测量电桥的基本特性和温度补偿09年
《测量电桥》课件
根据被测电阻的值，调整平衡指示器的位置，确 保测量结果的准确性。
03
测量电桥的工作方式
直流电桥
直流电桥是测量直流电阻的装置，通 过比较两个电阻的电压降来测量电阻 值。
直流电桥的缺点是测量速度慢，不适 合动态和快速变化的电阻值测量。
直流电桥的优点是精度高、稳定性好 ，适用于高精度测量和实验室环境。
原理
测量电桥利用了平衡电路的原理，通 过调整已知电阻和未知电阻的比例， 使得测量电桥达到平衡状态，从而计 算出未知电阻的值。
测量电桥的类型
01
02
03
直流电桥
使用直流电源供电，适用 于测量低电阻的电阻值。
交流电桥
使用交流电源供电，适用 于测量高电阻的电阻值。
自动电桥
通过自动调整已知电阻和 未知电阻的比例，快速达 到平衡状态，提高了测量 效率和精度。
测量电桥的应用
电子元件检测
用于检测电子元件的电阻 值，确保其性能正常。
科学研究
在物理学、化学、生物学 等领域中，测量电桥被广 泛应用于实验研究和科学 探索。
工业生产
在电子设备、电器产品的 生产过程中，测量电桥用 于检测产品的性能和质量 。
02
测量电桥的基本组成
电源
电源的作用
为电桥提供所需电压和电流，以 驱动电桥的正常工作。
电源误差
总结词
电源误差是由于测量电桥使用的电源的不稳定或噪声引起的 误差。
详细描述
电源误差会影响测量电桥的输出电压，导致测量结果不准确 。为了减小电源误差，可以采用稳定的电源供电，对电源进 行滤波和稳压处理，以及尽可能减小电源线电阻和电感。
指示器误差
总结词
指示器误差是由于测量电桥的指示器读数不准确或响应速度慢引起的误差。
电阻应变测试原理及温度补偿方法实验
电阻应变测试原理及温度补偿方法实验一、实验目的１．掌握电阻应变片的粘贴技术。
２．初步掌握电阻应变片的绝缘处理、防潮、接线和粘贴质量检查等基本技术。
３．了解电测应力、应变实验原理与电桥接线方法。
二、实验设备及器材 １．电阻应变片。
２．试件。
３．万用表、兆欧表。
４．电烙铁、镊子、丙酮、细砂纸、药棉等工具和材料。
５．502胶水、连接导线、704胶。
６．烘干设备。
三、电测法基本原理电阻应变测量技术(简称电测法)，就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种实验方法，又称非电量电测法。
将电阻应变片粘贴在构件上，当构件受力变形时应变片也随之一起变形，应变片的电阻值发生变化，通过测量电桥将电阻变化转换成电压信号，经放大处理及模／数转换，最后直接输出应变值。
电测法在工程中得到广泛应用，其主要特点： (１) 尺寸小、重量轻、安装方便，对被测构件的应力分布不产生干扰。
(２) 精度和灵敏度高，最小应变读数为１με＝10。
6−(３) 测量范围广、适应性强，既能进行静态测试也能进行动态测试，频率响应范围从零到几万赫。
还可以在高、低温及高压、水中等特殊条件下进行测量。
(４) 可测量多种力学量。
采用应变片作为敏感元件制成各种传感器可测力、位移、压强、转角、速度、加速度、扭矩等。
但电测法也有局限性，其缺点是： (１) 只能测构件表面的应变，并且是有限个点，测量数据是离散的，难以得到整个应力-应变场的分布全貌。
(２)对于应力集中和应变梯度较大的部位，会引起比较大的误差。
四、电阻应变片１．工作原理 由物理学可知，金属导线的电阻为：Ｒ=A Ｌ/ρ (2 - 1)式中：ρ为导线材料电阻率；Ｌ为导线长度；A 为导线截面积。
当金属导线因受力变形引起电阻相对变化，对式(2-1)两边取对数再微分得：ＡＡＬＬＲＲd d d d −+=ρρ(2 - 2)式中：ρρd ≈ ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=ＬL ＡＡＣＶＶＣd d d ； ε=ＬＬd ；⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==ＬＬＤＤＡＡd 2d 2d μＣ为与材料种类和加工方法相关的常数；Ｖ为体积；ε为应变；Ｄ为导线直径；μ为导线材料泊松比。
应变片式传感器 温度补偿 电桥补偿法
应变片式传感器温度补偿电桥补偿法
应变片式传感器是一种广泛应用于工业自动化领域的传感器，它能够测量物体的应变
和变形，将其转化成电信号输出。
在鲁棒性、精度和可靠性方面，应变片式传感器都得到
了广泛的应用。
在应变片式传感器的应用过程中，温度补偿是非常重要的，因为温度变化
会影响传感器的输出精度和稳定性。
应变片式传感器可以通过电桥补偿法进行温度补偿，即利用电桥电路的特性，通过测
量不同温度下传感器的电阻值，来进行温度补偿。
电桥电路通常由四个电阻组成，其中一对电阻被放置在应变片传感器的两端，另一对
电阻被称为“补偿电阻”，它们的值可以调节和改变。
在电桥电路中，电桥平衡时输出电
压为0V，当应变片受到力或载荷作用时，会引起敏感方向上的应变，随之引起不平衡电压输出。
为了确保精度和稳定性，电桥通常使用低温稳定性好的材料制造，以减小温度变化
对电路的影响。
当传感器在不同的温度下工作时，电桥电路中四个电阻的阻值会受到影响，进而影响
输出电压的精度和稳定性。
为了解决这个问题，可以通过在电网电路中加入一个补偿电阻，来对传感器输出信号进行补偿。
补偿电阻的阻值可以通过调节，使得在不同温度下，传感
器的输出电压保持稳定和精度。
在这个过程中，通常选取的最佳补偿电阻的阻值大约是传
感器的阻值的50%。
总的来说，应变片式传感器在测量物体的应变和变形的过程中，出现温度变化将影响
其输出精度和稳定性。
通过电桥补偿法，即在电桥电路中加入一个补偿电阻，可以有效地
进行温度补偿，保证传感器的测量精度和稳定性，从而满足工业自动化的需求。
电桥特性及应用
P
P
P
e
M=Pe
M=Pe
P
M=Pe R 1
R1 P
M=Pe
R2
补偿块 R 2
R 1 B R 2
R1
R2
A
C
R DR
工作片：
补偿片：
R1RPRW R1t
R 1 RP R W R 1t
R2R2t R2 R2t
由于
R 1 t R 1 t R 2 t R 2 t
所以
u B V 4 D R P R W R 1 t R P 2 R R W R 1 t R 2 t R 2 t V 4 R R P
第三讲 测量电桥的特性及应用
§3-1 测量电桥的基本特性和温度补偿
一、 测量电桥的基本特性
uBD V 4K(1234)
B R1 A
R2 C uBD
1．
R4 D R3
V
相邻桥臂的电阻有大小相等、符号一致的变化，
或相对桥臂的电阻有大小相等、符号相反的变化，
不影响电桥的输出。
第三讲 测量电桥的特性及应用
例如：粘贴在钢试件上的康铜丝应变片，当温度变化1 0C
时的温度应力。
E200GPa 丝20106/oC K2
丝15106/oC 构11106/oC
t 2020103201061200130(111)51061
1.2(MPa)
（二） 、补偿方法
温度自补偿应变片法——
通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取各种措施，使 K、
2、从复杂变形量中测出所需求的某一应变分量
B
各桥臂应变片阻值变化为：
各桥臂应变片阻值变化为： §3-2 电阻应变计在电桥中的接线方法
电桥温度补偿
电桥温度补偿随着科技的不断发展，电子设备的应用越来越广泛。
电桥作为一种常见的电子测量仪器，被广泛应用于物理实验、工程测量等领域。
然而，由于环境温度的变化会对电桥的测量结果产生影响，因此需要进行温度补偿。
电桥是一种基于电阻的测量装置，它通过测量电阻的变化来获得所需的物理量。
在电桥中，通过调节电阻值来使电桥平衡，从而得到测量物理量的值。
然而，电阻值会受到温度的影响，导致电桥的测量结果不准确。
因此，需要对电桥进行温度补偿，以消除温度对测量结果的影响。
电桥温度补偿的原理是利用温度对电阻值的影响进行校正。
一般来说，电阻值随着温度的增加而增加，这是由于温度会导致导体的电阻率发生变化。
为了准确测量物理量，需要将电阻值与温度进行关联，并进行补偿。
电桥温度补偿的方法有多种，其中一种常见的方法是使用温度传感器。
温度传感器可以测量环境的温度，并将温度信息转化为电信号。
通过将温度传感器与电桥连接，可以实时监测环境温度的变化，并根据温度的变化对电桥进行补偿。
另一种方法是使用温度补偿电阻。
温度补偿电阻是一种特殊设计的电阻，它的电阻值与环境温度的变化呈现相反的趋势。
通过将温度补偿电阻与电桥连接，可以通过电阻值的变化来对电桥进行温度补偿。
除了以上两种方法，还可以使用软件进行温度补偿。
通过将温度传感器的读数输入到计算机中，利用相应的算法进行温度补偿。
这种方法相对简单方便，但需要编写相应的软件来实现温度补偿功能。
无论是使用哪种方法进行温度补偿，都需要进行相应的校准。
校准的目的是确定电桥在不同温度下的响应特性，以便进行准确的温度补偿。
校准过程中需要使用标准温度源来模拟不同的温度，并记录电桥的输出值。
通过比较实际测量值和标准值，可以确定温度补偿的参数，从而实现准确的温度补偿。
总结起来，电桥温度补偿是为了消除环境温度对电桥测量结果的影响。
可以使用温度传感器、温度补偿电阻或软件等方法进行温度补偿。
在进行温度补偿之前，需要对电桥进行校准，以确定温度补偿的参数。
20090411应变电测原理介绍
0.06秒/点(积分ADC方式、内部转换箱)、 0.08秒/点(积分ADC方式、外部传换箱)、 0.02秒/点(高速ADC方式、所有转换箱)。
四、电阻应变仪
5.测量范围： ±640000 (应变) ±64V(电压)
6.测量精度： ±0.05％ 7.计算功能：各种数学运算，直角应变花、等角应
I2
R4
R3
D
U0
R1 R3= R2 R4 则输出电压为零，此时称电桥平衡。
三、测量电路
当某一桥臂电阻值改变一个微量时,平衡破坏， 则输出电压Ui ，其增量为
U i
1 U0
4
R R
当桥臂的4个电阻值均发生改变时，上式为
U i
1 U 0( R1 4 R1
R2 R2
R3 R3
R4 ) R4
将 R R K 代入上式得
YJR-5A型静态电阻应变仪 该静态应变仪由4位半LED数字发光管显示 应变，直流桥压供电，采用高稳定性的直 流放大电路，具有体积小、重量轻、操作 方便等优点。
四、电阻应变仪
YJR-5A型静态应变仪的技术指标
1.应变测量范围：0~±19999 2.分辨率：1
3.基本误差：≤测量值的±0.2%或±2个字 4.零点漂移：2小时内＜±2个字 5.电阻平衡范围：±0.6Ω 6.供桥电压：直流2.5V 7.转换稳定时间：2 S 8.测量点数：主机10点（可扩展）
四、电阻应变仪
应变电测方法是利用金属的应变-电阻效应来间
接测量构件应变的。由于构件应变一般比较小，
例如要测量100 ( m)应/ m变信号，由金属
应变计的基本特性： R / R 可K以 算出ΔR。
电桥温度补偿的原理
电桥温度补偿的原理
电桥温度补偿原理是为了消除电桥传感器在温度变化时产生的误差。
当使用电桥进行测量时，传感器的电阻值会随温度的变化而发生变化，因此会影响到电桥的平衡。
为了消除这种误差，可以采用温度补偿的方法。
温度补偿可以通过以下两种方式实现：
1. 使用温度感应器：在电桥电路中加入一个温度感应器，用于测量环境温度，并将其信号与电桥的输出信号进行比较。
当温度发生变化时，温度感应器的信号也会相应变化，通过比较这两个信号，可以得出温度对电桥平衡的影响，并进行相应的补偿调整，使电桥保持平衡。
2. 使用温度补偿电路：在电桥电路中加入一个专门的温度补偿电路，该电路可以根据传感器的温度变化自动调整电桥的输出，实现温度补偿。
这种温度补偿电路通常使用运算放大器等元件来实现，通过对电桥输出信号的处理，将温度在电桥平衡上的影响进行补偿。
总之，电桥温度补偿的原理是通过测量温度或者使用温度补偿电路，对电桥的输出进行调整，以消除温度变化对电桥平衡的影响，从而提高温度测量的准确性。
温度测量、控制、补偿用NTC热敏电阻器原理图及应用
温度测量、控制用NTC热敏电阻器
外形结构
环氧封装系列NTC热敏电阻
玻璃封装系列NTC热敏电阻
应用电路原理图
温度测量（惠斯登电桥电路）
温度控制
应用设计
•电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品；
•冷暖设备、加热恒温电器；
•汽车电子温度测控电路；
•温度传感器、温度仪表；
•医疗电子设备、电子盥洗设备；
•手机电池及充电电器。
温度补偿用NTC热敏电阻器
产品概述
许多半导体和ICs有温度系数而且要求温度补偿，以在较大的温度范围中达到稳定性能的作用，由于NTC热敏电阻器有较高的温度系数，所以广泛应用于温度补偿。
主要参数
额定零功率电阻值R25 (Ω)
R25允许偏差（%）
B值(25/50 ℃)/（K）
时间常数≤30S
耗散系数≥6mW/ ℃
测量功率≤0.1mW
额定功率≤0.5W
使用温度范围 -55 ℃ ~+125 ℃
降功耗曲线：
应用原理及实例。
为什么采用电阻应变片测量应变时,一般都需采取温度补偿措施？如
答：采用电阻应变片时，采取温度补偿的原因：一是温度的变化会引起应变片阻值的变化，这与采用电阻应变片测材料的应变时应只有应变引起电阻应变片的阻值发生变化的初衷不符，对测量结果会产生较大的影响；二是被测材料与应变片的线膨胀系数不同，使得粘在材料上的应变片的应变与材料的应变不一致而引起测量误差。因此采用电阻应变片测量应变时，一般都需采取温度补偿措施。
补偿办法：采用桥路补偿。如图，R1为工作片，R2为补偿片。工作片作为平衡电桥的一个臂测量应变的，利用电桥的和差特性，电桥的输出反映相邻桥臂电阻值变化相减的结果。工作片RI粘贴在被测工作的需要测量的部位，补偿片R2粘贴在一块不受力的与被测试件的相同的材料上，这块材料自由地放在试件上或附近。当温度发生变化时，工作片R1和补偿片R2的电阻都发生变化，但他们的温度变化是相同的，即 ，R1和R2因接在相邻的桥臂上，所以对
测量电桥原理详解分析
输出电压是半桥单臂的四倍，电桥的灵敏度是
半桥单臂的四倍。
b
R1
R2
a
c U0
R4
R3
d
U
第一节 电桥
1. 直流电桥 b
说明：以上这些特性在实际中具R1有广泛的R应2 用。
例：一个受力变形悬臂梁，a上表面受拉力，c U0
下表面受压力。
R4
R3
测量梁的应变
d U
上下表面各贴一应变片
实现温度误差的自动补偿
全桥：
1. 直流电桥
b
R1 ±ΔR1
R2 ±ΔR2
a
R4±ΔR4
d U
c U0
R3±ΔR3
U0
R1 R3
R R
R2 R4
R R
U
1
2
3
4
R R R R R
R R R R R
U 1
13
2 4 U 1
13
2 4U
0 R1 R1 R2 R3 R4
R1 R2 R3 R4
第一节 电桥
1. 直流电桥
第一节 电 桥原理详解
R1
R2
R4
R3
U
电桥：由首尾相联四个阻
抗构成，其对角端
分别为供桥电源和
U0
输出端的测量电路。
电桥的作用： 把电阻、电感或电容的变化 量转换为电压或电流量，以 供后续电路测量记录。
第一节 电桥
1. 直流电桥
1．直流电桥
abcd端端：：输供出桥端电源—端接入输 入电阻较大的仪
第一节 电桥
1. 直流电桥
◇ 全桥四臂
桥臂 R1 R2
R1+ΔR R2 --ΔR
3测量电桥
2. 温度补偿方法
1）补偿方法：补偿方法很多，经常用的 有两种，即应变片补偿法和桥路补偿 法。 • 应变片补偿法：使用温度补偿应变片 的合理组桥达到消除温度影响之目的 的方法。 • 桥路补偿法：利用电桥的加减特性， 通过不同的贴片和组桥方式消除温度 的影响——自补法
2）补偿原理
（1）应变片补偿法补偿原理 • 贴片：取两枚技术参数完全相同的应变片R1和Rk A）R1贴在被测试件的测量点上，使之承受外载荷P的 作用并与试件一起变形→工作片或测量片 B）Rk贴在与被测试件材料完全相同、温度也相同的另 一块不受外载荷作用的材料（成为补偿块）上→温 度补偿片 • 连线、组桥：R1和Rk组邻臂，测量时 R1： ， Rk：
传感器输出为cx交流电桥失去平衡uout则可按电桥输出电压的大小来测量被测物理量334交流电桥的电容影响在交流电桥测试中测量导线之间和应变片与试件之间均存在着分布电容这种分布电容的存在及其变化会严重影响电桥的平衡和输出导致输出信号失真输出信号uout中包含有电容项使测量结果有误差尽管相敏检波器截止了部分电容影响项但所有的信号均被放大器所放大可能造成非线性和灵敏度下降减小交流电桥的电容影响的措施测试过程中应避免导线间的互相移动而产生的电容变化34电桥特性一电桥的加减特性电桥输出表达式电桥输出r1电桥输出r1r2r电桥输出r1r3r电桥输出r1r2r3r4相邻两臂
结论： • 当K 一定时，电桥的输出电压与应变
片电阻变化或应变成正比，通过电桥 把电阻或应变的变化转换成为电压的 变化 直流电桥工作原理 • 全等臂电桥的输出灵敏度最高，而非 线性误差最小，因此传感器的实际测 量中多采用全等臂电桥 • 直流电桥还可以功率（电流）形式输 出
3.3 交流电桥
3.3.1 交流电桥的特点及其桥路 一、特点 • 电桥线路与直流电桥相同 • 供桥电压为高频率的交流电——载波频率， 达数千赫兹 • 可测频率高的试件 • 应变仪用交流放大器：无零点漂移，仪器 稳定，使测量精度高；应变仪小，经济； 存在分布电容 • 桥路输出信号以电压为表征（Rg＞＞R）
4.1 4.2测量电桥的基本特性和温度补偿09年
§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
如果在同一试件上能找到温度相同的几个贴片位置， 而且它们的应变关系又已知，就可采用工作片补偿法 进行温度补偿。具体应用参见下一节。
§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
在高温条件下，若用桥路补偿法已无法消除温度影响， 则一般采用温度自补偿电阻应变计。这种应变计是用电阻 温度系数为正值和负值的两种电阻丝串联或控制电阻温度 系数而制成的应变计，当环境温度变化时，电阻增量相互 抵消，使得减少以至不产生温度应变。
消除了工作片上由于温度变化而引起的 应 变, 达到了 误差
1、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环境温度变 化△ t 时，敏感栅材料电阻温度系数为 ，则引起的 电阻相对变化为
Rt Rt R0 R0 t
2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化△t 时，
t
t
K0
g s t 0
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，选择敏感栅材料，使
K 0 g s
即可达到温度自补偿的目的。
优点：容易加工，成本低，
缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄
b. 双金属敏感栅自补偿应变片 敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成 选用两者具有不同符号的电阻温度系数
三. 温度补偿
受力----变形(应变) 温度----变形(应变) (1)温度变, 电阻变. (2)电阻片丝栅材料的温度系数与被测物不同. 方法一: 桥路补偿法 由 测量
要设法消除温度变化引起的应变的原因:
r 1 2 3 4
贴法
电阻片
相邻两臂相同的 构件上 温度下
温度产生的电阻变 化(应变变化)是同 号的, 自动抵消, 达 到了互补.
补偿电桥法的工作原理
补偿电桥法的工作原理
补偿电桥法的工作原理：
①方法主要用于温度测量中消除热电阻随温度变化带来的影响确保测量准确性；
②基本原理建立在线性电阻网络基础上通过调整桥路中某个或几个固定值电阻值来抵消温度变化对测量结果的影响；
③实施时先构建一个包含待测电阻与三个已知阻值电阻构成的惠斯通电桥电路其中待测电阻作为感温元件；
④在理想情况下当电桥平衡时即四个臂上电阻满足一定比例关系流过检流计电流为零此时可认为外界温度变化未对电路造成影响；
⑤然而实际上由于热电阻特性会随温度改变导致原本平衡状态被打破产生误差信号；
⑥为此在电路设计时特意引入一个额外的补偿电阻其阻值随温度变化规律与待测热电阻相反或相同但大小恰好可以抵消前者变化量；
⑦补偿电阻通常放置在一个小型封闭腔体内该腔体暴露于与待测对象相同环境中确保两者经历完全一致的温度变化；
⑧当温度上升时若待测热电阻阻值增大则相应地补偿电阻阻值减小或增大但幅度恰好与前者相反从而使整个电桥重新回到接近平衡状态；
⑨通过这种方式即使外界条件剧烈波动也能维持较高测量精度特别适用于工业现场长期连续监测场合；
⑩实践中为了进一步提高系统稳定性往往还会采用自动平衡电路自动调节直至检流计读数归零；
⑪需要注意的是尽管补偿电桥法有效降低了温度漂移但仍存在一定局限性如无法补偿非线性效应或当温度超出设计范围时效果下降；
⑫因此在具体应用时需根据实际情况合理选择传感器类型及补偿方案并通过实验验证最终配置确保测量结果可靠。
差动传感器和测量电桥基本介绍资料
单臂电桥
差动半桥
差动全桥电路
电桥的静态特性（差动半桥）
U BD E Z1 Z 4 Z 2 Z 3 Z1 Z 2 Z 3 Z 4
Z1
U
B Z2
Z3 Z 4 Z 0
U BD E Z 0 ( Z1 Z 2 ) (Z Z2 ) E 1 2Z 0 ( Z1 Z 2 ) 2( Z1 Z 2 )
12
测量电桥的基本工作原理
Z1,Z2,Z3,Z4为四个桥臂阻抗。A，C两端接电压源，则在B，D两 端输出不平衡电压UBD分别为：
恒压源供电：
B Z1
U
Z2 I1 I2 Z4 D E C
U U AB U AD
Z1Z 4 Z 2 Z3 E Z1 Z2 Z3 Z4
A Z3
l 4 3 2 3 l 4 3
4 l 2 a)
a) 变间隙型
1-线圈
b)
图 差动式电感传感器 b) 变面积型
2-铁芯 3-衔铁
c)
c) 螺管型
4-导杆
变气隙式差动自感传感器的特性分析
变气隙式差动自感传感器原理见图.它由一个公共衔 铁和上、下两个对称的线圈L1和L2组成。 当衔铁向上位移 ，在差动自感传感器中，电感 变化量：L L1 L2 2 L0 [
变气隙式差动电容传感器原理
3
差动电容式传感器
d 1 d d 2 d 3 C0 [ C1 C1 C0 C0 ( ) ( ) ...] d0 1 d d0 d0 d0 d0
d 1 d d 2 d 3 C0 [ C2 C0 C2 C0 ( ) ( ) ...] d d 0 1 d0 d0 d0 d0
测 量 电 桥
R 1 ±∆R
1
±
∆R 2 R2
∆R 4 R4
M
R1
R3
R2
R4
（a）应变片粘贴位置
a
c ey
± R 3 ±∆R
3
d e0
（b）电桥连接方式
1.2 交流电桥
交流电桥电路如图所示，其激励电压e0采用交流方式，电桥的四个臂 可以是纯电阻，也可以是包含有电容、电感的交流阻抗。
交流电桥平衡必须满足两个条件： 相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并 且它们的阻抗角之和也必须相等，前 者称为交流电桥模的平衡条件，后者 称为相位平衡条件。
位置及调节可变电阻R3
1.3 带感应耦合臂的电桥
带感应耦合臂的电桥是将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成电桥， 一般有图中a、b两种形式。C
i1 Z4
e1 Z4
W1
W1
GG
e0 W2
W2
e0
i2
e2
Z3
Z3
图a是用于电感比较仪中的电桥， 感应另耦一合种绕形阻式W如1、图Wb2所（示阻，抗电为桥Z平1、 Z衡2时），和绕阻阻抗WZ31、、ZW4构2两成段电磁桥通的大四小个相臂， i W 等1、、方W向2相相当反于，变激压磁器效的应副互边相绕抵阻消，，这 种 铁桥 芯路中又无称磁为通变，压指器零电仪桥G指。零当。Z1Z3 =
R2 c ey
R3
e0
2．电桥的连接方式
在测试技术中，一般根据工作时电阻值参与变化的桥臂数将连接方式 分为单臂电桥、差动半桥和差动全桥三种，如图所示。
± R 3 ±∆R
3
∆R 2 R2
∆R 4 R4
∆R 2 R2
b
b
b
R 1 ±∆R
电桥电路详解
从前面的讨论知道：电阻应变片的作用是将构件表面 的应变转变为电阻的变化。其关系式为：
R K
R 一般 R=120 K 2.0 ~ 2.4
若取 K 2.0 106 ~ 103
则 R=KR 0.00024 ~ 0.24
R=KR 0.00024 ~ 0.24
显然 R太小了。为了便于测量，需将应变片的电阻变化
合理地利用上述特性可测单一内力分量；并可消除 t
的影响。
（一）温度补偿
1、补偿块补偿
在构件上粘贴应变片R1 —工作应
变片，接AB桥臂上，补偿块上粘
贴应变片R 2—补偿片，接BC桥臂
上，电桥的AD和CD桥臂接固定电
阻，组成等臂电桥。R1、R 2 因温
度改变引起的电阻变化是相等的，
利用桥路特性可消除 的影 t 响。
)
（3）
若四个桥臂为应变片，其灵敏度K均相同，代入
R R= K 则电桥输出电压为 ：
U0
UACK 4
(1
2
3
4)
（4）
说明：
（１）当满足 R<<R 时，电桥的输出电压与各
桥臂应变片代数和成线形关系。
（２）上式由假定 R
而来（为近似公式）
i
<<R
，忽略高阶微量推导
如果只考虑AB桥臂接应变片，即仅 R1 有一增量
(1
2
3
4 )
（9）
式中1、 2、 3、 4相应为电桥上四个桥臂电阻
R1, R 2 , R3, R 4 所感受的应变值。
应变仪的读数应变为：
d
4U0 UACK
(1
2
3
4 )
（9）
电桥温度补偿
电桥温度补偿电桥温度补偿是一种用来校正电桥测量的温度误差的方法。
电桥是一种常用的测量仪器，通过测量电阻的变化来确定被测物理量的大小。
然而，由于温度的影响，电桥测量结果可能产生偏差。
因此，需要采取补偿措施来减小温度误差对测量结果的影响。
电桥温度补偿的基本原理是根据被测材料的温度系数，调整电桥的电路参数，以抵消温度变化引起的电阻变化。
常用的电桥温度补偿方法有以下几种：1.零点温度补偿法：这种方法是通过在电桥电路中添加一个可调的电阻，使其能够抵消温度变化引起的电阻变化。
一般来说，被测材料的温度系数是已知的，可以根据温度变化的大小和方向来调整这个可调电阻的大小，以使电桥的零点保持不变。
2.系数变法：这种方法是通过改变电桥的电路参数，使其能够自动调整以适应温度变化。
一种常见的方法是使用温敏电阻或温度传感器作为电桥的一个电阻元件，通过测量温度的变化来调整电桥电路的参数，以抵消温度误差。
3.双电桥法：这种方法是通过构建两个电桥，在一个电桥中测量被测值，在另一个电桥中测量被测物体的温度，然后将两个电桥的测量结果进行比较，通过调整电桥参数来实现温度补偿。
电桥温度补偿的具体实现方法可以根据被测物理量的特性和测量精度的要求来确定。
在实际应用中，为了提高补偿效果，还可以通过使用多个温度传感器进行测量，然后取平均值来减小测量误差。
总的来说，电桥温度补偿是一种在电桥测量中常用的校正方法，能够有效减小温度误差对测量结果的影响。
通过合理选择和调整电桥的电路参数，可以实现精确的温度补偿，提高测量准确度。
在实际应用中，需要根据被测物理量的特性和需求，选择合适的温度补偿方法，并进行必要的校准和调整。
桥式测量电路
R1、R2、R3、R4为4个应变片电阻，组成了桥式测量电路，Rm 为温度补偿电阻，e 为激励电压，V 为输出电压。
若不考虑Rm ，在应变片电阻变化以前，电桥的输出电压为： V=e R R R R R R ⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+434211 由于桥臂的起始电阻全等，即R1 = R2 = R3 = R4 = R ，所以V=0 。
当应变片的电阻R1、R2、R3、R4变成R+△R1、R+△R2、R+△R3、R+△R4时，电桥的输出电压变为： V=e R R R R R R R R R R R R ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆++∆+∆+-∆++∆+∆+434211 通过化简，上式则变为： V=4e ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-∆+∆-∆R R R R R R RR 4321 也就是说，电桥输出电压的变化与各臂电阻变化率的代数和成正比。
如果四个桥臂应变片的灵敏系数相同，且R R ∆ = K ε，则上式又可写成： V=(4eK ε1 - ε2 + ε3 - ε4 ） 式中K 为应变片灵敏系数，ε为应变量。
上式表明，电桥的输出电压和四个轿臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比。
在电阻应变式称重传感器中，4个应变片分别贴在弹性梁的4个敏感部位，传感器受力作用后发生变形。
在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值增大，△R1、△R3正值，R2、R4被压缩，阻值减小，△R2、△R4为负值。
再加之应变片阻值变化的绝对值相同，即△R1 = △R3 = + △R 或ε1 = ε3 = +ε△R2 = △R4= - △R 或ε2 = ε4 = - ε因此，V=4eK ×4ε = e K ε。
若考虑 Rm ，则电桥的输出电压变成：V=e Rm R R R R R RR R ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆--∆+222 =e R R Rm R R ∆+2 = RmR R 2+ K εe 令S U = eV ，则 S U =Rm R R 2+ K ε S U 称为传感器系数或传感器输出灵敏度。
《应变电桥特性及温度补偿实验》2021年-机械测试技术课程实验
一般测微头在使用前，首先转动微分筒到10ｍｍ处 (为了保留测杆轴向前、后位移的余量)
测微头的读数方法:
先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对 准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图甲读数为3.678ｍｍ，不是 3.178ｍｍ；
《应变电桥特性及温度补偿实验》
《应变电桥特性及温度补偿实验》
内容提要
一.实验要求和目的 二.实验仪器 三.应变片半桥特性实验 四.应变片的温度影响实验 五.应变片温度补偿实验
《应变电桥特性及温度补偿实验》
一.实验要求和目的
（一）实验要求 1.禁止在实验室大声喧哗、打闹； 2.实验前签到，实验结束签退； 3.实验时，接好线让老师检查后开启电源； 4.结束后关闭电源，将仪器整理好。
《应变电桥特性及温度补偿实验》
三.应变片全桥特性实验
（一）箔式应变片全桥实验原理
应变片全桥特性实验原理图
《应变电桥特性及温度补偿实验》
（二）需用器件与单元介绍
⑴菱形虚框为无实体的电桥模型(为实验 者组桥参考而设，无其它实际意义)。
⑵R1=R2=R3=350Ω是固定电阻，为组成单 臂应变和半桥应变而配备的其它桥臂电阻 。
《应变电桥特性及温度补偿实验》
一.实验要求和目的
（二）实验目的 1.了解应变片全桥工作特点及性能； 2.了解温度对应变片测试系统的影响； 3.了解温度对应变片测试系统的影响及补偿方法；
《应变电桥特性及温度补偿实验》
二.实验仪器
CSY-9XX传感器系统
由机壳、机头、显示面板、调理电路面板等组成。
1、机壳： 机壳内部装有直流稳压电源、振
电桥温度补偿原理
电桥温度补偿原理电桥温度补偿原理是一种用于电桥测量的补偿方法，它能够解决在测量中由于温度的变化带来的误差问题。
电桥温度补偿原理基于热电效应和热敏电阻的特性，通过在电桥电路中加入特定的温度补偿元件来抵消温度变化对测量结果的影响。
首先，我们先了解一下电桥测量的基本原理。
电桥是一种用于测量电阻、电容和电感等物理量的电路，在电桥平衡状态下，电桥电路的输出电压为零。
当测量物理量发生变化时，电桥会失去平衡，输出电压不再为零，从而可以通过测量输出电压的大小来确定被测量物理量的变化。
然而，在实际应用中，电桥测量结果往往会受到温度的影响，因为电桥电路中的元件在温度变化下会产生热电效应，从而导致电桥失去平衡，造成测量误差。
为了解决这个问题，我们需要对电桥进行温度补偿。
电桥温度补偿的基本原理是利用热电效应和热敏电阻的特性，通过在电桥电路中加入温度补偿元件来抵消温度变化对测量结果的影响。
具体来说，常见的温度补偿元件有热电偶和热敏电阻。
热电偶是一种由两种不同金属组成的电偶，它的工作原理基于热电效应，即两种不同金属在不同温度下产生的热电势差。
当热电偶的两个接点分别处于不同的温度下时，两个接点之间会产生一个电势差，这个电势差可以通过测量来确定温度的变化。
在电桥温度补偿中，热电偶可以被连接在电桥电路的一个或多个分支上，通过测量电桥的输出电压，可以间接测量温度的变化。
热敏电阻是一种根据温度变化而产生电阻变化的元件。
由于温度的变化会影响材料的电阻特性，我们可以利用热敏电阻的温度-电阻特性来进行温度补偿。
在电桥温度补偿中，热敏电阻可以被连接在电桥电路的一个或多个分支上，通过测量电桥的输出电压及热敏电阻的电阻变化，可以计算出温度的变化。
总的来说，电桥温度补偿原理是通过在电桥电路中加入温度补偿元件，利用热电效应和热敏电阻的特性来抵消温度变化对测量结果的影响。
通过测量电桥的输出电压及温度补偿元件的特性变化，可以实现精确的温度补偿，并得到准确的测量结果。
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整理课件
§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
测量应变计既传递被测构件的机械应变，又传递环境温 度变化引起的应变。根据式（4-3），如果将两个应变计 接入电桥的相邻桥臂，或将四个应变计分别接入电桥的 四个桥臂，只要每一个应变计的εt相等，即要求应变计 相同，被测构件材料相同，所处温度场相同，则电桥输 出中就消除了εt的影响。这就是桥路补偿法。或称为温 度补偿片法。桥路补偿法可分为两种，下面作简单介绍。
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
在测量时，将应变计粘贴在各种弹性元件上，组 成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或 从复杂的受力构件中测出某一内力分量（如轴力、弯 矩等）。 关于电桥的基本特性和测量原理，已在第3章中作过系 统论述，本章重点讨论如何利用电桥的基本特性正确 地组成测量电桥。
相应的虚假应变输出
温度补偿
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t R K t/0R0K 0t(gs)t
单丝自补偿法 自补偿法
组合式自补偿法
线路补偿法〔电桥补偿法、热敏电阻〕
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§ 2.4 电阻应变计的工作特性
① 电桥补偿法
优点： 简单、方便，在常温下补偿效果较好
缺点： 在温度变化梯度较大的条件下，很难做到工作片与补偿片 处于温度完全一致的情况，因而影响补偿效果。
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
应变仪的输出应变为：
d u40uKi 1234 （4-3）
由式（4－3）可见，电桥有下列特性：
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
1）两相邻桥臂上应变计的应变相减。即应变同号时， 输出应变为两邻桥臂应变之差；异号时为两相邻桥臂应 变之和； 2）两相对桥臂上应变计的应变相加。即应变同号时， 输出应变为两相对桥臂应变之和，异号时为两相对桥臂 应变之差；
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温度下 整理课件
§ 2.4 电阻应变计的工作特性
需要说明的是：我们希望应变片的指示应变反映的是构件因受
力所产 t 生的应变，而不是环境温度变化所引起的 ，否则会带
来很大误差。因此在测量中必须设法消除温度变化的影响。
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方法二: 温度补偿法
电阻片
相邻两臂 采用相同
贴法 材料
受力件(工作片)
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
因此，当结构承受载荷时，这个应变就会与由载 荷作用而产生的应变叠加在一起的输出，使测量 到的输出应变中包含了因环境温度变化而引起的 应变εt因而必然对测量结果产生影响。
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
温度引起的应变εt的大小可以与构件的实际应变相当， 例如，当采用镍铬丝的电阻应变计粘贴在钢构件上进行 应变测量时，如果温度升高1℃，εt即可达70微应变。 因此，在应变计电测中，必须消除应变εt ，以排除温 度的影响，这是十分重要的问题。
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a. 选择式自补偿应变片 实现温度补偿的条件为
实验应力分析
北京化工大学 机械基础实验中心
二○○九年九月
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第四章 测量电桥的特性及应用
§ 4.1测 量 电 桥 的 特性及温度补偿
2
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第4章 测量电桥的特性几应用
4.1 测量电桥的基本特性和温度补偿
在结构强度的实验分析中，构件表面的应变测量主要是使 用应变电测法，即将电阻应变计粘贴在构件表面，并正确地 接入测量电路，从而得到构件表面的应变。应变电测法的基 本测量电路是电桥。测量电桥是由应变计作为桥臂而组成的 桥路，作用是将应变计的电阻变化转化为电压或电流信号。
不受力件(补偿片)
温度下
消除了工作片上由于温度变化而引起的 应变, 达到了温度补偿.
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5、温度误差及其补偿
1、敏感栅电阻随温度的变化引起的误差。当环境温度变
温度 化△t 时，敏感栅材料电阻温度系数为 ，则引起的电阻
误差 相对变化为
R tR tR 0R 0 t
2、试件材料的线膨胀引起的误差。当温度变化△t 时，
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三. 温度补偿
受力----变形(应变) 测量 温度----变形(应变)
要设法消除温度变化引起的应变的原因: (1)温度变, 电阻变.
(2)电阻片丝栅材料的温度系数与被测物不同.
方法一: 桥路补偿法
由 r123电阻4 片
相邻两臂相同的
贴法 构件上
温度产生的电阻变 化(应变变化)是同 号的, 自动抵消, 达 到了互补.
（4-1）
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
式中，u。为电桥的桥压； ui为电桥的输出电压。若四 个桥臂上的应变计的灵敏 系数均为K，即：
Ri R
Ki
则输出电压为：
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图4-1 电桥
§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
u i u 40K(1234) （4-2）
式中，ε1 、ε2 、ε3 、ε4分别为应变计R1、R2、R3、 R4 、所感受的应变值。
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整理课件
§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
应变仪的输出应变实际上就是读数应变，所以合 理地、巧妙地利用电桥特性，可以增大读数应变，并 且可测出复杂受力杆件中的内力分量。
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
4.1.2 温度的影晌与补偿
在测量时，被测构件和所粘贴的应变计的工作环 境是具有一定温度的。当温度发生变化时，应变计将 产生热输出εt ，其大小由式（2-17）确定。显然，热 输出εt中是不包含结构因受载而产生的应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，即使结 构处在不承载且无约束状态， εt 仍然存在。
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§ 4.1测量电桥的基本特性和温度补偿
4.1.1 测量电桥的基本特性
设电桥的四个桥臂上接上应变计，电阻分别为 R1=R2=R3=R4=R （见图4－1），如果桥臂电阻改变 ΔRl、ΔR2、△R3、△R4，则输出电压为：
u i
u0( R 1 R 2 R 3 R 4) 4 R 1 R 2 R 3 R 4
因试件材料和敏感栅材料的线膨胀系数不同，应变片将
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产生附加拉长（或压缩），引起的电阻相对变化
s
R t R 0 K 0t R 0 K 0 (gs) t
应变丝的线膨胀系数； g 试件的线膨胀系数
整理课件
由温度变化引起的总电阻变化为
R t R t R t R 0 t R 0 K 0 (g s ) t