半桥差动测量电路结构

半桥差动测量电路结构

半桥差动测量电路结构

定义

半桥差动电路是电阻应变式传感器中常用的电桥结构，将两个工作应变片分别接入电桥的两个相邻桥臂（如R1、R2），另外两个桥臂（R3、R4）为固定电阻。两个应变片处于同一温度环境中，一个受拉（电阻增大），一个受压（电阻减小），形成差动输出。

作用

• 消除非线性误差：当应变片电阻变化较小时，单臂电桥输出电压与应变成非线性关系；而半桥差动电路中，输出电压与应变呈线性关系，从根本上消除了非线性误差。
• 温度补偿：两个应变片具有相同的温度特性，温度变化时电阻变化相互抵消，不产生附加输出。
• 提高灵敏度：输出电压为单臂电桥的2倍。

工程理解

假设每个应变片初始电阻均为$R$，应变引起电阻变化量分别为$+\Delta R$和$-\Delta R$，供电电压为$E$。则输出电压：
$U_o=\frac{E}{4}(\frac{R+\Delta R}{R}-\frac{R-\Delta R}{R})=\frac{E}{2}·\frac{\Delta R}{R}$
可见输出与$\Delta R/R$成正比，为线性关系。实际应用中，两个应变片直接粘贴在被测弹性元件上（如悬臂梁上下表面），确保一个受拉一个受压，常用于力、压力、位移等测量。