應(yīng)變片式電阻傳感器的測量電路

1、2.3 應(yīng)變片式傳感器的測量電路電阻應(yīng)變計可把機械量變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，但電阻變化是很小的，用一般的電子儀表很難直接檢測。例如，常規(guī)的金屬應(yīng)變計的靈敏系數(shù)值在之間，機械應(yīng)變在之間，相對變化電阻就比較小。例1設(shè)某被測件在額定載荷下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)椋迟N的應(yīng)變計阻值，靈敏系數(shù)，則其電阻的相對變化為電阻變化率僅為。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，電橋電路就是這種轉(zhuǎn)換的一種最常用的方法。2.3.1 應(yīng)變電橋電橋電路即是惠斯通電橋，其結(jié)構(gòu)如圖所示。四個阻抗臂以順時針排列，是電源端，工作電壓為；為輸出端，輸出電壓為。在這個阻抗電橋的橋臂上接入應(yīng)變計，就叫應(yīng)

2、變電橋。應(yīng)變電橋按不同的方式可分為不同的類型，主要有以下分類方式。1 按工作臂分單臂電橋：電橋的一個臂接入應(yīng)變計。雙臂電橋：電橋的兩個臂接入應(yīng)變計。全臂電橋：電橋的四個臂都接入應(yīng)變計。2 按電源分按電源不同，可分為直流電橋和交流電橋。直流電橋的電源是直流電壓，其橋臂只能接入阻性元件，主要用于應(yīng)變電橋的輸出，不需中間放大就可直接顯示的情況。例如半導(dǎo)體應(yīng)變計的輸出靈敏度高，可采用直流應(yīng)變電橋作為測量電路，直接輸出并顯示結(jié)果。交流電橋的電源是交流電壓，其橋臂可以是阻性（）、感性（）或容性（）元件。主要用于輸出需放大的場合。例如金屬應(yīng)變計的輸出靈敏度較低，應(yīng)采用這種交流應(yīng)變電橋作為測量電路，以進(jìn)一步放

3、大輸出。3 按工作方式分按工作方式不同，可分為平衡橋式電路和不平衡橋式電路。平衡橋式電路又叫零位測量法，它帶有調(diào)整橋臂平衡的伺服反饋機構(gòu)，當(dāng)儀表指示測量值時，電橋處于平衡狀態(tài)。零位測量法常用于高精度、長時間的靜態(tài)應(yīng)變測量。不平衡橋式電路又稱為偏差測量法，其輸出的是與橋臂應(yīng)變量成一定函數(shù)關(guān)系的不平衡電量，再作進(jìn)一步放大和顯示。當(dāng)儀表指示測量值時，電橋處于不平衡狀態(tài)。偏差測量法響應(yīng)快，常用于動態(tài)應(yīng)變測量。4按橋臂關(guān)系分按橋臂關(guān)系不同，可分為半等臂電橋和全等臂電橋。半等臂電橋又可分為對電源端對稱電橋（即）和對輸出端對稱電橋（即 ）。全等臂電橋滿足，在實際測量中經(jīng)常用到的是全等臂電橋和半等臂對輸出端對

4、稱電橋。5 按負(fù)載要求分按負(fù)載要求不同，可分為電壓輸出橋和功率輸出橋。電壓輸出橋輸出電壓，負(fù)載，即相當(dāng)于輸出端開路，輸出電流；而功率輸出橋輸出一定的電流，負(fù)載較小，有輸出電壓。這節(jié)中，將按直流電橋和交流電橋的分類方法介紹應(yīng)變電橋的輸出特性，由于直流電橋的分析結(jié)果可推廣到交流電橋，這里以直流電橋作為重點進(jìn)行介紹。2.3.2 直流電橋及輸出特性直流電橋的四個臂為純電阻元件，如圖2.3.2所示。電源電壓，負(fù)載電阻，電橋輸出電壓，輸出電流為。電橋初始平衡條件為（或）（2.3.1）此時電橋的輸出電壓，輸出電流。直流電橋的輸出通常很小，不能用來直接驅(qū)動指示儀表，其電橋輸出端接放大器的輸入端，而一般放大器的輸入阻抗比電橋內(nèi)阻要高得多，故可認(rèn)為電橋輸出端為開路狀態(tài)。電橋的負(fù)載電阻為無窮大，基本無電流流過，只有電壓輸出，這樣的直流電橋叫電壓輸出橋。1電壓輸出橋的輸出特性對電壓輸出橋，其，因此從ABC半個電橋看（2.3.2）從ADC半個電橋看（2.3.3）則輸出電壓為（2.3.4）由此看出，當(dāng)時，輸出電壓，電橋處于平衡狀態(tài)。故把（2.3.1）叫電橋平衡條件。在實際測量中，電橋都要預(yù)