电桥(直流、交流)是一种比较式仪表,它的准确度和灵敏度都较高,常被用于非电量电测技术。
实际测量中,常常需要将各种非电量(例如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等)变换为电量,而后进行测量,这种测量方法就是所谓的非电量的电测法。利用非电量的电测法能做到连续测量,以自动控制实验或生产过程;能测量动态过程;能自动纪录;可以采用微处理器做成的智能化仪器,与微机一起组成测量系统实现数据处理、误差校正和自动监控等。各种非电量的电测仪器,主要由传感器、测量电路、测录装置三部分组成。其中,传感器的作用是把被测非电量变换为与其成一定比例关系的电量;测量电路的作用是把传感器输出的电信号进行处理,使之适合于显示、记录或者和微型计算机连接;测录装置是指各种电工测量仪表、示波器、自动记录器、数据处理器及控制电机等,目前非电量电测系统中广泛采用微型机算机,以扩大测量系统的功能,改善对测量值的处理技术,提高测量的可靠性。下面简单介绍几种用电桥电路为测量电路的非电量电测系统。
例题:电阻温度计电阻温度计将温度的变化变换为电阻的变化,用来测量温度。电阻温度计中常采用电桥测量电路(如图)。图中是热电阻,一般选用具有稳定的物理和化学性能的金经属电阻丝制成,且其电阻随温度变化的关系最好接近线性。是标准电阻,其中一个或两个是可调的。
当电桥未平衡时,检流计G(其阻值为)中 通有电流为,
 (7.34)
其中

在测量前,先调节或,使电桥平衡,=0,,在测量温度时,热电阻传感器电阻随温度变化了,阻值为,代入式(7.34),于是分子变为

分母M变为,其中

当很小时,也很小,于是可认为式(7.34)的分母保持不变。这时不平衡电流为

它近似地与成正比。又因为电阻随温度变化呈线性关系,于是检流计指针的偏转角

式中是电阻的摄氏温度,与是比例常数。根据指针偏转角的大小即可确定被测温度的高低。
例题:电感传感器
常用的差动电感传感器,其结构十分简单。如图 a所示,有两只完全相同的线圈和,上下对称排列,其中有一衔铁。当衔铁在中间位置时,两线圈的电感相等,。当衔铁受到非电量的作用做上下移动时,两线圈的电感一增一减,发生变化,此即为差动。将两个线圈作为交流电桥的两个相邻桥臂,用标准电阻作为另外两个桥臂,构成一个交流电桥其电路如图 b所示.。当传感器中的衔铁处于中间位置,电桥平衡,输出电压。当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时,电桥不平衡,输出电压的大小与衔铁位移的大小成比例,其相位则与衔铁移动的方向有关。电桥的输出电压通常还要经过放大、整流、滤波等环节而后输出,用测录装置指示或记录。
电感传感器的应用很广,常用来测量压力、位移、、液位、表面光洁度以及检查零件尺寸等。其优点是输出功率较大,在很多情况下可以不经放大,直接与测量仪表相联。
例题:电容传感器电容传感器通常采用的是平行板电容传感器,其电容为

式中是板间介质的相对介电常数;S是两极板对着的有效面积;d是极板间的距离。可见只要改变上述三个量之一,即可改变电容值。如果将电容的上极板固定,下极板与被测运动物体相接触,当运动物体上、下位移(改变d)或左、右位移(改变S)时,将引起电容变化,通过测量电路将这种电容的变化转换为电信号输出,其大小反映运动物体位移的大小。上图是交流电桥测量电路,是电容传感器,是一固定电容器,其电容与测量初始时的电容相等;是两个标准电阻。初始时,电桥平衡,输出电压,当的电容变化时,电桥有电压输出,其值与电容的变化成比例,由此可测定被测非电量。例如用电容传感器可以测量绝缘带条厚度。如图所示,将待测绝缘带条置于电容传感器的两极板间,电容传感器的介质是空气,绝缘带的相对介电常数是,带条的厚度是,则电容传感器的电容为

此时输出电压,因此由输出电压的变化可以测得带条厚度,且由于是带条厚度的函数,因此可以由输出电压的值判断带条厚度是否合格。