压阻类型的传感器为什么需要配备桥路放大器?

1. 输出信号微弱

压阻传感器的电阻变化通常非常微小(例如应变片的ΔR/R在0.1%量级),直接输出的电压信号可能仅为毫伏(mV)级别,甚至更低。

桥路放大器的作用:通过差分放大电路(如惠斯通电桥+仪表放大器),将微弱的电阻变化转换为可测量的电压信号,并放大到适合后续处理的幅度(如伏特级)。

2. 消除共模干扰

传感器在实际应用中会受到温度漂移、电磁噪声等共模干扰(即同时影响桥路两端的干扰信号)。

桥路放大器的作用:惠斯通电桥的差分输出结构结合仪表放大器,可以抑制共模干扰,只放大有用的差分信号(即电阻变化对应的信号)。

3. 提高灵敏度与线性度

单臂电阻变化时,电桥的输出电压与电阻变化呈非线性关系(ΔR/R较小时可近似线性)。

桥路设计优化:全桥或半桥配置(如四臂均参与感应)可提高灵敏度,并通过对称结构补偿非线性误差。

放大器的作用:进一步放大信号并可能集成线性化校正电路(如软件或硬件补偿)。

4. 温度补偿

压阻材料的电阻值易受温度影响,导致零点漂移和灵敏度变化。

桥路设计:通过将敏感电阻布置在电桥的相邻臂,利用温度对桥臂的对称影响抵消漂移(温度自补偿)。

放大器辅助:部分放大器集成温度补偿功能,或提供外部调零电路。

5. 提供稳定的激励源

电桥需要外部电压或电流激励(如恒压源或恒流源)才能工作。

放大器的作用:桥路放大器通常包含激励源或与其协同设计,确保供电稳定,避免因激励波动导致测量误差。

6. 阻抗匹配与信号调理

传感器输出阻抗较高,直接连接测量设备可能导致信号衰减。

放大器的作用:提供高输入阻抗(减少负载效应)和低输出阻抗,便于信号传输至ADC或控制器。