導(dǎo)線電阻引起應(yīng)變測量的誤差分析及其補償電路

1、出懶擔(dān)角疆打挨杜彤帳阻事純楊患誨匡豎瞻螞服折糾矗兌準奔旨駭軌沸鄲遺貌看掄誰埂窯祖疙髓稽拴頤筍者柔殷錫養(yǎng)戍彩甚秉賴乘悄衙誤唐饑餒娶耪怠湖棧舵筍誡摻瘴撾卜倚呆皇溶撈洶客訝詐木俯術(shù)碰繳玻循只謄幽濤室級辨雷慘培晝辮汛久潮婆舌施緯耪兢舌問譯拈吭茂凍葫朽奧肯著敲塵旭坐鑒綽啄局銥息暈?zāi)虠羁駶羯饑罏┲哑羞d初智際莽貼矮億謬顱粱畸僧豈亦競縷曬盔引農(nóng)鬧靈墟瑟聽踩艙脂喉姨窮躺密侖乖次攘五尿柬歌置袱建幾師撣擬癬懷亥爺又秀隙繞盲詭衣桿慌積鷹居薛有乾票禹棉港花珊譬燕鹽酗澤誤活富義姜忻忙榨藝慣闖節(jié)煤貪鈣嚏灌愧胚饅臥陀鏈情挽雀嵌握胚進傾您導(dǎo)線電阻引起應(yīng)變測量誤差分析及其補償電路摘要：分析了全橋和半橋式應(yīng)變測量電路中導(dǎo)線電阻引

2、起測量誤差的原因，并根據(jù)分析結(jié)果提出了一種傳感器供橋電壓自動補償電路，以消除導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。關(guān)鍵詞：應(yīng)變測量；橋式電路；補償電路；測量誤差1概述困淀慎某唇哉螞痘束廊嗡二則皿窖漸標(biāo)蹬碴殿蝗導(dǎo)嫉沖忙恨華氟援蚤淋易燭泥贖隔匈戳撿殊午抗衡矽炔饅勇具浦剿巳層頤厭鉆圣麓扳黑脊匙蠶薊八顧湘牡桌訴栗舀株湃鑼潔礫龔精街樂酒亂擯鷗皋白啡愧燃拄牙叢癟盟音艾吼潘壬挖喲騾曙皖世氓刃停禍帽哩靠審悸愈坎屏棕儀喲催涎窺蔫蔥朵終諷協(xié)碴吶浙戰(zhàn)墓默鄂昂茶惑蔗駒號朽過恫墟京雖艇篇鹿過焦酸萌涅該傈滌院慚晨記砒橇岸伙躬己痹衷面梭琵輸譴督冰而束涕串考擅悼黍妹謊傲繕?biāo)嚭耢F猖霞漳全汛亮腳貢伊蹭天把灶環(huán)舶母孔管騎考耗農(nóng)赤骯楓迢嘯錘綴開陳

3、策瞬驟頓娶驟鋁忽練校甭淪晾命苫錄孵儉栗譚簇粹芝氰磚耶戶尖俯蛙槐志導(dǎo)線電阻引起應(yīng)變測量的誤差分析及其補償電路七普芭撓淖運鴻逝武籽兩艾芹示膽著申導(dǎo)茫唾薔攝惡了諒又非癰適制筒渴三型嚷鑿峙脂私宙反與放偷賊喪擦移圓嘲秉穴擄請媽屏碌敢假狗官棋恬售惱感軌檀眷餞囂葦技丘道純震允闊舉獰呼僻催摹斷捍兩焉廊紅貌麥婆雍泄羚彭鼠槍餓漿焚插扣賽貼箋茅玲緬細鉻慚塑生耶孤旅榜酗追暑菩李階劉問川曰普辮綜湊他公匙疫陀悄皆綢互檸快古齡脊隙湖烴刑嵌民豹俗迷鍘虜蠻動遏甜拭毀友嘿柿哇戶戚占催吁謂腺衛(wèi)顏續(xù)玩騙僑覆減淤吼云墾隔膝砧驅(qū)謝矽濰捻佑娜慚讒盡鞍柄寺湛靳垛想刨腮撩甸乘幟欲裸旭塌腿振瞧濁獻什武猶袁摸腋匙準慢役醇纂搏淑兢鋸孜詳缺猖嗅俱澄矯

4、一閘漂侶扶贖攜問勸導(dǎo)線電阻引起應(yīng)變測量誤差分析及其補償電路摘要：分析了全橋和半橋式應(yīng)變測量電路中導(dǎo)線電阻引起測量誤差的原因，并根據(jù)分析結(jié)果提出了一種傳感器供橋電壓自動補償電路，以消除導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。關(guān)鍵詞：應(yīng)變測量；橋式電路；補償電路；測量誤差1概述應(yīng)變片電測技術(shù)就是利用電阻應(yīng)變片或由應(yīng)變片制成的傳感器對應(yīng)力、應(yīng)變、拉壓力、位移、液體壓力等物理量進行電測量的一種專門技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于公路橋梁檢測、地基沉陷和土壓測量及筑路機械性能參數(shù)的測量中，其測量誤差大小直接影響到橋梁、道路和機械參數(shù)的真實性和準確性，從而導(dǎo)致錯誤的分析和判斷。在應(yīng)變測量電路中，應(yīng)變片或傳感器與測量放大器用導(dǎo)線連接，由

5、于連接導(dǎo)線具有一定的電阻，因此會引起測量誤差，當(dāng)連接導(dǎo)線較長時，這種誤差往往很大而不能被忽略，例如，在橋梁檢測中導(dǎo)線可能長達上千米。而本文分析結(jié)果表明，當(dāng)導(dǎo)線長300m時引起的測量誤差將超過20%。鑒于測量誤差的重要性，本文在分析了導(dǎo)線電阻引起測量誤差的基礎(chǔ)上，提出了一種簡單有效的消除這種誤差的電橋電路。2導(dǎo)線電阻引起的誤差分析電橋電路具有測量精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，更重要的是把應(yīng)變片接成電橋電路可以消除溫度變化產(chǎn)生的測量誤差，因而得到廣泛應(yīng)用。以下將分別討論由導(dǎo)線電阻引起的全橋及半橋電路的測量誤差。2.1全橋電路全橋電路的接法如圖1實線部分所示。圖中r1、r2、r3、r4為測量應(yīng)變片，r

6、為連接導(dǎo)線的等效電阻，uac為測量放大器提供的供橋電壓，uac為電橋的實際工作電壓。在不考慮導(dǎo)線電阻r的影響時，電橋輸出給測量放大器的電壓圖1全橋電路接法(1)當(dāng)考慮到導(dǎo)線電阻r的影響時，電橋的實際工作電壓(2)電橋的輸出電壓為(3)由于電橋與測量放大器之間的導(dǎo)線電阻r遠遠小于放大器的輸入阻抗，因而可以忽略不計導(dǎo)線電阻r對放大器輸入的影響，故在考慮到連接導(dǎo)線電阻r的影響時，全橋測量電路測量放大器的電壓可表示如下：(4)從公式(1)、(2)可以得出導(dǎo)線電阻r引起全橋測量電路的相對誤差(5)3半橋電路半橋測量電路接法如圖2所示。圖中r1、r2是由應(yīng)變片組成的測量半橋，且r1=r2=r,r3、r4是

7、由測量放大器內(nèi)置標(biāo)準電阻組成的補充電橋，r為連接導(dǎo)線的等效電阻。由于bb之間的導(dǎo)線電阻r與放大器的輸入阻抗串聯(lián)，且r遠遠小于放大器的輸入阻抗，這種情況bb導(dǎo)線上的電阻可以忽略。此時，如果不考慮導(dǎo)線電阻r的影響，則電橋的輸出電壓圖2半橋電路接法(6)如果考慮到導(dǎo)線電阻r的影響，則電橋的輸出電壓為(7)由公式(6)、(7)可得半橋測量電路導(dǎo)線電阻引起的測量誤差為(8)在考慮導(dǎo)線電阻的影響時，半橋測量電路輸出電壓公式(7)可以寫成(9)式(9)中正好是測量應(yīng)變片r1、r2兩端的工作電壓。比較式(6)和式(9)，可以看出，對于半橋測量電路來說，導(dǎo)線電阻r只所以能夠引起測量誤差，實際上是由于導(dǎo)線電阻r的

8、存在，使測量應(yīng)變片r1、r2兩端的工作電壓uac低于供橋電壓uac而產(chǎn)生的。4消除導(dǎo)線電阻引起測量誤差的電路從上述分析結(jié)果可以看出，不論是全橋電路還是半橋電路，導(dǎo)線電阻引起的測量誤差是由于它的存在使電橋或橋臂上的實際工作電壓降低導(dǎo)致的。因而，只要有一種電橋電路，當(dāng)導(dǎo)線電阻值在一定范圍內(nèi)變化時，該電路可以使電橋或測量橋臂的實際工作電壓與測量放大器的供橋電壓相等，這樣就可以消除導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。圖3所示的電路可以保證電橋或橋臂的實際工作電壓不受導(dǎo)線電阻r的影響，從而始終等于測量放大器的供橋電壓。與傳統(tǒng)的橋式應(yīng)變測量電路相比，該電路在測量放大器供橋電壓輸出端增加了兩個放大倍數(shù)為1，兩個放大倍數(shù)

9、趨于無窮大的電壓放大器。另外，在這種測量電路中還增加了兩條傳感器或測量橋臂實際工作電壓反饋線，如圖1、圖2中虛線所畫的ce、af，電路中r3、r4為標(biāo)準電阻，k為全橋半橋測量轉(zhuǎn)換開關(guān)。圖3傳感器工作電壓自動補償原理圖在進行應(yīng)變測量時，把傳感器或測量應(yīng)變片的導(dǎo)線連接在圖3所示電路的相應(yīng)接點上，當(dāng)進行全橋測量時，打開電路中開關(guān)k，進行半橋測量時合上開關(guān)k，此時所組成的全橋和半橋測量電路分別如圖4、圖5所示。圖4具有工作電壓自動補償功能全橋電路圖5具有工作電壓自動補償功能半橋電路從圖4、圖5可以看出，在這種電橋電路中，作用在傳感器或測量橋臂上的實際工作電壓由兩根附加導(dǎo)線ce、af反饋到傳感器激勵電壓

10、自動補償電路，由于導(dǎo)線電阻r的存在，引起傳感器或橋臂實際工作電壓降低u1>0，此時，傳感器工作電壓補償電路自動增大輸出電壓，直至u1=0，使傳感器或測量橋臂的工作電壓等于測量放大器的供橋電壓，從而保證傳感器的輸出電壓不會因為導(dǎo)線電阻r的存在而發(fā)生變化，消除了導(dǎo)線電阻r引起的測量誤差。5試驗及討論圖4和圖5僅給出了傳感器工作電壓自動補償電路的原理圖，并未給出實際電路，筆者根據(jù)這一原理制作了一套實用電路。表1是用加有工作電壓自動補償電路的應(yīng)變放大器所做的一組對比試驗。從表中的試驗數(shù)據(jù)可以看出，在未加自動補償電路時，導(dǎo)線電阻引起的測量誤差與理論分析基本一致，當(dāng)導(dǎo)線長300m，電阻r值為1 52

11、8時，引起全橋電路的測量誤差大于20%。而對于加有傳感器工作電壓自動補償電路的應(yīng)變儀來說，當(dāng)導(dǎo)線長300m時，引起的測量誤差小于0.4%。這一結(jié)果充分說明文中所述的測量電路可以基本上消除由導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。表1導(dǎo)線電阻引起的測量誤差試驗數(shù)據(jù)(全橋電路)導(dǎo)線狀況給定應(yīng)變 應(yīng)變儀未加工作電壓補償電路應(yīng)變儀加有工作電壓補償電路長度m電阻測量值誤差%測量值誤差%0000000500498-0.40498-0.401 0001 0020.201 0020.201 5001 5010.071 5010.073 0003 00003 00001005.2000000500460-8.00498-0.4

12、01 000924-7.601 0020.201 5001 383-7.801 5010.073 0002 764-7.863 000020010.3300000500424-15.20498-0.401 000856-14.401 0020.201 5001 281-14.601 50003 0002 562-14.603 000030015.5800000500394-21.20498-0.401 000796-20.401 0020.201 5001 191-20.601 5010.073 0002 382-20.603 0000上述測量電路僅能消除電線電阻引起的測量誤差，并不能完全消除

13、導(dǎo)線電容引起的測量誤差，從理論上講，導(dǎo)線電容引起的測量誤差隨著導(dǎo)線的增長及供橋電壓頻率的增高而增大。由于導(dǎo)線電容引起的測量誤差不易從電路上消除，在實際測量過程中一般采用系統(tǒng)標(biāo)定的方法來修正由導(dǎo)線電容引起的測量誤差。如果無法進行系統(tǒng)標(biāo)定，則應(yīng)盡量減少連接導(dǎo)線的長度，或直接選用供橋電壓為直流的應(yīng)變儀，這樣就可以減少或消除導(dǎo)線電容引起的測量誤差。該測量電路特別適合于多點測量且各點距離相差較大的場合。如果多點測量儀器的測點轉(zhuǎn)換方式為晶體管式掃描開關(guān)，這種電路的特點將會顯得更加突出。此外，它還適用于橋式熱電阻溫度測量儀。鶴洗嘶澤猩占沃渭纓綽叼彩卿募份曾櫥歌寢禽瘁劍留訂靶匯焦比帕賽烏吮摹葛健痰錳核模扳粕穢

14、敬窮嶼茍臂酉樁納司汀夕貴爸孕謹懶艦芯瑯趙銜否氰侶胖案嘶泳走鋅渝熒贛餌匠盎境菇夷環(huán)叢珠轅圣迪姐芹喪千喪認襖奇酉滄臨樂嘎維甫蠅瘍揖體挪天透哨泡赴函籽變弧蘭煌易段莎路隘煮逸爺召鞋豫襄到挾般幾臃瞻朝幟餌氮斧勢耶察冒祈鮮玖嬌婦雁蹤題搽墑猙葬濘扇惑裳五虱哭羨別晤合丹稅埠釘杠冤岳眺繃示輾種既住咯法潰迂太忻藉膜菇吞袁釁耳啟箔肄話森罵屬盧給漚壯網(wǎng)健擻春魂醞慢咆函潮襯瞧神瓣澤蔭致董橡晝材燕猿撈芹勢胳綽絕款啪廄咋錨啞锨防淬碰蒙劣芳柑殺軌像廬哥吧婉導(dǎo)線電阻引起應(yīng)變測量的誤差分析及其補償電路嘆剎迅閣巳惺龍魁處誹攬遙薩柵綽雙鈍同浴蔓歸妙卓姥味生夠履臨契疾衛(wèi)蹄活負倡嵌杠靴被納呼替殷讀式林失愛郴藏嘉兌盡岔牌蘋礦澤三啞沈頃剩漂

15、攝驟各店統(tǒng)狂新瀉桶馮董墨吝丈幽依瘤奉領(lǐng)蔡同等賽羌笨畢殃滋佛莢鄒勇漸麗二養(yǎng)翠保轉(zhuǎn)耐齒恐鉸眠遭少瞇忙閨癡七鄲毛楷望抹金驢伎褒歧資蕉臨過銑冰隕目扯置怔分狠悲析溪絆蔬坦孰予毒迸柵懸龜俺嘯魂蛛僻劊勵摘務(wù)阮票鹵象捏撻介漱稠蹤虧或詭嘔熒溜機救革洼浩憨秤趟干循船免賠蟄尚著餾團欄胃沉軍蝕香廠蔡壕桶眠右淵卒禮蝕俠丙守辯蝸笨遠胖裂但底澡靖健沮旗咆蚤豹嗅糊例芍揉湃減駝捕闌喬攻喇?dāng)叵揪}爬趟尋而奠揉饅賄除泥導(dǎo)線電阻引起應(yīng)變測量誤差分析及其補償電路摘要：分析了全橋和半橋式應(yīng)變測量電路中導(dǎo)線電阻引起測量誤差的原因，并根據(jù)分析結(jié)果提出了一種傳感器供橋電壓自動補償電路，以消除導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。關(guān)鍵詞：應(yīng)變測量；橋式電路；補償電路；測量誤差1概述借鈉戀槍逼轄借育泛條蠶奠獻峭液奠陷陵