[实用新型]一种单臂电桥的双运放非线性校正电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及过程检测领域，特别是涉及一种电桥的非线性校正电路。

背景技术

电阻式传感器在温度、压力、流量等热工参数测量以及气体分析仪器等各行各业都有广泛应用。其工作原理是，将被测量转换成传感器电阻值的变化，通过测量传感器电阻值的变化来间接测量被测量。

由于电阻式传感器电阻信号变化很微弱，通常采用恒流源测电阻法和电桥法。恒流源测电阻法比较直观，但要实现准确测量必须要求高准确度恒流源。考虑大电流会使电阻产生热效应从而影响测量准确度，必须采用小电流恒流源。目前，电阻式传感器的测量普遍采用电桥法，电桥法可以分为单臂电桥和差动电桥。最常用的是单臂电桥电路。但是单臂电桥存在以下问题：电阻的变化与电桥的不平衡输出为非线性关系；电桥的不平衡输出受电源电压波动影响；电桥整体电阻的变化也会对电桥不平衡输出产生影响。所以，单臂电桥电路不能满足电阻式传感器测量的高准确度。差动电桥能够很好地解决输入输出的非线性，但也存在以下问题：需要使用多个电阻式传感器，提高系统成本，降低电阻式传感器使用率；不能解决测量或温度变化时导致电桥两端电压变化对系统测量结果的影响；要求构成差动的电阻式传感器性能具有很好的一致性；安装电阻式传感器时必须保证严格的对称性；有些电阻式传感器不能采用差动电桥，如热阻式传感器但由于电桥电路固有的非线性，使仪器仪表在整个刻度范围内灵敏度不一致，致使对系统的分析处理复杂化。

本实用新型，针对具有非线性输入输出特性的单臂电桥电路给出了基于双运放的非线性校正电路，校正电路都充分地利用了运放的“虚短”和“虚断”特性，可以完全消除非线性误差、提高输出灵敏度，且灵敏度可以调整，具有较好的灵活性。

实用新型内容

本实用新型所采用的技术方案是：

一种单臂电桥的双运放非线性校正电路由单臂电桥、二个运放A1和A2及直流电源构成。

单臂电桥的四个桥臂由三个阻值为R的固定电阻和一个阻值为R+ΔR传感器电阻组成；直流电源u_s正端串接二个阻值为R的固定电阻后接到运放A1的输出端，运放A1的反相端接在这二个固定电阻的中间；直流电源u_s正端串接一个阻值为R的固定电阻和一个阻值为R+ΔR传感器电阻后接到运放A1的输出端，运放A2的反相端接在这二个电阻的中间；运放A1和A2的同相端接直流电源u_s的负端；运放A2的反相端和运放A2的输出端接一个阻值为R_F的反馈电阻；运放A2的输出为单臂电桥输出信号u_o。

工作过程是：电路利用运放的“虚短”和“虚断”特性，当ΔR发生变化时，输出电压u_o也成比例地发生变化。

本实用新型的有益技术效果是：可以完全消除非线性误差、提高输出灵敏度，具有简单易用的特点。

附图说明

附图1是单臂电桥的双运放非线性校正电路。

附图2是普通的单臂电桥电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型装置的具体实施方式做进一步说明。

利用二个运算放大器，构成附图1所示的双运放非线性校正电桥电路，可以完全校正附图2所示的普通的单臂电桥电路的非线性特性。

采用节点法，列写节点①、②的节点方程可得：

式(1)中的u₁、u₂和u₃分别为电路中①，②和③点处电压。由运放的“虚短”特性，易知u₁＝u₂＝0，于是由式(1)可解得输出电压为

电路的灵敏度为

由附图1可知：

由式(3)可知，普通的单臂电桥电路的输出电压u_o与ΔR之间呈非线性关系。当ΔR＜＜R时，u_o与ΔR之间呈近似线性关系，电路的灵敏度为

电路灵敏度可以调整，具有较好的灵活性。

比较式(2)和式(3)，可发现附图1电路的u_o与ΔR之间的关系呈线性，且电路的灵敏度较附图2增加倍。

本实用新型提供了一种单臂电桥的单运放非线性校正电路具有线路简单、非线性校正效果好特点。电路灵敏度可以调整，具有较好的灵活性。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。