测量电桥应用的试验

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1、测量电桥应用的试验一、实验目的：掌握测量电桥的应用，练习各种组桥并比较测量灵敏度。二、实验原理：通过应变片可以将试件的应变转换为应变片的电阻变化，通常这种变化是很小的。要实现测量，必须用适当的办法检测电阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，使电路输出一个能模拟这个电阻变化的电信号。常用的电路有三种，即电位计、惠斯登电桥和双恒流源电路。应变电桥一般采用交流电源，因而桥臂不能看作是纯阻性的，这将使推导变得复杂，对于直流电桥和交流电桥而言，其一般规律是相同的，为了能用简单的方式说明问题，我们分析直流电桥的工作原理。（一）直流电桥在图1-1中，设电桥各桥臂电

2、阻分别为R1、R2、R3、R4，其中的任意一个都可以是应变片电阻。图1-1直流电桥电桥的A、C为输入端，接上电压为UAC的直流电源，而B、D为输出端、输出电压为UBD，且U=U−U=IR−IR（a）BDABAD1144由欧姆定律知U=I(R+R）＝I=(R+R)AC112443固有UUACACI=，I=14R+RR+R1243将I1，I4代入（a）式经整理后得到RR−RR1324U=U（1－1）BDAC(R+R)(R+R)1234当电桥平衡时，UBD＝0。由（1－1）式可得电桥平衡条件为RR=RR（1－2）1324设电桥四个臂的电阻R1＝R2＝R3＝R4，均为粘

3、贴在构件上的四个应变片，且在构件受力前电桥保持平衡，即UBD＝0，在构件受力后，各应变片的电阻改变分别为△R1、△R2、△R3和△R4，电桥失去平衡，将有一个不平衡电压UBD输出，由（1－1）式可得该输出电压为(R+ΔR)(R+ΔR)−(R+ΔR)(R+ΔR)11332244U=UBDAD(R+ΔR+R+ΔR)(R+ΔR+R+ΔR)11223344将（1－2）式代入上式，且由于△R1«R1，可略去高阶微量，故得到UΔRΔRΔRΔRAC1234U=(−+−)BD4RRRR1234ΔR/R根据ε=，上式可写成KUKACU=(ε−ε+ε−ε)（1－3）BD12344U

4、KAC上式表明：为一常数，由应变片感受到得(ε−ε+ε−ε)，通过电桥可以12344线性地转变为电压的变化UBD。只要对这个电压的变化量按应变进行标定，就可用仪表指示出所测量的(ε−ε+ε−ε)，即1234ε＝ε−ε+ε−ε（1－4）仪1234如果桥臂上只有AB间接应变片，即仅R1有一增量△R感受应变ε1，则由式（1－2）和式（1－3）得到输出电压为UΔRUAC1ACU==Kε（1－5）BD14R41上式表明，与桥臂上四个电阻均为应变片时得到的应变相似，也可读出此时所测量的应变，即ε＝ε（1－6）仪1（二）温度补偿粘贴在构件上的应变片，其电阻值一方面随构件变形而

5、变化，另一方面，当环境温度变化时，应变片丝栅的电阻值也随温度改变而变化。同时，由于应变片的线膨胀系数与构件的线膨胀系数不同、也将引起应变片电阻值发生变化。这种因环境温度变化引起的应变片电阻值变化，其数量级与应变引起的电阻变化相当。这两部分电阻变化同时存在，使得测得的应变值中包含了温度变化的影响而引起的虚假应变，会带来很大误差，不能真实反映构件因受力引起的应变，因此，在测量中必须消除温度变化的影响。消除温度影响的措施是温度补偿。一般温度补偿的方法是采用桥路补偿法，它是利用电桥特性来进行补偿的。桥路补偿法可分为以下两种：1．补偿块法以图1-2所示为例，把粘贴在受力构

6、件上的应变片称为工作片R1，以相同阻值的应变片贴在材料和温度都与构件相同的补偿块上、作为R2称为补偿片，R3、R4为仪器内部的标准电阻。此时由工作片得到的应变为ε=ε+ε，其中ε1P11Pt是载荷引起的应变，εt是温度变化引起的应变。而补偿片不受力只有温度应变，并且因材料和温度都与构件相同，产生的温度应变也应与构件一样，即ε2＝εt。以R3、R4组成的半桥不感受应变。故有ε3＝ε4＝0，它们产生的温度影响在公式（1－3）中相互抵消，于是由公式（1－4）可得ε＝ε−ε+ε−ε＝ε+ε−ε=εd12341ptt1p由此可见在应变读数εd中已消除了温度影响。图1-2单

7、臂温度补偿2．工作片补偿片如图1-3所示，这种方法不需要专门的补偿块和补偿片，而是在同一受力构件上粘贴应变片R1和R2，分别贴在悬臂梁的受拉区和受压区，并按半桥接线。图1-3双臂温度补偿R3、R4为仪器内的标准电阻、构成另一半桥。R1和R2应变值分别是：ε＝，ε−εε＝−ε+ε，由悬臂梁同一截面其应变等值异号可将R2产生的11pt22pt应变写成ε＝。−ε+ε=−ε+εR3、R4组成的半桥不感受应变，同理可得：22pt1ptε3＝ε4＝0，温度影响相互抵消，于是将以上各应变量代入公式（1－4），得ε＝ε−ε＝ε+ε−(−ε+ε)d121pt1pt=ε+ε+ε−ε

8、=2ε1pt1pt1p由