應(yīng)變片式電阻傳感器的測(cè)量電路

1、2.3 應(yīng)變片式傳感器的測(cè)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， 但電阻變化是很小的， 用一般的電子儀表很難直接檢測(cè)。 例如，常規(guī)的金屬應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù) k值在1.8 4.8之間，機(jī)械應(yīng)變?cè)?106000 之間，相對(duì)變化電阻R/R k 就比較小。例 1 設(shè)某被測(cè)件在額定載荷下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?1000 ，粘貼的應(yīng)變計(jì)阻值 R 120 ，靈敏系數(shù) k 2 ， 則其電阻的相對(duì)變化為6R/ R k 2 1000 10 6 0.002電阻變化率僅為 0.2% 。這樣小的電阻變化，必須用專門的電路才能測(cè)量。測(cè)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。應(yīng)變電橋

2、電橋電路即是惠斯通電橋，BU圖 2.3.1 電橋電路的結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖所示。 四個(gè)阻抗臂 Z1,Z2,Z3,Z4以順時(shí)針排列， AC是電源端，工作電壓為 U ； BD為輸出端，輸出電壓為U 0 。在這個(gè)阻抗電橋的橋臂上接入應(yīng)變計(jì)，就叫應(yīng)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(gè)臂接入應(yīng)變計(jì)。 雙臂電橋：電橋的兩個(gè)臂接入應(yīng)變計(jì)。 全臂電橋：電橋的四個(gè)臂都接入應(yīng)變計(jì)。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)

3、變計(jì)的輸出靈敏度高，可采用直流應(yīng)變電橋作為測(cè)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（R ）、感性（ L ）或容性（ C ）元件。主要用于輸出需放大的場(chǎng)合。例如金屬應(yīng)變計(jì)的輸出靈敏度較低，應(yīng)采用這種交流應(yīng)變電橋作為測(cè)量電路，以進(jìn)一步 放大輸出。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(cè)量法，它帶有調(diào)整橋臂平衡的伺服反饋機(jī)構(gòu)，當(dāng)儀表指示測(cè)量值時(shí)，電橋處 于平衡狀態(tài)。零位測(cè)量法常用于高精度、長(zhǎng)時(shí)間的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量。不平衡橋式電路又稱為偏差測(cè)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。

4、 當(dāng)儀表指示測(cè)量值時(shí)， 電橋處于不平衡狀態(tài)。 偏差測(cè)量法響應(yīng)快， 常用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)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(duì)電 源端對(duì)稱電橋 （即 Z1 Z4,Z2 Z3）和對(duì)輸 出端對(duì)稱電橋 （即Z1Z2,Z3 Z4）。全等臂電橋滿足 Z1 Z2 Z3 Z4 ，在實(shí)際測(cè)量中經(jīng)常用到的是全等臂電橋和半等臂對(duì)輸出端對(duì)稱電此時(shí)電橋的輸出電壓 U0 0 ，輸出電流0。圖2.3.2U 直流電橋的結(jié)構(gòu)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 RL，即相當(dāng)于輸出端開路，輸出電流 I0 0 ；而功率輸出橋輸出一

5、定的電流，負(fù)載 RL較小，有輸出電壓 U 0。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(diǎn)進(jìn)行介紹。直流電橋及輸出特性B 直流電橋的四個(gè)臂為純電阻元件 R1,R2,R3,R4，如圖 所示。電源電壓 U ，負(fù)載電阻 RL ，電橋輸出電壓 U0 ，輸出電流為 I 0 。電橋初始平衡 條件為R1R3 R2R4 （或 R1 /R2 R4 / R3 ）（）U （ 2.3.3）則輸出電壓為U0 U BC UCD U BC U DCR1 R2 R3 R4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 RL為無窮大，基本無電流流過 I0 0 ，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(duì)電壓輸出橋，其 RL， I 0 0，因此從 ABC 半個(gè)電橋看從 ADC 半個(gè)電橋看R1, R2, R3 和由此看出，當(dāng) R1R3 R2R4時(shí)，輸出電壓 U0 0 ，電橋處于平衡狀態(tài)。 故把（ ）叫電橋平衡條件。 在實(shí)際測(cè)量中，電橋都要預(yù)調(diào)平衡。設(shè)電橋在測(cè)量前已