软件校准。图3中，开关用于断开电桥一侧与放大器的连接，并短路放大器的输入。保留电桥的另一侧与放大器输入连接可以维持共模输入电压，由此消除由共模电压变化引起的误差。短路放大器输入可以测量系统的失调，从随后的读数中减去系统失调，即可消除所有的设备失调。但这种方法不能消除电桥的失调。
图3. 增加一个开关实现软件校准
这种自动归零校准已广泛用于当前的ADC，对于消除ADC失调特别有效。但是，它不能消除电桥失调或电桥与ADC之间任何电路的失调。
一种形式稍微复杂的失调校准电路是在电桥和电路之间增加一个开关(图4)。将开关从A点切换至B点，将反向连接电桥与放大器的极性。如果将开关在A点时的ADC读数减去开关在B点时的ADC读数，结果将是2VoGain，此时没有失调项。这种方法不仅可以消除电路的失调，还可以将提高两倍。
图4. 增加一个双刀、双掷开关，增强软件校准功能
交流电桥激励：这种方式不常使用，但在传统设计中，电阻电桥交流激励是在电路中消除直流失调误差的常用、并且有效的方法。如果电桥由交流电压驱动，电桥的输出将是交流信号。这个信号经过电容耦合、放大、偏置电路等，最终信号的交流幅度与电路的任何直流失调无关。通过标准的交流测量技术可以得到交流信号的幅度。采用交流激励时，通过减小电桥的共模电压变化就可以完成测量，大大降低了电路对共模抑制的要求。
噪声 如上所述，在处理小信号输出的电桥时，噪声是个很大的难题。另外，许多电桥应用的低频特性意味着必须考虑&闪烁&或1/F噪声。对噪声的详细讨论超出了本文的范围，而且目前已经有很多关于这个主题的文章。本文将主要列出设计中需要考虑的四个噪声源抑制。
将噪声阻挡在系统之外(良好接地、屏蔽及布线技术)
减少系统内部噪声(结构、元件选择和偏置电平)
降低电噪声(模拟滤波、共模抑制)
软件补偿或DSP(利用多次测量提高有效信号、降低干扰信号)
近几年发展起来的高精度转换器很大程度上简化了电桥信号数字化的工作。下面将介绍这些转换器解决上述五个问题的有效措施。 高精度&S-&D转换器(ADC) 目前，具有低噪声的24位和16位&S-&D ADC对于低速应用中的电阻电桥测量提供了一个完美的方案，解决了电桥模拟输出时的主要问题(见上述讨论，图2及后续内容)。
激励电压的变化，Ve 缓冲基准电压输入简化了比例系统的构建。得到一个跟随Ve的基准电压，只需一个电阻分压器和噪声滤波电容(见图2)。比例系统中，输出对Ve的微小变化不敏感，无需高精度的电压基准。
如果没有采用比例系统，可以选择多通道ADC。利用一个ADC通道测量电桥输出，另一个输入通道用来测量电桥的激励电压，利用式7可以校准Ve的变化。
共模电压 如果电桥和ADC由同一电源供电，电桥输出信号将会是偏置在1/2VDD的差分信号。这些输入对于大部分高精度&S-&D转换器来讲都很理想。另外，由于它们极高的共模抑制(高于100dB)，无需担心较小的共模电压变化。
失调电压 当电压精度在亚微伏级时，电桥输出可以直接与ADC输入对接。假定没有热耦合效应，唯一的失调误差来源是ADC本身。为了降低失调误差，大部分转换器具有内部开关，利用开关可以在输入端施加零电压并进行测量。从后续的电桥测量数值中减去这个零电压测量值，就可以消除ADC的失调。许多ADC可以自动完成这个归零校准过程，否则，需要用户控制ADC的失调校准。失调校准可以把失调误差降低到ADC的噪底，小于1&VP-P。
失调漂移 对ADC进行连续地或频繁地校准，使校准间隔中温度不会有显著改变，即可有效消除由于温度变化或长期漂移产生的失调变化。需要注意的，失调读数的变化可能等于ADC的噪声峰值。如果目的是检测电桥输出在较短时间内的微小变化，最好自动校准功能，因为这会减少一个噪声源。
噪声 处理噪声有三种方法，比较显著的方法是内部数字滤波器。这个滤波器可以消除高频噪声的影响，还可以抑制电源的低频噪声，的典型值可以达到100dB以上。降低噪声的第二种方法依赖于高共模抑制比，典型值高于100dB。高共模抑制比可以减小电桥引线产生的噪声，并降低电桥激励电压的噪声影响。最后，连续的零校准能够降低校准更新频率以下的闪烁噪声或1/F噪声。
实用的技巧 将电桥的输出与高精度的&S-&D ADC输入直接相连并不能解决所有问题。有些应用中，需要在电桥输出和ADC输入之间加入匹配的，信号调理器主要完成三项任务：放大、电平转换以及差分到单端的转换。性能优异的仪表放大器能够完成所有三项功能，但价格可能很昂贵，并可能缺少对失调漂移的处理措施。下面电路可以提供有效的信号调理，其成本低于仪表放大器。
单 如果只需要放大功能，图5所示简单电路即可满足要求。该电路看起来似乎不是最好的选择，因为它不对称，并对电桥增加了负载。但是，对于电桥来说这一负荷并不存在问题(虽然不鼓励这样做)。许多电桥为低阻输出，通常为350&O。每路输出电阻是它的一半或150&O。增加电阻R1后，150&O电阻只会轻微降低增益。当然，考虑150&O电阻的容限和电阻的(TCR)，电阻R1和R2的TCR并不能精确地与之匹配。补偿这个额外电阻的很简单，只要选择R1的阻值远远高于150&O即可。图5包括了一个用于零校准的开关。
图5. 连接低阻电桥的例子
差分与仪表 对于很多应用，可以用差分放大器取代仪表放大器。不仅可以降低成本，还可以减少噪声源和失调漂移的来源。对于上述放大器，必须考虑电桥阻值和TRC。
双电源供电 图6电路结构非常简单，电桥输出只用了两个运算放大器和两个电阻即完成了放大、电平转换，并输出以地为参考的信号。另外，电路还使电桥电源电压加倍，使输出信号也加倍。但这个电路的缺点是需要一个负电源，并在采用有源电桥时具有一定的非线性。如果只有某一侧电桥使用有源元件时，将电桥的非有源侧置于反馈回路可以产生-Ve，从而避免线性误差。
图6. 与低阻电桥连接的替代电路 总结 电阻电桥对于检测阻值的微小变化并抑制干扰源造成的阻值变化非常有效。新型模/数转换器(ADC)大大简化了电桥的测量。增加一个此类ADC即可获得桥路检测ADC的主要功能：差分输入、内置放大器、自动零校准、高共模抑制比以及数字噪声滤波器，有助于解决电桥电路的关键问题。
学习了，在电子电路中很重要的一部分。谢谢楼主
站位& 学习啊
谢谢楼主的分享，很实用啊，测电阻电桥我都是直接用，还是福禄克的。它的精度和灵敏度很不错，测量起来很方便，倒是没有深究过这些，现在学习一下...
marked，学习了~！
对于350&O应变电桥，图6中激励用的那个运放有点不好找啊，既要求失调、噪声指标，有要达到足够的输出电流。
这部分知识很重要，研究研究
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