基于單片機的電橋平衡自調(diào)節(jié)設(shè)計

在應(yīng)變式火炮膛壓測試儀中，直流不平衡電橋測量電路是測量火炮膛壓信號的核心環(huán)節(jié)。由于電阻應(yīng)變計阻值有一定的偏差，使得電橋在初始時達不到平衡，導(dǎo)致測試儀在沒有應(yīng)變時輸出信號有為負值的可能性，致使測試儀所測得的數(shù)據(jù)無法以計算機數(shù)值校正方法實現(xiàn)。對于傳統(tǒng)的機械電位器，手動調(diào)節(jié)的方法無法滿足應(yīng)變式火炮膛壓測試儀封閉式、小體積的要求。本文設(shè)計的MSP430F2002單片機和MAX5402數(shù)字電位器所構(gòu)成的電橋平衡自調(diào)節(jié)電路，具有結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、功耗低、可靠性高等特性，完全符合火炮膛壓測試儀的要求。

1 電橋平衡自調(diào)節(jié)原理
在火炮膛壓測試儀中，考慮到測試儀殼體結(jié)構(gòu)的限制以及低功耗的要求，采用的電橋為1／4直流源電橋。電橋平衡自調(diào)節(jié)電路如圖1所示。

左圖為電橋平衡自調(diào)節(jié)電路工作原理。其中，R1為電阻應(yīng)變計溫度補償片，R2為電阻應(yīng)變計工作片，R1=R2=R3=R4=120 Ω，Uo為電橋輸出電壓，Io為恒流源。由電路理論計算可知：

若R2·R3-R1·R4=0，則電橋保持平衡。測量中電橋初始輸出值一般不為零，這可能導(dǎo)致傳感器在測量信號時超過滿量程或者為負值，使得通過A／D轉(zhuǎn)換器所獲得的數(shù)據(jù)不可靠。點畫線內(nèi)為電橋平衡調(diào)節(jié)的核心部分，其中O≤n≤1。
右圖為左圖的等效電路。由Y型-△型等效理論可知：

可知，Ra的大小決定了調(diào)節(jié)范圍，Ra越小，調(diào)節(jié)范圍就越大。在常用的120 Ω電阻應(yīng)變計中，理想的Ra阻值范圍一般為10～15 kΩ。