全桥差动电路

全桥差动测量电路

全桥差动测量电路是电阻应变式传感器中一种重要的测量电路，其结构如图3-6b所示。电桥的四个桥臂全部接入电阻应变片，且各应变片根据受力后的电阻变化符号接入相应桥臂：使相邻桥臂的电阻变化符号相反，相对桥臂的电阻变化符号相同。

电路结构与输出电压

设电桥供电电源电压为 $E$，四个桥臂的初始电阻相等，即 $R_1=R_2=R_3=R_4=R$。当应变片感受应变时，各电阻的变化量满足 $\mathrm{\Delta }{R}_1=\mathrm{\Delta }{R}_2=\mathrm{\Delta }{R}_3=\mathrm{\Delta }{R}_4=\mathrm{\Delta }R$，且按上述符号规则接入，则电桥输出电压 $U_o$ 为：

代入等幅等阻条件，整理得到：

线性度与灵敏度

由上式可见，全桥差动测量电路的输出电压 $U_o$ 与电阻相对变化 $\mathrm{\Delta }R\mathrm{/}R$ 呈严格线性关系，不存在非线性误差。

电桥电压灵敏度 $K_U$ 定义为输出电压与电阻相对变化之比，即：

与单臂电阻应变片工作时的电压灵敏度 $K_U=E\mathrm{/}4$ 相比，全桥差动测量电路的电压灵敏度是单臂工作时的4倍。

温度补偿作用

由于四个桥臂均接入电阻应变片，当环境温度变化引起各应变片电阻产生相同的增量时，电桥相邻桥臂的电阻变化相互抵消，电桥零点输出不受温度影响，因此全桥差动电路具有温度补偿作用。但受载输出表达式的分母仍含共同基阻随温度的变化，故灵敏度随温度的漂移不能由此抵消，须另行处理。

应用条件

全桥差动测量电路要求：

1. 四个桥臂全部为电阻应变片；
2. 各应变片的初始电阻相等；
3. 各应变片感受的应变引起的电阻变化量大小相等；
4. 根据电阻变化的符号正确安排桥臂，使相邻桥臂变化符号相反。

在电阻式力传感器等典型应用中，弹性元件在力作用下产生应变，粘贴在弹性元件上的四个应变片分别感受拉应变和压应变，从而满足上述条件，实现高灵敏度、高线性度的测量。