应变片的测量电路
应变片工作原理
应变片工作原理应变片是一种用于测量物体表面应变的传感器。
它可以精确地测量物体受力时的变形情况，从而帮助工程师和科学家们了解材料的性能和结构的变化。
应变片的工作原理是基于材料的电阻率随着应变的变化而变化的特性。
应变片通常由一层薄膜材料制成，这种薄膜材料具有良好的导电性能。
当物体受到外力作用时，表面会产生微小的变形，这会导致应变片上的薄膜材料发生微小的拉伸或压缩。
由于导电材料的电阻率与应变成正比，因此这种微小的变形会导致应变片上的电阻发生变化。
应变片的工作原理可以通过电阻变化来解释。
当应变片受到外力作用时，导电材料的电阻率会发生变化，从而导致电阻值的变化。
这种电阻值的变化可以通过连接的电路进行测量和记录。
通过测量电阻值的变化，可以准确地计算出物体受力时的应变情况。
应变片的工作原理还可以通过应变-电阻效应来解释。
应变-电阻效应是指当导电材料受到应变时，其电阻率会发生变化的现象。
这种现象是由于导电材料的晶格结构受到外力作用而发生微小的变化，从而影响了电子的传输。
这种变化会导致电阻率的变化，进而影响了电阻值。
应变片的工作原理还可以通过应变测量来解释。
应变片可以被安装在物体表面，当物体受到外力作用时，应变片会随之产生应变。
通过测量应变片上的电阻变化，可以准确地测量出物体受力时的应变情况。
这种应变测量可以帮助工程师和科学家们了解材料的性能和结构的变化，从而指导工程设计和科学研究。
总之，应变片是一种用于测量物体表面应变的传感器，其工作原理是基于材料的电阻率随着应变的变化而变化的特性。
通过测量应变片上的电阻变化，可以准确地测量出物体受力时的应变情况，从而帮助工程师和科学家们了解材料的性能和结构的变化。
第3-2章 测量电路(电阻应变测量技术)
当试件受静态压缩应变ε-时，将使Rl变为Ro-△R t，对应的电桥输出电压为
1 Rt 1 Vm sint k Vm sin(t ) 4 R0 4 相位与载波电压相差π ，其余与拉应变的情况相仿 。 U BD
§3-2 测量电路
应变片的接入方式： 单 桥
半 桥
全 桥
Sichuan University
3
§3-2 测量电路
一、直流电桥
由四个电阻Rl，R2， R3，R4，组 成四个桥臂； A ， C 为供桥端， 接电压为E的直流电源，B，D为 输出端，电桥的输出电压为
U BD
R1 R3 R2 R4 .E ( R1 R2 )( R3 R4 )
§3-2 测量电路
• 第一次转换：应变片将应变信号转换成电阻相对变 化量。 • 第二次转换：应变基本测量电路则是将电阻相对变 化量再转换成电压或电流信号，以便显示、记录和 处理。 • 电阻应变仪 －应变测量电路 ：通常转换后的信号很 微弱，必须经调制、放大、解调、滤波等变换环节 才能获得所需的信号 。 • 惠斯登电桥电路 ：按电源供电方式分，直流电桥和 交流电桥。电桥电路可有效地测量10-3~10-6数量级 的微小电阻变化率，且精度很高，稳定性好，易于 进行温度补偿，所以，在电阻应变仪和应变测量中 应用极广。
Sichuan University
17
2r kR
零位测量法与电源电压无关，电源电压变化不影响测量结果，故测量精度较高，但 测量时电桥需要重新平衡，较麻烦，只用于静态测试 。
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10
导线温度变化的影响？
实验一_应变片单臂特性实验
实验一应变片单臂特性实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器，此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。
可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。
1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。
以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。
对式（1—1）全微分得电阻变化率dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3----0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。
(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取（1—5）其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
应变片的测量电路
一、直流电桥的输出电压•应变片或电阻元件作为电桥桥臂。
•多种形式选择：R 1；R 1和R 2；R 1 -R 4，其余为精密无感电阻。
•A 、C 为电桥的输入端，B 、D 为电桥的1. 直流电桥的基本结构输出端。
•E 为直流源。
2. 电压桥（1）什么是电压桥•应变片通常后接放大电路为高输入阻抗。
•测量端通常工作在小电流状态，主要是电位差起作用。
•近似认为输出端开路，是为电压桥。
（2）电压桥的输出电压及平衡条件设E 恒定，分支电流为1,212EI R R =+3,434EI R R =+R 1、R 4的电压降为1AB A B ER U U U =-=12R R +434AD A D ER U U U R R =-=+则B 、D 间的电位差U 为14123413241234()()()D B AB AD R R U U U U U ER R R R R R R R ER R R R =-=-=-++-=++3. 电桥负载为有限值时的情形依据等效电源原理（戴维南定理）13241234()()R R R R U ER R R R -=++等效电压源电源内阻U RR LB DI L U L 123401234R R R RR R R R R =+++输出电流（负载电流）0L L UI R R =+P 1P补偿片与工作片分别安装在构件上、下表面并平行测量受弯、拉组合载荷梁的梁的表面弯曲应变。
2112,M P P εεε=-=弹性元件受到偏心压力，欲测量仅由压力引起的构件表面应变。
12,P P P εε==313, P P M εμεεμε=-=-)])]2121T r EM πεμ=+枚应变片，沿圆轴母线±45︒角对称布置，采用全桥接法234T T T M M M εε==-=34P P Pεεε===3444)()]T M M P M εεε-++需要考虑测量导线和应变片分布电容的影响。
3.4 电阻应变片的测量电路
3
令：
求得：
dKu dn
1 n2 (1 n)4
0
n 1
当R1=R2=R3=R4时，此时，电压灵敏度最高，输出 电压为：
Uo
E 4
R1 R1
KU
E 4
4
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非线性误差及其补偿方法
输出电压如果不忽略R1/R1，输出为：
n R1
U
' o
E
(1
n
R1 R1 )(1
n)
非线性误差为：
R1
R1
L
Uo Uo' Uo
R1
1 n R1
R1
5
为了减小和克服非线性误差，可以采用差动电桥，在试
件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应 变，接入电桥相邻桥臂，称为半桥差动电路。
输出电压为：
Uo
E( R1
R1 R1 R1 R2 R2
R4 R1
E
R3 R1
(1 R1 R2 )(1 R4 )
R1 R1
R3
2
设桥臂比n=R2/R1，由于R1<<R1，考虑到平衡条件：
Uo
n E[(1 n)2
] R1 R1
电桥电压灵敏度定义为：
KU
UO R1
E
n (1 n)2
R1
结论（1）电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压；
（2）电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数。
R3
R3 R1
jwR3C1
R4 R2
jwR4C2
R2 R4 R1 R3
R2 C1 R1 C2
9
R3 R3 R4
测试技术-3.4 电阻应变片的测量电路
• 设桥臂比 n R2 / R，1 由于 并考虑到平衡条件
R1 = ，R1 分母中
R1可/ R忽1 略，
R2 / R1， R则4 / R式3 （3-33）可写为
•
(3-34)
• 电桥电压灵U敏o 度(1定nn义)2 为RR11 E
•
•
SU
Uo R1
n (1 n)2
E
(3-35)
R2
R3 R（3R43-42）
• 若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，则得
•
Uo
E 2
R1 R1
（3-43）
• 由式（3-43）可知，Uo与ΔR1/R1成线性关系，差动电桥无
非线性误差，而且电桥电压灵敏度 SU=E/2，是单臂工作时 的两倍，同时还具有温度补偿作用。
3.4 电阻应变片的测量电路
• 当E值确定后，n取何值时才能使 S最U 高。
• 由 dSU / dn 0求 的SU 最大值，得
•
dSU dn
1 n2 (1 n)3
0
（3-36）
3.4 电阻应变
确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最
高，此时有
3.4 电阻应变片的测量电路
• 3.4 电阻应变片的测量电路
• 3.4.1 直流电桥
• 1. 直流电桥平衡条件
• 电桥电路如图3-9所示，图中 E为电源电压，R1、R、2 R及3 R4
• 为桥臂电阻，RL 为负载电阻。当 RL→∞时，电桥输出电压 为
• •
Uo
E
R1 R1 R2
R3R3R（4 3-31）
压为
电阻应变片的实验报告
电阻应变片的实验报告电阻应变片的实验报告引言电阻应变片是一种常见的传感器，用于测量物体的应变或变形。
本实验旨在探究电阻应变片的原理和特性，并通过实验验证其性能。
一、电阻应变片的原理电阻应变片是一种由导电材料制成的薄片，其电阻随着应变而发生变化。
这种应变可以是由物体的拉伸、压缩或弯曲引起的。
当物体受到外力作用时，电阻应变片会发生微小的形变，进而改变其电阻值。
这种电阻值的变化可以通过电路连接进行测量。
二、实验装置与步骤实验装置包括电阻应变片、电桥、电源和数字万用表。
首先，将电阻应变片固定在被测物体上。
接下来，将电桥连接到电源和电阻应变片上，并调整电桥的平衡，使其输出为零。
最后，通过数字万用表测量电桥输出的电压，即可得到电阻应变片的电阻变化值。
三、实验结果与分析在实验中，我们对不同物体施加不同的力，测量了电阻应变片的电阻变化。
结果显示，当物体受到拉伸力时，电阻应变片的电阻值增加；当物体受到压缩力时，电阻值减小。
这与电阻应变片的工作原理相符。
此外，我们还发现电阻应变片的灵敏度与其材料的特性有关。
不同材料的电阻应变片在相同应变下的电阻变化程度不同。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的电阻应变片材料。
四、应用领域与前景电阻应变片在工程领域有广泛的应用。
它们可以用于测量结构物的应变，如桥梁、建筑物等，以及机械零件的变形。
通过监测应变，我们可以及时发现结构物的变形情况，从而提前采取措施进行修复或加固，保障结构的安全性。
此外，电阻应变片还可以用于制造压力传感器和称重传感器。
通过测量电阻应变片的电阻变化，我们可以准确地获取被测物体的压力或重量信息。
这在工业生产中具有重要意义，可以实现对生产过程的精确控制。
未来，随着科技的不断进步，电阻应变片的应用领域将进一步扩展。
例如，在医学领域，电阻应变片可以用于监测人体的生理参数，如心率、呼吸等，为医生提供更准确的诊断和治疗依据。
结论通过本次实验，我们深入了解了电阻应变片的原理和特性，并通过实验验证了其性能。
简要说明电阻应变片的工作原理。
简要说明电阻应变片的工作原理。
电阻应变片是一种常见的应变测量装置，常用于测量物体的形变或应力变化。
其工作原理基于电阻的导电性质随形变或应变的变化而改变。
电阻应变片通常由金属材料制成，如铜、铂、钼等。
它们的结构类似于薄片，具有较高的导电性。
当电阻应变片受到应变或形变作用时，其尺寸和形状发生变化，导致电阻值产生相应的变化。
具体来说，电阻应变片会随着应变或形变的增加而拉伸或压缩，导致电阻值增加或减小。
电阻应变片的工作原理可归结为两种效应：伸长效应和座向效应。
伸长效应是指电阻应变片在受到拉伸应变时，其长度增加导致电阻值增加。
座向效应是指电阻应变片在受到压缩或拉伸应变时，其横截面积的变化导致电阻值增加或减小。
为了测量电阻应变片的变化，通常会将其组装成电桥电路。
该电路中包含一个恒定电流源和一个测量电阻的电桥。
当电阻应变片受到应变时，电桥中电阻的变化会导致电流的变化，从而可以通过测量电流来估计应变或形变的大小。
总而言之，电阻应变片的工作原理基于材料的导电性质随应变或形变的变化而改变，通过测量电阻的变化来间接测量应变或形变的大小。
应变片的工作原理
应变片的工作原理应变片是一种常见的传感器，它可以用来测量物体表面的应变变化。
应变片的工作原理是基于金属材料的电阻随着应变变化而发生变化。
在本文中，我们将详细介绍应变片的工作原理及其应用。
首先，让我们来了解一下应变片的结构。
应变片通常由一个薄膜金属材料制成，金属材料的电阻随着应变而变化。
当物体受到外力作用时，表面会发生应变，这种应变会导致应变片上金属材料的电阻发生变化。
通过测量电阻的变化，我们可以得知物体受到的应变大小。
其次，让我们来详细了解一下应变片的工作原理。
应变片的电阻变化可以通过应变片的电桥电路来测量。
电桥电路是由四个电阻组成的平衡电路，当电桥电路平衡时，电桥中的电流为零。
当应变片受到应变时，电桥中的电流会发生变化，通过测量电流的变化，我们可以得知应变片受到的应变大小。
除了电桥电路，应变片还可以通过应变片测力传感器来测量物体受到的力。
应变片测力传感器是将应变片与力传感器结合在一起，当物体受到力作用时，应变片会产生应变，通过测量应变片的电阻变化，我们可以得知物体受到的力大小。
应变片的工作原理使得它在工业领域得到了广泛的应用。
应变片可以用来测量物体受到的应变、力、压力等物理量，因此在机械设备、汽车、航空航天等领域都有着重要的应用。
例如，应变片可以用来测量机械设备受到的应变，帮助工程师分析设备的工作状态，预防设备的损坏；应变片还可以用来测量汽车受到的力，帮助工程师改进汽车的设计，提高汽车的安全性能。
总之，应变片是一种常见的传感器，它的工作原理是基于金属材料的电阻随着应变变化而发生变化。
通过测量电阻的变化，我们可以得知物体受到的应变大小。
应变片在工业领域有着广泛的应用，可以用来测量物体受到的应变、力、压力等物理量，帮助工程师分析设备的工作状态，改进产品的设计。
希望本文能帮助读者更好地了解应变片的工作原理及其应用。
应变片实验报告
一、实验目的1. 了解应变片的工作原理和性能特点。
2. 掌握应变片在电桥电路中的应用。
3. 学习如何通过电桥电路测量应变片的电阻变化。
4. 分析应变片的线性度、灵敏度等性能指标。
二、实验原理应变片是一种将力学量（如应力、应变等）转换为电阻变化的传感器。
其工作原理基于应变片材料的电阻应变效应，即当材料受到外力作用时，其电阻值会发生相应的变化。
本实验采用金属箔式应变片，通过电桥电路将应变片的电阻变化转换为电压输出。
三、实验器材1. 金属箔式应变片2. 电桥电路3. 测量电路4. 稳压电源5. 数字多用表6. 负载（砝码）7. 支架四、实验步骤1. 将金属箔式应变片粘贴在支架上，确保其受力均匀。
2. 搭建电桥电路，将应变片接入电桥电路中。
3. 调整电桥电路，使电桥处于平衡状态。
4. 在应变片上施加不同大小的力，观察电桥电路输出电压的变化。
5. 记录不同力值下电桥电路的输出电压。
6. 分析应变片的线性度、灵敏度等性能指标。
五、实验结果与分析1. 线性度分析通过实验数据，绘制应变片电阻值与应变值的关系曲线，观察曲线的线性度。
实验结果表明，金属箔式应变片的线性度较好，满足实际应用需求。
2. 灵敏度分析计算应变片在不同应变值下的电阻变化率，即灵敏度。
实验结果表明，金属箔式应变片的灵敏度较高，能够有效地将力学量转换为电阻变化。
3. 温度影响分析观察应变片在不同温度下的电阻变化，分析温度对应变片性能的影响。
实验结果表明，金属箔式应变片对温度的敏感性较高，需要考虑温度补偿。
六、实验结论1. 金属箔式应变片是一种将力学量转换为电阻变化的传感器，具有较好的线性度和灵敏度。
2. 电桥电路能够有效地将应变片的电阻变化转换为电压输出，适用于实际应用。
3. 需要考虑温度对应变片性能的影响，采取相应的补偿措施。
七、实验拓展1. 研究不同类型应变片的性能特点，比较其优缺点。
2. 探讨应变片在不同领域的应用，如力传感器、位移传感器等。
《应变片测量电路》课件
02
敏感元件通常由金属箔或金属丝制成，具有高灵敏度和 稳定性。
03
敏感元件的电阻值会随着应变的变化而变化，从而将应 变转换为电信号。
转换电路
转换电路是将敏感元件输出的 电信号转换为可测量的电压或 电流信号的电路。
转换电路通常由恒流源或恒压 源以及运算放大器等组成。
转换电路的作用是将微弱的电 信号放大并转换为适合测量的 电压或电流信号。
《应变片测量电路》 PPT课件
目录
• 应变片测量电路概述 • 应变片测量电路的组成 • 应变片测量电路的设计与实现 • 应变片测量电路的优化与改进 • 应变片测量电路的发展趋势与展望
01 应变片测量电路概述
应变片测量电路的定义
01
应变片测量电路是一种利用应变 片来测量物理量（如压力、加速 度、温度等）的电子测量电路。
组成。
应变片测量电路的应用
应变片测量电路广泛应用于各种工业 自动化控制系统中，如压力、流量、 液位、温度等参数的测量和控制。
此外，应变片测量电路还可用于人体 生理参数的测量，如血压、心电等。
在汽车、航空、石油化工等领域也有 广泛应用。
02 应变片测量电路的组成
敏感元件
01
敏感元件是应变片测量电路的核心部分，用于感知被测 物体的应变。
多物理场耦合测量技术
将应变片与其他传感器结合，实现多物理场的耦合测量，为复杂环 境下的测量提供更多可能性。
未来展望
更高精度和稳定性
随着新材料和新工艺的研发，未来应变片测量电路将具有更高的 精度和稳定性，满足更严格的应用需求。
更广泛的应用领域
随着技术的不断进步和应用需求的增加，应变片测量电路将在更 多领域得到应用，如生物医学、航空航天等。
(完整版)4-2电阻应变片测量电桥电路
12K1
若应变片灵敏系数近似等于2，则 e 。1这表明，略去非线性部分
所引入的相对误差与被测应变值大小相当。比如应变达到5000με
时，e50 01001 0。 06 可见0.，5% 在一般应变范围内分析应变 100
电桥的输出电压时，只取线性部分是足够精确的。
UU 1E 4 R R 11 R R 22 R R 33 R R 44
U E 4 1 2 R R 1 R R 2 1 2 R R 3 R R 4
R1 R
K01
R2 R
K02
R3 R
K03
R4 R
K04
U E 4 1 2 R R 1 R R 2 1 2 R R 3 R R 4 E 4 0 1 2 K 1 2 1 2 3 4
（1）电阻值的增量可正可负。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，一般力图使应变电桥相邻桥臂的电
阻变化异号，相对桥臂的电阻变化同号。这样上式中各项相互抵
消，使e最小。
（2）考虑一种最坏的情况，即只有一臂接入应变片，而其他三臂接入
固定电阻，其阻值不变。此时的非线性误差为：
e 1 R1 2 R1
R1 R
K01
R2 R
K02
U E 4 1 2 R R 1 R R 2 E 4 K 2 0 1 2 E 4 0 1 K 2 2
仪 E 4 U 0 K 1 22P M 2P M P
1PM
2 PM
此方案既排除了载荷偏心的影响，又使温度效应得到补偿。
(完整版)4-2电阻应变片测量电桥电路
§4.2 电阻应变片的测量电路
电阻应变片中的电桥线路如图所示。它以应变片或电阻元件作为桥臂， 在电桥中A、B、C、D四个特殊点不能弄混，顶点A、C称为电桥的输入 端（电源端），顶点B、D称为电桥的输出端（测量端）。
力及压力测量-应变片
应变式数显扭矩扳手
可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺纹的装配扭矩。量程2~500N.m，耗电量≤10mA，有公制/英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。
01
用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
图3-17 电阻应变式加速度传感器结构图
02
03
01
压力及力的
02
测量
03
压力的概念
04
和单位
05
应变式压力计
06
压电式、压磁式、
07
电容式、霍尔式
08
应变效应
09
应变片
10
应变片温度补偿
11
与粘贴
12
应变式
13
力与压力传感器
14
转换电路
压力的表示
1
应变片测力的原理
2
各种类型的应变片及其特点
3
应变片的温度误差及其补偿
4
应变片的应用电路
5
什么是压力
试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论环境温度如何变化, 电阻丝的变形仍和自由状态一样, 不会产生附加变形。 当试件和电阻丝膨胀系数不同时, 由于环境温度的变化, 电阻丝会产生附加变形, 从而产生附加电阻。
电阻应变片的温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。
01
适用范围：不适用于频率较高的振动和冲击场合， 一般适用频率为10~60 Hz范围。
02
B
A
C
D
F
1、应变片测量力的原理是什么？ 2、应变片有哪几种类型？ 3、单臂、半桥和全桥电路的灵敏度有怎样的倍数关系？谁的灵敏度最大？ 4、如右下图是一个圆柱体弹性元件，A、B、C、D是四个应变片，观察他们粘贴的位置后判断四个应变片在电桥中应怎样连接？画出电桥电路来说明. 5、如左下图所示，如需测量弯曲力和拉伸力，那么应变片应该怎样连接在电桥电路中，分别画出测量弯曲力和拉伸力的测量电桥电路。 题5图 题4图
应变片工作原理
应变片工作原理
应力传感器工作原理：应变片是一种用于测量物体受力情况的传感器。
它是将导电材料（通常是金属）制作成细长而细微薄的片状结构，通过将其粘贴或固定在受力部位来进行测量。
当物体受到外力作用，应变片会发生变形。
这种变形会引起应变片中导电材料电阻的变化。
通常情况下，应变片连接到一个电桥电路中，该电路直接或间接测量该材料电阻的变化。
当物体受到应力时，应变片中的导电材料会受到拉伸或压缩，导致应变。
这种应变会导致导电材料内部电阻发生变化，从而改变电桥电路中的电压输出。
通过测量电桥电路中的电压变化，可以确定材料受到的应力大小。
一般来说，应变片的阻值与所受应力成正比，因此可以进一步计算出受力物体的应力值。
应变片的小尺寸和高度敏感的特性使其广泛应用于各种工业领域，例如重型机械、航空航天、汽车制造和结构工程等。
它们可用于测量物体的压力、扭矩、挠度和变形等参数，为工程师提供有关物体力学性能和结构状态的重要信息。
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全等臂:
U
1 4
EK[1
2
3
4]
半等臂:
U
1 4
EK[1
2]
电力工程技术（china-dianli）
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. 电力工程技术（china-dianli）
• 半 等 臂 电 桥 : 电力工程技术 （chinadianli）
•
•
R1=R2=R’, R3=R4=R’’ , R’ 与R’’
不相等.
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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
U E [ R1 R2 R3 R4 ]
4 R1
R2
R3
R4
R3 R2R4 R2 )(R3 R4 )
E
( R3 R2 )E R3 R4 R1 R2
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当 U=0,电桥平衡
R1 R3 R2 R4 0
R1R3 R2 R4
正是这种平衡的特点，才能测出静态 应变。
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设原处于平衡的电桥，各臂的阻值分别发生了改变时
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U E [ R1 R2 R3 R4 ](1 C) 4 R1 R2 R3 R4
U U1 U2
U1
E [ R1 4 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ] R4
U2 CU1
非线性部分
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若略去U2,则引入非线性误差,此相对误差：
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
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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.
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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
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讨论输出端开路情况:Biblioteka 桥压电源: 直流 交流
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• 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。电力工程技术（china-dianli）
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
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惠斯登电桥测量原理
B R
1
A
I12
I34
R
4
D
R2
电路桥臂组成
C U 输出 • 应变片+固定电阻元件
• A,C: 电桥输入端
R3
• B,D: 电桥输出端
可见非线性部分所引起的相对误差是很小的，
可以忽略。
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线性关系
U
U1
E [ R1 4 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ] R4
U与∆R/R (或K,ε) ，E有关， U与E成线性关系
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如果电桥四臂接入相同的应变片同一 批应变片:
控制惠斯登电桥性态的关系式
U
(1
r r
)2
[
R1 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ] R4
[1 r (R2 R3 ) 1 (R1 R4 )]1 E 1 r R2 R3 1 r R1 R4
r R2 / R1
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对于应变电桥
• 等臂电桥:
•
各个桥臂初始阻值相等
• 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
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接桥方式:
• 单臂
B R1
• 半桥: • 邻臂: 应变一正一负
A
I12
I3
对臂：应变两负或者两正 R4 4
• 全桥:
D
•
应变两负两正
R2 C U 输出
R3
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例子
R K
R
如果R=120Ω,K=2,测量仪器分辩率1με 则
△R 2.4104
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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
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假设直流电源E 内阻很小;UAC=E
电流: I1,2
R1
E R2
I 3, 4
R3
E R4
电压降:
U AB
ER1 R1 R2
U AD
ER4 R3 R4
电桥的输出 电压U等于
U BD UD U B U AB U AD
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电桥的输出电压
U
UBD
R1 (R1
R1→ R1 +∆R1; R2→ R2+∆R2 R3→ R3 +∆R3 ; R4→ R4 +∆R4
R1 R1 R2 R2
U E
R4 R4 R3 R3
R1 R1 R2 R2
0
0
R3 R3 R4 R4
展开多项式,忽略二阶张量,利用
R1R3 R2 R4
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[1 1 (R1 R2 R3 R4 )]1
2 R1 R2 R3 R4
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非线性误差分析 令 1 C [1 1 ( R1 R2 R3 R4 )]1
2 R1 R2 R3 R4
C [1 2 /(R1 R2 R3 R4 )]1 R1 R2 R3 R4
e U1 U C
U
1 C
e [1 ( R1 R2 R3 R4 )]
2 R1
R2
R3
R4
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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:
e
1 2
R1 R1
1 2
K1
单 臂
K 2 e 1
1 5000 e 0.5%