[實用新型]一種基于比率法的高精度單臂電橋電路

有效

• 申請號: 201720177392.8
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN206488792U
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 潘豐;鄒金鵬
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01D5/16
• 分類號: G01D5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及過程檢測領域，特別是涉及一種高精度單臂電橋電路。

背景技術

電阻式傳感器在溫度、壓力、流量等熱工參數測量以及氣體分析儀器等各行各業都有廣泛應用。其工作原理是，將被測量轉換成傳感器電阻值的變化，通過測量傳感器電阻值的變化來間接測量被測量。電阻式傳感器大致可以分為電阻應變式、壓阻式和熱阻式三類。為了進行準確測量，需要信號調理電路將電阻的變化轉換為電壓或電流的變化，然后通過模數轉換器進行數字化，以用于后續顯示或處理。

由于電阻式傳感器電阻信號變化很微弱，通常采用恒流源測電阻法和電橋法。恒流源測電阻法比較直觀，但要實現準確測量必須要求高準確度恒流源。考慮大電流會使電阻產生熱效應從而影響測量準確度，必須采用小電流恒流源。目前，電阻式傳感器的測量普遍采用電橋法，電橋法可以分為單臂電橋和差動電橋，最常用的是單臂電橋電路。但是單臂電橋存在以下問題：電阻的變化與電橋的不平衡輸出為非線性關系；電橋的不平衡輸出受電源電壓波動影響；電橋整體電阻的變化也會對電橋不平衡輸出產生影響。所以，單臂電橋電路不能滿足電阻式傳感器測量的高準確度。差動電橋能夠很好地解決輸入輸出的非線性，但也存在以下問題：需要使用多個電阻式傳感器，提高系統成本，降低電阻式傳感器使用率；不能解決測量或溫度變化時導致電橋兩端電壓變化對系統測量結果的影響；要求構成差動的電阻式傳感器性能具有很好的一致性；安裝電阻式傳感器時必須保證嚴格的對稱性；有些電阻式傳感器不能采用差動電橋，如熱阻式傳感器。

本實用新型，在單臂電橋電路的基礎上提出一種基于比率法的高精度單臂電橋電路，該電路克服了單臂電橋原理上非線性和電橋電壓的影響，能夠滿足電阻式傳感器測量的高準確度要求。

實用新型內容

本實用新型所采用的技術方案是：

一種基于比率法的高精度單臂電橋電路由單臂電橋、二個儀用放大器G1和G2、直流電源U_S和V_CC及限流電阻R₀、模數轉化器ADC組成。

單臂電橋的四個橋臂由三個阻值分別為R₂、R₃、R₄的高精度電阻和一個阻值為R₁的電阻式傳感器組成；

電橋供電直流電源U_S經過限流電阻R₀分壓以后為電橋的供電電壓U；電橋的供電電壓U正端串接電阻高精度R₂和電阻式傳感器R₁后接到直流電源U_S負端，儀用放大器G1的同相端和儀用放大器G2的反相端接在這二個電阻的中間；供電電壓U正端串接電阻高精度R₃和R₄后接到直流電源U_S負端，儀用放大器G1的反相端接在這二個電阻的中間；儀用放大器G2的同相端接電橋的供電電壓U正端；

模數轉化器ADC的分辨力為n位，儀用放大器G1的輸出端接到模數轉化器ADC的AIN輸入端，儀用放大器G2的輸出端接到模數轉化器ADC的REF IN+參考輸入端，模數轉化器ADC的REF IN-端和GND端接到直流電源U_S負端，模數轉化器ADC的電源端VCC接直流電源V_CC。

工作過程是：電橋的不平衡輸出U₀₁和電橋同一側另一臂的電壓U₀₂經過放大以后接入模數轉化器ADC中，放大的U₀₁作為模數轉化器ADC的模擬輸入電壓，放大的U₀₂作為模數轉化器ADC的參考電壓，則經過模數轉換的數字量N的值與電阻的變化量ΔR是線性關系，與直流電源U_S和模數轉化器ADC的參考電壓沒有關系。

本實用新型的有益技術效果是：若采用高準確度的橋臂電阻和高準確度的儀用放大器，則系統具有很高的準確度。

附圖說明

附圖1是基于比率法的高精度單臂電橋電路。

附圖2是傳統的單臂電橋電路。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型裝置的具體實施方式做進一步說明。

與傳統的單臂電橋相比，基于比率法的高精度單臂電橋電路的不同之處在于，將電橋同側另一臂的電壓值作為模數轉換器的參考電壓，這樣就實現了電橋的不平衡輸出和同側另一臂的電壓之間的比率關系。