差动电桥

差动电桥

差动电桥是电阻应变式传感器中为减小或消除单臂电桥非线性误差而采用的测量电路，分半桥差动和全桥差动两种情形。其共同特征是：接入桥臂的应变片在受力时产生等幅、反向的电阻变化，即一片增加 $\mathrm{\Delta }R$、另一片减少 $\mathrm{\Delta }R$。

半桥差动

半桥差动电桥只有两个相邻桥臂接入电阻应变片，如图 3-6a 所示。设桥臂电阻为 $R_1$、$R_2$、$R_3$、$R_4$，供桥电压为 $E$，输出电压为

当 $\mathrm{\Delta }{R}_1=\mathrm{\Delta }{R}_2$、$R_1=R_2=R_3=R_4$ 时，得到

即输出电压与 $\mathrm{\Delta }{R}_1$ 成严格线性关系，不存在单臂电桥中的非线性项。

全桥差动

全桥差动电桥的四个桥臂全部接入电阻应变片，且必须按电阻变化的符号安排桥臂：变化符号相同的应变片接在相对桥臂上，变化符号相反的应变片接在相邻桥臂上。当 $R_1=R_2=R_3=R_4=R$ 且 $\mathrm{\Delta }{R}_1=\mathrm{\Delta }{R}_2=\mathrm{\Delta }{R}_3=\mathrm{\Delta }{R}_4=\mathrm{\Delta }R$ 时，输出电压为

其非线性误差 ${\gamma }_{\mathrm{L}}=0$。

灵敏度与温度补偿

以单臂电桥输出 $U_{\mathrm{o}}=\frac{E}{4}\frac{\mathrm{\Delta }R}{R}$ 为参照，半桥差动电桥的灵敏度为单臂时的两倍，全桥差动电桥的灵敏度为单臂时的四倍。

温度补偿作用来自差动结构本身：当温度变化使各应变片产生同符号、同大小的电阻变化时，由于相邻桥臂的变化符号相反、相对桥臂的变化符号相同，这些共模变化在桥路中相互抵消，不产生附加输出电压。因此，差动电桥的温度补偿作用是指温度变化引起的共模电阻变化不产生附加输出电压，即实现温度零点补偿；它并不表示温度变化对电桥输出完全没有影响。当电桥受载时，温度变化若改变应变片的标称阻值或桥臂分母，仍可能改变电桥的灵敏度。

交流差动电桥

由于应变测量电桥的输出电压很小，一般要加放大器，而直流放大器容易产生零漂，所以应变测量电桥多采用交流电桥。交流半桥差动电桥的输出电压为

与直流差动电桥相似，交流差动电桥的输出电压也与 $\mathrm{\Delta }{R}_1$ 成线性关系。