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1、2电压灵敏度,若R1由应变片替代，当电桥开路时，不平衡电桥输出的电压为:,(2-26),设桥臂比n=R2/R1,由于R1R1 ,可得:,分析(2-28)式： 电桥的灵敏度SV 正比于供桥电压E。 电桥的灵敏度SV 是桥臂比的函数。,当供桥电压E 确定后，由,求得n=1时，SV为最大。即：在当供桥电压E确定后，当R1= R2、R3= R4 时，电桥的灵敏度最高。,结论：当供桥电压和电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂阻值大小无关。,此时，可分别将（2-26）式、（2-27）式、（2-28）式简化为 ：,（1）非线性误差 实际的非线性特性曲线与理想的线性特性曲线的偏差称
2、为绝对非线性误差； 绝对非线性误差与理想的线性特性曲线的比称为相对非线性误差，用r 表示。,3非线性误差及其补偿方法,（2-32）, 提高桥臂比 从（2-32）式可知，提高桥臂比n可使非线性误差减小；但电桥电压灵敏度SV 将降低。为了不降低SV ，必须适当提高供桥电压E。,（2）减小或消除非线性误差的方法, 采用差动电桥 a.半桥差动,如果桥臂电阻R1和邻边桥臂电阻R2都由应变片替代，且使一个应变片受拉，另一个受压，这种接法称为半桥差动工作电路。,结论：U0 与R1/R1 成线性关系，差动电桥无非线性误差；电压灵敏度SV= E/2 ，比使用单只应变片提高了一倍。,当电桥开路时，不平衡电桥输出的
3、电压为：,若 ， 则：,b. 全桥差动 若满足 R1=R2=R3=R4 则输出电压为：,可见：全桥差动电桥也无非线性误差；电压敏度SV=E 是使用单只应变片的4倍，比半桥差动提高了一倍。,2.4.2 交流电桥,1交流电桥平衡条件,交流电桥输出电压为：,所以桥路平衡条件为：,2. 交流电桥的不平衡状态, 单臂交流电桥, 半桥差动电路, 全桥差动电路,3. 交流电桥的调平方法,由于引线产生的分布电容的容抗(引线电感忽略)、供电电源的频率及被测应变片的性能差异，交流电桥的初始平衡条件和输出特性都将受到严重影响，因此必须对电桥预调平衡。,交流电桥的平衡可用电阻调整和电容调整或阻容调整的方法。,直流电桥
4、的调平方法,图2-15 交流电桥平衡调节,半导体应变电桥的非线性误差很大，故半导体应变电桥除了提高桥臂比、采用差动电桥等措施外，一般还采用恒流源.,2.4.3 恒流源电桥,若右图所示的电路输入 阻抗较高，则有：,1. 电桥输出电压与电阻变化量的关系,解该方程组得:,输出电压为:,若电桥初始平衡，且R =R2 =R3=R4=R，当第一桥臂电阻R1 变为R1+R1 时，电桥输出电压为：,若满足R1R1 ，则,输出电压与R成正比，即与被测量成正比。 输出电压与恒流源供给的电流大小、精度有关，与温度无关。,使用恒流源的非线性误差为：,2. 非线性误差,若采用恒压源，非线性误差为：,2.5 固态压阻式传
5、感器,2.5.1 压阻式传感器的结构与工作原理,用集成电路工艺技术，在硅片上制造出四个等值的薄膜电阻，组成电桥。当不受力时，电桥无电压输出；受力时，电桥失去平衡，输出与应力成正比的电压。,压阻式传感器的工作原理是基于半导体材料的压阻效应：当半导体（单晶硅）材料某一轴向受外力作用时，其电阻率会发生变化。详见本书2.1.3中的半导体应变片的工作原理。,2.5.2 压阻系数,对半导体材料,对金属材料,电阻相对变化量,1. 压阻系数的定义,半导体电阻的相对变化近似等于电阻率的相对变化，而电阻率的相对变化与应力成正比，二者的比例系数定义为压阻系数。,压阻系数为:,影响压阻系数因素：扩散电阻的表面杂质浓度和温度。扩散杂质 浓度NS增加时， 压阻系数就会减 小。压阻系数与 扩散电阻表面杂 质浓度NS的关系 如图。,2. 影响压阻系数的因素,1N-Si膜片 2P-Si导电层 3粘贴剂 4硅底座 5引压管 6Si 保护膜 7引线,2.5.3 固态压阻器件,利用固体扩散技术，将P型杂质扩散到一片N型硅底层上，形成一层极薄的导电P型层，再装上引线接点。若在圆形硅膜片上扩散出四个P型电阻，构成惠斯登电桥的四个臂，这样的敏感器件通常称为固态压阻器件。,
