全桥测量电路输出电压计算

全桥测量电路输出电压计算

全桥测量电路输出电压计算

定义

全桥测量电路是一种将四个应变片（电阻值变化）接入电桥四个臂的电路结构。当应变片受力产生应变时，每个臂的电阻变化量分别为 $\Delta R_1$、$\Delta R_2$、$\Delta R_3$、$\Delta R_4$。输出电压 $U_o$ 与输入电压 $U_i$ 的关系为：

当四个应变片初始电阻相等（$R_1=R_2=R_3=R_4=R$），且应变值 $\epsilon$ 较小时（$\Delta R\ll R$），利用应变片的灵敏系数 $K$，$\Delta R/R=K\epsilon$，输出电压简化为：

作用

• 提高灵敏度：与单臂桥（仅一个应变片）相比，全桥输出是单臂桥的4倍。
• 温度补偿：若四个应变片处于相同温度环境且相邻两臂的电阻温度系数匹配，温度引起的电阻变化在输出中互相抵消。
• 线性度：在小应变范围内，输出电压与应变呈理想线性关系。

工程理解

在实际测量中，全桥常用于对称结构（如悬臂梁、压力传感器），将应变片粘贴在梁的上下表面（受拉和受压位置）。例如：

• $R_1$、$R_3$ 受拉，$\Delta R>0$，$\epsilon >0$；
• $R_2$、$R_4$ 受压，，。

则输出电压 $U_o=\frac{U_{i}K}{4}(\epsilon +(-(-\epsilon ))+\epsilon +(-(-\epsilon )\left)\right)=U_{i}K\epsilon$，达到最大灵敏度。

注意：全桥要求四个应变片的初始电阻严格匹配，否则需通过调零电路消除初始不平衡。同时，需合理设计应变片布局，使相邻桥臂的应变符号相反，对臂符号相同，以获得最大输出和温度补偿效果。