《应变片的测量电路》PPT课件

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1、第三章应变片的测量电路背景:由于电阻应变片感受应变后,产生的电阻十分小,所转换的电信号也是十分微小.为了将这样的微小信号放大到普遍模拟指示仪表或记录仪器所能接受的量级.必须采用一定的测量手段.采用信号放大电路将微电阻变化率转换成电压或者电流的变化,才能记录与分析例子如果R=120Ω,K=2,测量仪器分辩率1με则3.1测量电路电桥分类惠斯登电桥电位计:只能测量动态应变(振动与冲击)电路满足条件足够的灵敏度足够的准确度惠斯登电桥(应变电桥)：可以测定动态的应变读数可以测定静态的应变读数直接读数装置零平衡装置惠

2、斯登电桥测量原理AR2R3R4R1CBD桥压U输出I12I34电路桥臂组成应变片+固定电阻元件A,C:电桥输入端B,D:电桥输出端电源:直流交流AR2R3R4R1CBD桥压U输出I12I34电桥供电分直流、交流两种早期由于直流放大器的漂移大、线性差，故大多采用交流电桥配交流放大器。现在由于新一代（如斩波稳零集成运放ICL7650)的直流运放完全克服了早期直流放大器的弱点，现在放大器大多采用直流电桥。直流电桥和交流电桥的基本原理是相同的。为了叙述方便，下面先分析直流电桥的工作原理接桥方式:单臂半桥:邻臂:应变

3、一正一负对臂：应变两负或者两正全桥:应变两负两正R3R4R2R1ACBDU输出I12I34电压桥因为应变电桥的输出端总是接到电子放大器的输入端,而放大器的输入阻抗很大,以致是电桥输出端是开路的称之为电压桥.讨论输出端开路情况:推导输入端有一定电压时的电桥输出电压表达式讨论输出端开路情况:假设直流电源E内阻很小;UAC=E电流:电压降:电桥的输出电压U等于电桥的输出电压当U=0,电桥平衡正是这种平衡的特点，才能测出静态应变。展开多项式,忽略二阶张量,利用设原处于平衡的电桥，各臂的阻值分别发生了改变时R1→R

4、1+∆R1;R2→R2+∆R2R3→R3+∆R3;R4→R4+∆R4控制惠斯登电桥性态的关系式对于应变电桥等臂电桥:各个桥臂初始阻值相等半等臂电桥:R1=R2=R’,R3=R4=R’’,R’与R’’不相等.电桥输入电压恒定时,输出电压与桥臂电阻变化率之间的关系非线性误差分析令非线性部分若略去U2,则引入非线性误差,此相对误差：考虑一极端情况,只有一臂(R1)接入应变片,其它三臂阻值不变非线性误差:单臂可见非线性部分所引起的相对误差是很小的，可以忽略。线性关系U与∆R/R(或K,ε)，E有关，U与E成线性关系

5、如果电桥四臂接入相同的应变片同一批应变片:全等臂:半等臂:惠斯登电桥的基本性质（忽略非线性误差的情况下）应变电桥的输出电压与相邻两臂的电阻变化率之差,或相对两臂电阻变化率之和成正比.－－对臂相加；邻臂相减根据构件不同的受力状态,采用合理接桥方法可增加电桥输出的灵敏度,消除一些不需要的应变读数,并进行温度补偿.布置应变片原则考虑到测点应变的正负,根据电桥的性质,在构件上布置应变片时,一般是力图使应变电桥相邻桥臂的电阻变化异号;应变电桥相对桥臂的电阻变化同号电桥灵敏度:表示电桥的传递特性定义:单位应变所产生的

6、输出电压。与电桥电压,应变片灵敏系数,补偿片电阻.电桥结构(应变片所占的桥臂数目,各个桥臂之间电阻值的关系)有关.电桥灵敏度的定义如果应变片出自同一批:四个桥臂工作:电路灵敏度KE一个桥臂工作:电路灵敏度KE/4二个桥臂工作:电路灵敏度KE/2R1工作片；R4,R2,R3仪器内部的固定电阻R3R4R2R1ACBDU输出I12I34单臂电桥(只有一工作片,无温度补偿片,三个固定电阻):用于：动态应变测量与温度补偿无关的静态应变测量（这种接桥方式很少用）输出电压电桥灵敏度单臂电桥(只有一工作片,邻臂有温度补偿片

7、):温度补偿：温度补偿片不承受机械变形，只是与试件材料一样的单独试件。只承受环境温度的影响。R1工作片；R2(或R4)为温度补偿片,R3,R4（或R2,R3)仪器内部的固定电阻输出电压电桥灵敏度邻臂电桥(两个工作片)灵敏度提高,线性度提高消除温度补偿两个工作片充当温度补偿片，即承受机械变形，又受环境温度的影响。R1,R2(或R1,R2)工作片；R3,R4（或R2,R3）仪器内部的固定电阻如果两个应变片承受大小相等/方向相反的应变,输出电压:电桥灵敏度全臂电桥(同一批四个工作片)用于以应变片为传感元件的传感器

8、提高灵敏度,提高线性度,消除温度效应四个工作片充当温度补偿片，即承受机械变形，又受环境温度的影响。R1,R4R2,R3工作片；同时起到温度补偿如果相临两个应变片承受大小相等/方向相反的应变:输出电压电桥灵敏度对臂电桥(两个工作片)灵敏度提高温度补偿块在AB，CD两个臂上接工作片，BC，DA接温度补偿片。四个臂的电阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。对臂测量电桥灵敏度其桥臂电阻的变化为两枚应变片电阻变化的平均值即仪