弹性元器件表面的应变传递给电阻应变片的敏感丝栅,使其电阻发生变化。测量出电阻变化的数值,便可知应变(被测量)大小。测量时,可直接测单个应变片阻值变化;也可将应变片通以恒流而测量其两端的电压变化。但由于温度等各种原因,所以单片测量结果误差较大。选用电桥测量,不仅可以提高检测灵敏度,而且可以获得较为理想的补偿效果。基本电桥测量电路,如图3-11 所示。
如图3-11(a)和图3-11(b)所示为半桥式测量电路。由图3-11(a)可知,R1为测量片,R2为补偿片,R3、R4为固定电阻。补偿片起温度补偿的作用,当环境温度改变时,补偿片与测量片阻值同比例改变,使桥路输出不受影响。下面分析电路工作原理。
图3-11 基本电桥测量电路
(a)半桥式(单臂工作);(b)半桥式(双臂工作);(c);全桥式(双臂工作);(d)全桥式(四臂工作)
无应变时,R1=R2=R3=R4=R,则桥路输出电压为
有应变时,R1=R1+ΔR1
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代入R1=R2=R3=R4=R,由ΔR1/(2R)<<1 可得
式中,为测量电路上感受的应变;k 为敏感系数。
由图3-11(b)可知,R1和R2均为相同应变测量片,又互为补偿片。有应变时,一片受拉,另一片受压,此时阻值为R1+ΔR1和R2-ΔR2,按上述同样的方法,可以计算输出电压为
如图3-11(c)和图3-11(d)所示为全桥式测量电路。由图3-11(c)可知,R1和R3为相同应变测量片,有应变时,两片同时受拉或同时受压。R2和R4为补偿片。可以计算输出电压为
由图3-11(d)可知,4 个桥臂均为测量片的电路,且互为补偿,有应变时,必须使相邻两个桥臂上的应变片一个受拉,另一个受压。可以计算输出电压为
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