应变片式电阻传感器的测量电路.doc

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1、2.3应变片式传感器的测量电路电阻应变计可把机械量变化转换成电阻变化，但电阻变化是很小的，用一般的电子仪表很难直接检测。例如，常规的金属应变计的灵敏系数值在之间，机械应变在之间，相对变化电阻就比较小。例1设某被测件在额定载荷下产生的应变为，粘贴的应变计阻值，灵敏系数，则其电阻的相对变化为电阻变化率仅为。这样小的电阻变化，必须用专门的电路才能测量。测量电路把微弱的电阻变化转换为电压的变化，电桥电路就是这种转换的一种最常用的方法。2.3.1应变电桥电桥电路即是惠斯通电桥，其结构如图所示。四个阻抗臂以顺时针排列，是电源端，工作电压为；为输出端，输出电压为。在这个阻抗电桥的桥臂上接入应变计，就

2、叫应变电桥。应变电桥按不同的方式可分为不同的类型，主要有以下分类方式。1按工作臂分单臂电桥：电桥的一个臂接入应变计。双臂电桥：电桥的两个臂接入应变计。全臂电桥：电桥的四个臂都接入应变计。2按电源分按电源不同，可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥的电源是直流电压，其桥臂只能接入阻性元件，主要用于应变电桥的输出，不需中间放大就可直接显示的情况。例如半导体应变计的输出灵敏度高，可采用直流应变电桥作为测量电路，直接输出并显示结果。交流电桥的电源是交流电压，其桥臂可以是阻性（）、感性（）或容性（）元件。主要用于输出需放大的场合。例如金属应变计的输出灵敏度较低，应采用这种交流应变电桥作为测量电路，以

3、进一步放大输出。3按工作方式分按工作方式不同，可分为平衡桥式电路和不平衡桥式电路。平衡桥式电路又叫零位测量法，它带有调整桥臂平衡的伺服反馈机构，当仪表指示测量值时，电桥处于平衡状态。零位测量法常用于高精度、长时间的静态应变测量。不平衡桥式电路又称为偏差测量法，其输出的是与桥臂应变量成一定函数关系的不平衡电量，再作进一步放大和显示。当仪表指示测量值时，电桥处于不平衡状态。偏差测量法响应快，常用于动态应变测量。4按桥臂关系分按桥臂关系不同，可分为半等臂电桥和全等臂电桥。半等臂电桥又可分为对电源端对称电桥（即）和对输出端对称电桥（即）。全等臂电桥满足，在实际测量中经常用到的是全等臂电桥和半等

4、臂对输出端对称电桥。5按负载要求分按负载要求不同，可分为电压输出桥和功率输出桥。电压输出桥输出电压，负载，即相当于输出端开路，输出电流；而功率输出桥输出一定的电流，负载较小，有输出电压。这节中，将按直流电桥和交流电桥的分类方法介绍应变电桥的输出特性，由于直流电桥的分析结果可推广到交流电桥，这里以直流电桥作为重点进行介绍。2.3.2直流电桥及输出特性直流电桥的四个臂为纯电阻元件，如图2.3.2所示。电源电压，负载电阻，电桥输出电压，输出电流为。电桥初始平衡条件为（或）（2.3.1）此时电桥的输出电压，输出电流。直流电桥的输出通常很小，不能用来直接驱动指示仪表，其电桥输出端接放大器的输入端

5、，而一般放大器的输入阻抗比电桥内阻要高得多，故可认为电桥输出端为开路状态。电桥的负载电阻为无穷大，基本无电流流过，只有电压输出，这样的直流电桥叫电压输出桥。1电压输出桥的输出特性对电压输出桥，其，，因此从ABC半个电桥看（2.3.2）从ADC半个电桥看（2.3.3）则输出电压为（2.3.4）由此看出，当时，输出电压，电桥处于平衡状态。故把（2.3.1）叫电桥平衡条件。在实际测量中，电桥都要预调平衡。设电桥在测量前已调平衡，当应变电桥的四个桥臂均工作，且产生电阻变化分别为和，这时输出电压与电阻变化的关系根据式（2.3.4）得到