基于單片機的電橋平衡自調節設計

在應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節。由于電阻應變計阻值有一定的偏差，使得電橋在初始時達不到平衡，導致測試儀在沒有應變時輸出信號有為負值的可能性，致使測試儀所測得的數據無法以計算機數值校正方法實現。對于傳統的機械電位器，手動調節的方法無法滿足應變式火炮膛壓測試儀封閉式、小體積的要求。本文設計的MSP430F2002單片機和MAX5402數字電位器所構成的電橋平衡自調節電路，具有結構簡單、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 電橋平衡自調節原理
在火炮膛壓測試儀中，考慮到測試儀殼體結構的限制以及低功耗的要求，采用的電橋為1／4直流源電橋。電橋平衡自調節電路如圖1所示。

左圖為電橋平衡自調節電路工作原理。其中，R1為電阻應變計溫度補償片，R2為電阻應變計工作片，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轉換器所獲得的數據不可靠。點畫線內為電橋平衡調節的核心部分，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的大小決定了調節范圍，Ra越小，調節范圍就越大。在常用的120 Ω電阻應變計中，理想的Ra阻值范圍一般為10～15 kΩ。