2.2.4應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路

電阻應(yīng)變計(jì)可把機(jī)械量變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，但電阻變化量一般很小，用普通的電子儀表很難接測出來。例如，常規(guī)金屬應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)

值一般在

.8~

之間，機(jī)械應(yīng)變

在

~6000

之間，那么電阻相對(duì)變化量就很小。例1設(shè)被測試件在定負(fù)載下產(chǎn)生的應(yīng)變k2為，則其電阻的相對(duì)變化（電阻變化率）為

，粘貼的應(yīng)變計(jì)阻值為

R

，靈敏系數(shù)可見，電阻變化率僅為

，這樣小的電阻變化，必須用專門的電路才能測量。測量電路把微弱的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，電橋電路就是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的電路之一。一直電直流橋衡件圖2.2.7直流電橋直流電橋電路如圖，不接負(fù)載電阻時(shí)的開路電壓為L由戴維寧定理何雜的二端網(wǎng)絡(luò)都可以化成一個(gè)等效的實(shí)際電壓源動(dòng)為該網(wǎng)絡(luò)開路電壓，其內(nèi)阻為該網(wǎng)絡(luò)的輸出電阻電橋看成一個(gè)實(shí)際電壓源阻

R////123

電勢為

0

。接入負(fù)載

RL

后，流過負(fù)載電阻的電流為所有電橋在使用前都用調(diào)平衡，使得

IL

。這樣得到電橋平衡條件為RRRR1423

（或

R/RR/1

）即相對(duì)兩臂電阻的乘積相等（或相鄰兩臂電阻的比值相等直流橋電靈度電阻應(yīng)變片工作時(shí)的電阻變化很小，相應(yīng)的電橋輸出電壓也很小，必須要對(duì)電壓進(jìn)一步放大，需了解

/

與輸出電壓之間的關(guān)系。假設(shè)橋臂中為應(yīng)變片，其應(yīng)變產(chǎn)生的電阻變化為，RR1234

為固定電阻。直流電橋的輸出通常很小，不能用來直接驅(qū)動(dòng)指示儀表，其電橋輸出端接放大器的輸入端，而般放大器的輸入阻抗比電橋內(nèi)阻高得多可認(rèn)為電橋輸出端為開路，RL

為無窮大基無電流流過

I0

，只有電壓輸出，這樣的直流電橋叫電壓輸出橋，如入電橋的輸出電壓為把平衡條件

RRRR143

代入上式，得到分子分母同除以

3

得到U

1

RRR1RR114RR1

（1）令橋臂比為

RRRR21

，略去分母中的

/R1

，將上式簡寫成定電電壓靈敏度為

實(shí)際電橋中，常使得電橋非性差

RR，RR，么n，則得到24雖然是線性的，但是前面略去分母中的

/R1

，故存在非性差實(shí)際輸出電壓由（1）式得把

代入上式得到非線性誤差為可見非線性誤差與1

成正比，有時(shí)能達(dá)到可觀測的程度。為了減小和克服非線性誤差，可采用差動(dòng)電橋，如圖，在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片：一片受伸，一片受壓縮。分別接入電橋相鄰的兩臂，跨在電源的兩端。此時(shí)電橋輸出電壓為設(shè)初始時(shí)

RR13

，

12

，則可見這時(shí)的輸出電壓與/o溫度補(bǔ)償作用。

成線性關(guān)系沒線性誤差，而且靈敏度比單臂時(shí)提高了一倍具為了提高電橋的靈敏度，或?yàn)榱诉M(jìn)行溫度補(bǔ)償，在橋臂中往往安置多個(gè)應(yīng)變片，電橋也可采用等臂電橋，如圖二交電直流電橋的優(yōu)點(diǎn)是高穩(wěn)直流電源容易獲得，電橋平衡調(diào)節(jié)簡單，導(dǎo)線分布參數(shù)影響小。但是使直流電橋還需要后續(xù)電路，如放大電路等，這就容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，且線路變得較為復(fù)雜。因此，變電橋多采用交流電橋。交流橋平條交流電橋如圖，

ZZZ13

4

為復(fù)阻抗，

U

為交流電壓源，空載輸出電壓為要滿足電橋平衡條件，即

U

，則應(yīng)有ZZ/Z/14213

4若用復(fù)指數(shù)形式表示復(fù)阻抗

Ze

j

，代入上式，可將上述平衡條件寫成這說明交流電橋平衡需要滿足兩個(gè)條件：相對(duì)兩臂復(fù)阻抗的模之積相等以及輻角之和相等。圖2.2.8交流電橋交流變橋輸特性平調(diào)電橋在使用前都應(yīng)調(diào)平衡

Z1

3

，當(dāng)工作臂變化，算出1略去分母中的

Z1

，并設(shè)滿足條件

ZZZZ13

4

，則若一交流電橋如圖，其中C、C為變片導(dǎo)線或電纜的分布電容。各臂復(fù)阻抗分別為

Z33

，，Z/441

/C222

，按平衡條件得到實(shí)部和虛部分別相等，平衡條件也可表示為一下兩式R/R/214

或

RRR2341R/R/C或CC212122

可見，對(duì)這種交流電容電橋，除了要滿足電阻平衡條件外，還要滿足電容平衡條件。因此在橋上除了設(shè)電阻平衡調(diào)節(jié)器外，還有電容平衡調(diào)節(jié)器。常見的調(diào)平衡電路如圖圖2.7.9常見交流電橋的電容調(diào)平衡電路應(yīng)變式阻感的用在測量試件應(yīng)變時(shí)，只要直接將應(yīng)變片貼在試件上，即可用電阻應(yīng)變儀測量出其應(yīng)變大小。然，如果要測量力、加速度、位移等物理量時(shí)，就需要一些輔助構(gòu)件（如彈性元件、補(bǔ)償元件等將些物理量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，然后再用應(yīng)變片進(jìn)行測量。因此，應(yīng)變片式傳感器的基本構(gòu)成通常可分為兩部，即彈性敏感元件及應(yīng)變片。彈性敏感元件在被測物理量作用下產(chǎn)生一個(gè)與之成正比的應(yīng)變，然后用應(yīng)片作為轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化輸出。例應(yīng)式加速度傳感器圖應(yīng)變片是加速度傳感器圖，2為性元件，作敏感元件，感知簧片的應(yīng)變3為體和基