差动互补技术思想及其推广

差动互补技术思想及其推广

定义

差动互补技术（差分技术）是将两个特性完全相同的传感元件以相反方式接入测量电路（如电桥相邻臂），使被测量对二者产生相反变化，从而在输出中叠加有用信号、抵消共模干扰和非线性误差。

作用

• 抵消非线性：单个传感器（如应变片）的输出非线性能通过对称结构近似抵消，使总输出近似线性。
• 提高灵敏度：差动输出为单个输出的2倍。
• 抑制温度等共模干扰：环境影响对两个元件相同，在差动输出中被消除。

工程理解

以电阻应变片为例：两片相同应变片 $R_1$、$R_2$ 分别贴在梁的上下表面。受拉时 $R_1$ 增大 $\Delta R$，$R_2$ 减小 $\Delta R$。若接入直流电桥相邻臂，输出电压为：

而单臂电桥输出为 $U_o\approx \frac{U_i}{4}·\frac{\Delta R}{R_0}$，且存在高次非线性项。差动电桥使非线性项 $(\Delta R/R_0{)}^2$ 项相互抵消，输出线性度显著改善。

推广：该思想广泛用于电容传感器（差动电容）、电感传感器（差动变压器）、磁阻传感器（差分磁阻）等。只要构造对称反向的传感单元，即可利用差动互补原理优化性能。

注意

工程中要求两元件特性严格一致，否则会产生残余误差。