直流电桥非线性误差

直流电桥非线性误差

定义：直流电桥非线性误差指在单臂工作电桥中，输出电压与电阻变化量之间并非严格线性关系，实际输出相对于理想线性输出的偏差。

作用：影响电阻式传感器的测量精度，尤其在待测电阻变化量较大时误差显著，需要采取措施减小或消除。

工程理解：

• 单臂电桥（一个桥臂为应变片，其余为固定电阻）的输出电压公式为：

其中 $U$ 为电源电压，$R$ 为初始电阻，$\Delta R$ 为电阻变化量。

• 理想线性输出为：

• 相对非线性误差定义为：

当 $\Delta R\ll R$ 时，近似为 $\delta \approx -\frac{\Delta R}{2R}$，误差大小与 $\Delta R/R$ 成正比。

• 典型应用：应变片测量时，若应变约为 $1000\mu \epsilon$，对应 $\Delta R/R\approx 0.002$，非线性误差约 $0.1\%$；若应变增大，误差快速上升。
• 减小非线性误差的常用方法：采用半桥或全桥差动电路，对称布置应变片使相邻桥臂电阻变化相反，输出电压与 $\Delta R/R$ 呈线性关系，几乎消除非线性误差。