《应变计电路》PPT课件

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1、第2章应变计电路应变计在受到应变作用时，其电阻要发生变化。若把应变计接入某种测量电路，使电路输出一个能模拟这个电阻变化的信号，之后对这个电信号进行处理就可以测定应变。常规应变测量使用电阻应变仪，它的输入回路叫做应变电桥，应变电桥能把应变计的微小阻值变化转换成输出电压的变化。本章主要讲述应变电桥的有关理论，另外一种测量电路——电位计式电路，将在本章结尾简要介绍。第1部电阻应变测量方法1学习要求：熟悉直流电桥电路和电位计电路、交流电桥原理，和应变计的温度效应、温度补偿方法，应变计串联、并联测量时应变

2、读数与应变计应变之间的关系，掌握应变计布片及桥路设计技巧。本章内容：§2-1直流电桥；§2-2温度效应及其补偿；§2-3应变计串联与并联；§2-4应变计布置及桥路设计；§2-5交流电桥的输出；§2-6电位计式测量电路（计划使用2学时）第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路2第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路§2-1直流电桥电阻应变仪中的电桥线路以应变计或固定电阻作为桥臂。可取R1为应变计，或R1、R2为应变计，亦或R1、R2、R3、R4均为应变计等多种形式；其余桥臂接入电阻温度系数很小的精密

3、无感电阻。A、C和B、D分别称为电桥的输入端和输出端（或电源端和测量端）。下面推导输入端有一定电压时，输出电压的表达式。这种电桥称为电压桥。问题变为求B、D两点的间的电为差。图2-1直流电压桥ABCDEUR1R3R4I1,2I3,4R2把通过R1、R2的电流记作I12,通过R4、R3的电流记作I43，则1.输出端为开路的情况3第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路A、B两点及A、D两点之间的压降分别为输出电压U等价于B、D两点之间的电位差,即由此得到（2-1）当R1R3=R2R4,电压U=0，这

4、时电桥是平衡的。我们假定电桥在应变计承受应变以前是平衡的，研究当应变计承受应变时电桥的输出电压dU。由于应变计的电阻变化相对微小，这里用微分学方法进行研究。4第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路假定桥臂电阻Ri(i=1,2,3,4)产生了电阻变化dRi，由式（2-1），有应变仪的使用一般采用两种电桥，一种是等臂桥，即各桥臂的电阻相等，另一种是半等臂桥，即R1=R2=R’和R3=R4=R’’,而R’≠R’’。因此（2-2）事实上，按增量严格推导，输出电压还存在非线性项，即（2-3）其中称为非线性

5、因子。5第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路因应变计电阻变化很小，且上式中误差项也可能相抵消，非线性影响很小，可以忽略。。最坏的情况——单臂测量，即只有一个桥臂接有应变计（如R1）,其余三个桥臂电阻不变。此时非线性引起的相对误差为K≈2，故e≈│ε1│。即非线性部分所引入的相对误差与被测应变相当。那么，当被测应变不超过±5000με，则相对误差就不超过0.5%，这是满足工程上的精度要求的。由此可见，一般情况下按式（2-2）分析应变电桥的输出电压是足够精确的。6第1部电阻应变测量方法第2章应变计

6、电路如果输出端有负载电阻RL。当开关断开时，电桥的输出电压（开路电压）仍如式（2-1）所示，但当开关闭合时，负载电阻中将有电流IL流过，电桥的输出电压也不再是由式（2-1）表示的结果。由电工学，这时电桥的输出电压和流过负载的电流分别为（2-5）和（2-6）当R1R3=R2R4时，IL=0，UL=0，电桥平衡（与电压桥完全相同）。但电桥的输出电流和电压与负载电阻RL有关，当RL→∞时，输出电压最大，电流为零，即成为电压桥。有些应变仪，为了使电桥功率能有效输出，选择适当的负载电阻，使电桥功率输出最大

7、，这种电桥称为功率桥。由电工学知，电桥输出功率为2.输出端有负载的情况RLILABCDER1R3R4图2-2负载电阻的影响kR27第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路使电桥输出功率最大的负载电阻值为利用极值条件（2-7）将式（2-7）代入式（2-5）、（2-6），得功率桥的输出电流和电压分别为（2-8）（2-9）类似于电压桥的推导，可得到初始平衡的功率桥在桥臂电阻发生变化时的电流和电压输出分别为由电工学，电桥输出功率为8第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路等臂桥:半等臂桥:由此可见，功率桥的

8、电压输出为电压桥的一半，但桥臂电阻变化对电压的影响完全相同。（2-10）（2-11）9第1部电阻应变测量方法第2章应变计电路式（2-12、2-13）常用于应变计桥路设计和数据处理公式的推导。（2-12）而当R1、R2为相同应变计，R3、R4为固定电阻（不发生电阻变化），称为半桥接线，相应的关系成为（2-13）应变仪电路比较复杂（见第3章），但电桥是应变仪的基本外接电路。如果R1、R2、R3、R4为相同应变计，称为全桥接线，由上述电桥输出关系及式（1-7），通过调节仪器输出灵敏度，可使读得的应变读