測量電橋的基本特性和溫度補償年

1、實驗應(yīng)力分析實驗應(yīng)力分析l北京化工大學(xué)北京化工大學(xué)l機械基礎(chǔ)實驗中心機械基礎(chǔ)實驗中心l二九年九月二九年九月第四章第四章 測量電橋的特性及應(yīng)用測量電橋的特性及應(yīng)用 4.1測測 量量 電電 橋橋 的的特特 性性 及及 溫溫 度度 補補 償償?shù)诘?章章 測量電橋的特性幾應(yīng)用測量電橋的特性幾應(yīng)用4.1 測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償 在結(jié)構(gòu)強度的實驗分析中，構(gòu)件表面的應(yīng)變測量主要是在結(jié)構(gòu)強度的實驗分析中，構(gòu)件表面的應(yīng)變測量主要是使用應(yīng)變電測法，即將電阻應(yīng)變計粘貼在構(gòu)件表面，并正確使用應(yīng)變電測法，即將電阻應(yīng)變計粘貼在構(gòu)件表面，并正確地接入測量電路，從而得到構(gòu)件表面的應(yīng)變。應(yīng)變電

2、測法的地接入測量電路，從而得到構(gòu)件表面的應(yīng)變。應(yīng)變電測法的基本測量電路是電橋。測量電橋是由應(yīng)變計作為橋臂而組成基本測量電路是電橋。測量電橋是由應(yīng)變計作為橋臂而組成的橋路，作用是將應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號。的橋路，作用是將應(yīng)變計的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號。 在測量時，將應(yīng)變計粘貼在各種彈性元件上，組在測量時，將應(yīng)變計粘貼在各種彈性元件上，組成電橋，并利用電橋的特性提高讀數(shù)應(yīng)變的數(shù)值，或成電橋，并利用電橋的特性提高讀數(shù)應(yīng)變的數(shù)值，或從復(fù)雜的受力構(gòu)件中測出某一內(nèi)力分量（如軸力、彎從復(fù)雜的受力構(gòu)件中測出某一內(nèi)力分量（如軸力、彎矩等）。矩等）。關(guān)于電橋的基本特性和測量原理，已在第關(guān)于電橋

3、的基本特性和測量原理，已在第3 3章中作過系章中作過系統(tǒng)論述，本章重點討論如何利用電橋的基本特性正確統(tǒng)論述，本章重點討論如何利用電橋的基本特性正確地組成測量電橋。地組成測量電橋。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償 設(shè)電橋的四個橋臂上接上應(yīng)變計，電阻分別為設(shè)電橋的四個橋臂上接上應(yīng)變計，電阻分別為R1=R2=R3=R4=R （見圖見圖41），如果橋臂電阻改變），如果橋臂電阻改變Rl、R2、R3、R4，則輸出電壓為：則輸出電壓為：（4-1）031241234()4uRRRRiRRRRu 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償圖圖4-1 電橋電橋式

4、中，式中，u。為電橋的橋壓；為電橋的橋壓；ui為電橋的輸出電壓。若四為電橋的輸出電壓。若四個橋臂上的應(yīng)變計的靈敏個橋臂上的應(yīng)變計的靈敏系數(shù)均為系數(shù)均為K，即：即：iiRKR則輸出電壓為：則輸出電壓為： 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償01234()4uiKu（4-2）式中，式中，1 1 、2 2 、3 3 、4 4分別為應(yīng)變計分別為應(yīng)變計R R1 1、R R2 2、R R3 3、R R4 4 、所感受的應(yīng)變值。所感受的應(yīng)變值。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償應(yīng)變儀的輸出應(yīng)變?yōu)椋簯?yīng)變儀的輸出應(yīng)變?yōu)椋?23404iduu K（4-3）由

5、式（由式（43）可見，電橋有下列特性：）可見，電橋有下列特性： 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償1 1）兩相鄰橋臂上應(yīng)變計的應(yīng)變相減。即應(yīng)變同號時，）兩相鄰橋臂上應(yīng)變計的應(yīng)變相減。即應(yīng)變同號時，輸出應(yīng)變?yōu)閮舌彉虮蹜?yīng)變之差；異號時為兩相鄰橋臂應(yīng)輸出應(yīng)變?yōu)閮舌彉虮蹜?yīng)變之差；異號時為兩相鄰橋臂應(yīng)變之和；變之和；2 2）兩相對）兩相對橋橋臂臂上應(yīng)變計的應(yīng)變相加。即應(yīng)變同號時，上應(yīng)變計的應(yīng)變相加。即應(yīng)變同號時，輸出應(yīng)變?yōu)閮上鄬蜉敵鰬?yīng)變?yōu)閮上鄬虮蹜?yīng)變之和，異號時為兩相對橋臂臂應(yīng)變之和，異號時為兩相對橋臂應(yīng)變之差；應(yīng)變之差； 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本

6、特性和溫度補償 應(yīng)變應(yīng)變儀的輸出應(yīng)變實際上就是讀數(shù)應(yīng)變，所以合儀的輸出應(yīng)變實際上就是讀數(shù)應(yīng)變，所以合理地、巧妙地利用電橋特性，可以增大讀數(shù)應(yīng)變，并理地、巧妙地利用電橋特性，可以增大讀數(shù)應(yīng)變，并且可測出復(fù)雜受力桿件中的內(nèi)力分量。且可測出復(fù)雜受力桿件中的內(nèi)力分量。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償 在測量時，被測構(gòu)件和所粘貼的應(yīng)變計的工作環(huán)在測量時，被測構(gòu)件和所粘貼的應(yīng)變計的工作環(huán)境是具有一定溫度的。當溫度發(fā)生變化時，應(yīng)變計將境是具有一定溫度的。當溫度發(fā)生變化時，應(yīng)變計將產(chǎn)生熱輸出產(chǎn)生熱輸出t t ，其大小由式（其大小由式（2-17）確定。顯然，熱）確定。顯然，熱輸出

7、輸出t t中是中是不包含結(jié)構(gòu)因受載而產(chǎn)生的應(yīng)變，即使結(jié)不包含結(jié)構(gòu)因受載而產(chǎn)生的應(yīng)變，即使結(jié)構(gòu)處在不承載且無約束狀態(tài)，構(gòu)處在不承載且無約束狀態(tài)， t t 仍然存在。仍然存在。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償因此，當結(jié)構(gòu)承受載荷時，這個應(yīng)變就會與由載因此，當結(jié)構(gòu)承受載荷時，這個應(yīng)變就會與由載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)變疊加在一起的輸出，使測量荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)變疊加在一起的輸出，使測量到的輸出應(yīng)變中包含了因環(huán)境溫度變化而引起的到的輸出應(yīng)變中包含了因環(huán)境溫度變化而引起的應(yīng)變應(yīng)變t t因而必然對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。因而必然對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電

8、橋的基本特性和溫度補償溫度引起的應(yīng)變溫度引起的應(yīng)變t t的大小可以與構(gòu)件的實際應(yīng)變相當，的大小可以與構(gòu)件的實際應(yīng)變相當，例如，當采用鎳鉻絲的電阻應(yīng)變計粘貼在鋼構(gòu)件上進行例如，當采用鎳鉻絲的電阻應(yīng)變計粘貼在鋼構(gòu)件上進行應(yīng)變測量時，如果溫度升高應(yīng)變測量時，如果溫度升高1，t t即可達即可達70微應(yīng)變。微應(yīng)變。因此，在應(yīng)變計電測中，必須消除應(yīng)變因此，在應(yīng)變計電測中，必須消除應(yīng)變t t ，以排除溫以排除溫度的影響，這度的影響，這是十分重要的問題。是十分重要的問題。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償測量應(yīng)變計既傳遞被測構(gòu)件的機械應(yīng)變，又傳遞環(huán)境溫測量應(yīng)變計既傳遞被測構(gòu)件的機

9、械應(yīng)變，又傳遞環(huán)境溫度變化引起的應(yīng)變。根據(jù)式（度變化引起的應(yīng)變。根據(jù)式（4-3），如果將兩個應(yīng)變計），如果將兩個應(yīng)變計接入電橋的相鄰橋臂，或?qū)⑺膫€應(yīng)變計分別接入電橋的接入電橋的相鄰橋臂，或?qū)⑺膫€應(yīng)變計分別接入電橋的四個橋臂，只要每一個應(yīng)變計的四個橋臂，只要每一個應(yīng)變計的t t相等，即要求應(yīng)變計相等，即要求應(yīng)變計相同，被測構(gòu)件材料相同，所處溫度場相同，則電橋輸相同，被測構(gòu)件材料相同，所處溫度場相同，則電橋輸出中就消除了出中就消除了t t的影響。這就是橋路的影響。這就是橋路補償法?；蚍Q為溫補償法?；蚍Q為溫度補償片法。橋路補償法可分為兩種，下面作簡單介紹。度補償片法。橋路補償法可分為兩種，下面作簡單

10、介紹。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償三. 溫度補償受力-變形(應(yīng)變) 測量溫度-變形(應(yīng)變)要設(shè)法消除溫度變化引起的應(yīng)變的原因:(1)溫度變, 電阻變.(2)電阻片絲柵材料的溫度系數(shù)與被測物不同.方法一: 橋路補償法由4321 r相鄰兩臂相同的電阻片貼法構(gòu)件上溫度下溫度產(chǎn)生的電阻變化(應(yīng)變變化)是同號的, 自動抵消, 達到了互補.1234r需要說明的是：需要說明的是：我們希望應(yīng)變片的指示應(yīng)變反映的是構(gòu)件因我們希望應(yīng)變片的指示應(yīng)變反映的是構(gòu)件因受力所產(chǎn)生的應(yīng)變，而不是環(huán)境溫度變化所引起的，否則受力所產(chǎn)生的應(yīng)變，而不是環(huán)境溫度變化所引起的，否則會帶來很大誤差。因此

11、在測量中必須設(shè)法消除溫度變化的影會帶來很大誤差。因此在測量中必須設(shè)法消除溫度變化的影響。響。t 2.4 2.4 電阻應(yīng)變計的工作特性電阻應(yīng)變計的工作特性方法二: 溫度補償法相鄰兩臂電阻片貼法材料溫度下受力件(工作片)不受力件(補償片)消除了工作片上由于溫度變化而引起的變, 達到了溫度補償.應(yīng)采用相同5 5、溫度誤差及其補償、溫度誤差及其補償 1 1、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當環(huán)境溫度變、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當環(huán)境溫度變化化t t 時，敏感柵材料電阻溫度系數(shù)為時，敏感柵材料電阻溫度系數(shù)為 ，則引起的，則引起的電阻相對變化為電阻相對變化為2 2、試件材料的線膨脹引起的誤差。

12、當溫度變化、試件材料的線膨脹引起的誤差。當溫度變化t t 時，時，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化 溫度溫度誤差誤差 tKRKRRsgtt)(0000tRRRRtt00s應(yīng)變絲的線膨脹系數(shù)；應(yīng)變絲的線膨脹系數(shù)；g試件的線膨脹系數(shù)試件的線膨脹系數(shù)相應(yīng)的虛假應(yīng)變輸出相應(yīng)的虛假應(yīng)變輸出tKtKRRsgtt)(/000由溫度變化引起的總電阻變化為由溫度變化引起的總電阻變化為tKRtRRRRsgttt)(000 單絲自補償法單絲自補償法 自補償法自補償法 組

13、合式自補償法組合式自補償法 線路補償法線路補償法電橋補償法、熱敏電阻電橋補償法、熱敏電阻溫度補償溫度補償 o 優(yōu)點：優(yōu)點： 簡單、方便，在常溫下補償效果較好簡單、方便，在常溫下補償效果較好o 缺點：缺點： 在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補償片在溫度變化梯度較大的條件下，很難做到工作片與補償片處于溫度完全一致的情況，因而影響補償效果。處于溫度完全一致的情況，因而影響補償效果。 2.4 2.4 電阻應(yīng)變計的工作特性電阻應(yīng)變計的工作特性優(yōu)點：容易加工，成本低，優(yōu)點：容易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄 即可達到溫度自

14、補償?shù)哪康摹＜纯蛇_到溫度自補償?shù)哪康摹?0tKtsgtsgK0實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為當被測試件的線膨脹系數(shù)當被測試件的線膨脹系數(shù)gg已知時，選擇敏感柵材料，使已知時，選擇敏感柵材料，使1.補償塊補償法補償塊補償法 此方法是準備一個其材料與被測構(gòu)件相同，但不受此方法是準備一個其材料與被測構(gòu)件相同，但不受外力的補償塊，并將它置于構(gòu)件被測點附近，使補償片外力的補償塊，并將它置于構(gòu)件被測點附近，使補償片與工作片處于同一溫度場中，如圖與工作片處于同一溫度場中，如圖4-2a所示。在構(gòu)件被所示。在構(gòu)件被測點處粘貼電阻應(yīng)變計測點處粘貼電阻應(yīng)變計Rl，稱工作應(yīng)變計（簡稱工作片），接入稱工作應(yīng)變

15、計（簡稱工作片），接入AB橋臂，橋臂， 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償另外在補償塊上粘貼一個與工作應(yīng)變計規(guī)格相同的另外在補償塊上粘貼一個與工作應(yīng)變計規(guī)格相同的電阻應(yīng)變計電阻應(yīng)變計R2稱溫度補償應(yīng)變計（簡稱補償片），稱溫度補償應(yīng)變計（簡稱補償片），接入電橋的接入電橋的BC橋臂，在電橋的橋臂，在電橋的AD和和CD橋臂上接入橋臂上接入固定電阻固定電阻R，組成等臂電橋，如圖組成等臂電橋，如圖4-2b所示。這樣，所示。這樣，根據(jù)電橋的基本特性式（根據(jù)電橋的基本特性式（4-3）在測量結(jié)果中便消）在測量結(jié)果中便消除了溫度的影響。除了溫度的影響。 4.1測量電橋的基本特性和溫度

16、補償測量電橋的基本特性和溫度補償 U U0 0R R1 1R R4 4R R3 3U UR Rb bF FF FR R1 1R Rb bR1 +R1 +R RRb -Rb -R RU U0 0R R1 1R RR R4 4R R3 3U UR Rb bR R常用的最好的補償方法。常用的最好的補償方法。 （圖4-2） 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償2. 工作片補償法工作片補償法在同一被測試件上粘貼幾個工作應(yīng)變計，將它們適當?shù)亟釉谕槐粶y試件上粘貼幾個工作應(yīng)變計，將它們適當?shù)亟尤腚姌蛑校ū热缦噜彉虮郏?。當試件受力且測點環(huán)境溫度入電橋中（比如相鄰橋臂）。當試件受力且測

17、點環(huán)境溫度變化時，每個應(yīng)變計的應(yīng)變中都包含外力和溫度變化引起變化時，每個應(yīng)變計的應(yīng)變中都包含外力和溫度變化引起的應(yīng)變，根據(jù)電橋基本特性式（的應(yīng)變，根據(jù)電橋基本特性式（4-3），在應(yīng)變儀的讀數(shù)），在應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變中能消除溫度變化所引起的應(yīng)變，從而得到所需測量應(yīng)變中能消除溫度變化所引起的應(yīng)變，從而得到所需測量的應(yīng)變這種方法叫工作片補償法。在該方法中，工作應(yīng)變的應(yīng)變這種方法叫工作片補償法。在該方法中，工作應(yīng)變計既參加工作，又起到了溫度補償?shù)淖饔谩Ｓ嫾葏⒓庸ぷ?，又起到了溫度補償?shù)淖饔?。RlR2 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償如果在同一試件上能找到溫度相同的幾個貼片位置

18、，如果在同一試件上能找到溫度相同的幾個貼片位置，而且它們的應(yīng)變關(guān)系又已知，就可采用工作片補償法而且它們的應(yīng)變關(guān)系又已知，就可采用工作片補償法進行溫度補償。具體應(yīng)用參見下一節(jié)。進行溫度補償。具體應(yīng)用參見下一節(jié)。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償 在高溫條件下，若用橋路補償法已無法消除溫度影響，在高溫條件下，若用橋路補償法已無法消除溫度影響，則一般采用溫度自補償電阻應(yīng)變計。這種應(yīng)變計是用電阻則一般采用溫度自補償電阻應(yīng)變計。這種應(yīng)變計是用電阻溫度系數(shù)為正值和負值的兩種電阻絲串聯(lián)或控制電阻溫度溫度系數(shù)為正值和負值的兩種電阻絲串聯(lián)或控制電阻溫度系數(shù)而制成的應(yīng)變計，當環(huán)境溫度

19、變化時，電阻增量相互系數(shù)而制成的應(yīng)變計，當環(huán)境溫度變化時，電阻增量相互抵消，使得減少以至不產(chǎn)生溫度應(yīng)變。抵消，使得減少以至不產(chǎn)生溫度應(yīng)變。 4.1測量電橋的基本特性和溫度補償測量電橋的基本特性和溫度補償 粘貼在被測部位上是一種特殊應(yīng)變片，當溫度變化時，產(chǎn)粘貼在被測部位上是一種特殊應(yīng)變片，當溫度變化時，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種應(yīng)變片稱為溫度自補償應(yīng)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒?，這種應(yīng)變片稱為溫度自補償應(yīng)變片。利用這種應(yīng)變片來實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補變片。利用這種應(yīng)變片來實現(xiàn)溫度補償?shù)姆椒ǚQ為應(yīng)變片自補償法。償法。 a. a. 選擇式自補償應(yīng)變片選擇式自補償應(yīng)變片 b. b. 雙金

20、屬敏感柵自補償應(yīng)變片雙金屬敏感柵自補償應(yīng)變片 2.4 2.4 電阻應(yīng)變計的工作特性電阻應(yīng)變計的工作特性優(yōu)點：容易加工，成本低，優(yōu)點：容易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄 即可達到溫度自補償?shù)哪康?。即可達到溫度自補償?shù)哪康摹?0tKtsgtsgK0實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為當被測試件的線膨脹系數(shù)當被測試件的線膨脹系數(shù)gg已知時，選擇敏感柵材料，使已知時，選擇敏感柵材料，使優(yōu)點：容易加工，成本低，優(yōu)點：容易加工，成本低，缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄缺點：只適用特定試件材料，溫度補償范圍也較窄 即可達

21、到溫度自補償?shù)哪康?。即可達到溫度自補償?shù)哪康摹?0tKtsgtsgK0實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為實現(xiàn)溫度補償?shù)臈l件為當被測試件的線膨脹系數(shù)當被測試件的線膨脹系數(shù)gg已知時，選擇敏感柵材料，使已知時，選擇敏感柵材料，使組合自補償法組合自補償法敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成 選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)調(diào)整調(diào)整R R1 1和和R R2 2的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電阻變化滿足阻變化滿足 t2t1)()(RR通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的溫

22、度自補償，可達溫度自補償，可達0.45/0.45/的高精度的高精度 )()(/111222112221ggttKKRRRRRRR1R1R2R2組合自補償法組合自補償法敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成 選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)選用兩者具有不同符號的電阻溫度系數(shù)調(diào)整調(diào)整R R1 1和和R R2 2的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電的比例，使溫度變化時產(chǎn)生的電阻變化滿足阻變化滿足 t2t1)()(RR通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的溫度自補償，可達溫度自補償，可達0.45/0.45/的高精度的高精度

23、)()(/111222112221ggttKKRRRRRRR1R1R2R2（1 1）由于溫度變化，敏感柵材料的電阻率發(fā)生變化（溫）由于溫度變化，敏感柵材料的電阻率發(fā)生變化（溫度效應(yīng)）；度效應(yīng)）；（2 2）敏感柵材料與被測構(gòu)件材料之間的線膨脹系數(shù)不同。）敏感柵材料與被測構(gòu)件材料之間的線膨脹系數(shù)不同。 2.4 2.4 電阻應(yīng)變計的工作特性電阻應(yīng)變計的工作特性 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 應(yīng)變計在測量電橋中有各種接法。實際測量時，根據(jù)電橋應(yīng)變計在測量電橋中有各種接法。實際測量時，根據(jù)電橋基本特性和不同的使用情況，采用不同的接線方法，以達基本特性和不同的使用情況，采

24、用不同的接線方法，以達到以下目的：到以下目的：實現(xiàn)溫度補償；實現(xiàn)溫度補償；從復(fù)雜的變形中測出所需要的某一應(yīng)變分量；從復(fù)雜的變形中測出所需要的某一應(yīng)變分量； 擴大應(yīng)變儀的讀數(shù)，減少讀數(shù)誤差，提高測量精度。擴大應(yīng)變儀的讀數(shù)，減少讀數(shù)誤差，提高測量精度。為了達到上述目的，需要充分利用電橋的基本特性，精心為了達到上述目的，需要充分利用電橋的基本特性，精心設(shè)計應(yīng)變計在電橋中的接法。設(shè)計應(yīng)變計在電橋中的接法。 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 在測量電橋中，根據(jù)不同的使用情況，各橋臂的電在測量電橋中，根據(jù)不同的使用情況，各橋臂的電阻可以部分或全部是應(yīng)變計。測量時，應(yīng)變計在電阻

25、可以部分或全部是應(yīng)變計。測量時，應(yīng)變計在電橋中，常采用以下幾種接線方法：橋中，常采用以下幾種接線方法： 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 若在測量電橋的橋臂若在測量電橋的橋臂AB和和BC上接電阻應(yīng)變計，而另上接電阻應(yīng)變計，而另外兩臂外兩臂AD和和CD接電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定電阻接電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定電阻R，則稱則稱為半橋接線法（或半橋線路）。為半橋接線法（或半橋線路）。對于等臂電橋?qū)τ诘缺垭姌騌 Rl l=R=R2 2R R3 3R R4 4，實際測量時，有以下兩種實際測量時，有以下兩種情況：情況： 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 1

26、.1.半橋測量半橋測量 半橋測量接法如圖半橋測量接法如圖4-3所示，電橋的兩個橋臂所示，電橋的兩個橋臂AB和和BC上均接工作應(yīng)變計上均接工作應(yīng)變計R1和和R2。另外兩臂另外兩臂AD和和CD接固定電接固定電阻阻R，由于固定電阻因溫度和工作環(huán)境的變化，而產(chǎn)生由于固定電阻因溫度和工作環(huán)境的變化，而產(chǎn)生的電阻變化很小，且相等，即的電阻變化很小，且相等，即R3R4 0，因而，因而，3=4=0 。根據(jù)式（根據(jù)式（4-3），應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋海?，?yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋篸=1-2（4-4）圖圖4-3 半橋測量半橋測量 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 半橋接法的輸出電壓變半橋接法

27、的輸出電壓變化量與兩臂感受的應(yīng)變化量與兩臂感受的應(yīng)變的代數(shù)差成正比。通常的代數(shù)差成正比。通常有兩種情況：有兩種情況：兩臂所感受的應(yīng)變大小兩臂所感受的應(yīng)變大小相等，符號相反；測出相等，符號相反；測出應(yīng)變的絕對值是單臂應(yīng)應(yīng)變的絕對值是單臂應(yīng)變的兩倍。變的兩倍。 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 2.單臂測量單臂測量單臂測量接法如圖單臂測量接法如圖4-4所示，所示，R1為工作應(yīng)變計，為工作應(yīng)變計， R2 為為溫度補償應(yīng)變計，溫度補償應(yīng)變計， R3 和和R4 為電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定為電阻應(yīng)變儀的內(nèi)部固定電阻電阻R。工作應(yīng)變計感受構(gòu)件變形引起的應(yīng)變?yōu)楣ぷ鲬?yīng)變計感受構(gòu)件變形引

28、起的應(yīng)變?yōu)?，感受溫度引起的應(yīng)變?yōu)楦惺軠囟纫鸬膽?yīng)變?yōu)閠 ，溫度補償應(yīng)變計感受溫溫度補償應(yīng)變計感受溫度引起的應(yīng)變也為度引起的應(yīng)變也為t 。根據(jù)式（根據(jù)式（4-4）可得應(yīng)變儀的）可得應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)樽x數(shù)應(yīng)變?yōu)椋?d= （4-5） 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 圖圖4-4 單臂測量單臂測量3.相對兩臂測量相對兩臂測量相對兩臂的測量的輸出電壓變化量與兩臂電阻變化率相對兩臂的測量的輸出電壓變化量與兩臂電阻變化率（感受的應(yīng)變（感受的應(yīng)變)的代數(shù)和成正比。通常有兩種情況：的代數(shù)和成正比。通常有兩種情況：1.兩臂所感受的應(yīng)變大小相等，符號相同時；測出應(yīng)兩臂所感受的應(yīng)變大小

29、相等，符號相同時；測出應(yīng)變的絕對值是單臂應(yīng)變的兩倍。變的絕對值是單臂應(yīng)變的兩倍。2.當相對兩臂感受相同的應(yīng)變的絕對值相等，但符號當相對兩臂感受相同的應(yīng)變的絕對值相等，但符號相反時，電橋輸出的電壓等于零；相反時，電橋輸出的電壓等于零； 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 在測量電橋的四個橋臂上全部接電阻應(yīng)變計，稱為全橋在測量電橋的四個橋臂上全部接電阻應(yīng)變計，稱為全橋接線法（或全橋線接線法（或全橋線 路）對于等臂電橋，實際測量時，路）對于等臂電橋，實際測量時，有以下兩種情況：有以下兩種情況：1.全橋測量全橋測量測量電橋的四個橋臂上都接工作應(yīng)變計，如圖測量電橋的四個橋臂上

30、都接工作應(yīng)變計，如圖4-5所所示。工作應(yīng)變計感受應(yīng)變分別為示。工作應(yīng)變計感受應(yīng)變分別為1、2 、3 、4。根根據(jù)式據(jù)式（4-34-3），應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋海瑧?yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋?d=1-2- 3+4（4-6）結(jié)論：結(jié)論：電橋相鄰兩臂的電阻變化率對于輸出電壓的影電橋相鄰兩臂的電阻變化率對于輸出電壓的影響是：同號相減，異號相加；響是：同號相減，異號相加；電橋相對兩臂的電阻變化率對于輸出電壓的影響是：電橋相對兩臂的電阻變化率對于輸出電壓的影響是：同號相加，異號相減；同號相加，異號相減； 我們可以利用這一特性，根據(jù)待測對象選擇適當?shù)奈覀兛梢岳眠@一特性，根據(jù)待測對象選擇適當?shù)倪B接方法，使電橋輸出電

31、壓只與需要測量的應(yīng)變有關(guān)。連接方法，使電橋輸出電壓只與需要測量的應(yīng)變有關(guān)。而不需要測量的應(yīng)變量則相互抵消，不致在輸出電壓而不需要測量的應(yīng)變量則相互抵消，不致在輸出電壓中反映出來。中反映出來。 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 2.對臂測量對臂測量電橋相對兩臂接工作應(yīng)變計，另相對兩臂接溫電橋相對兩臂接工作應(yīng)變計，另相對兩臂接溫變計。設(shè)工作應(yīng)變計感受構(gòu)件變形引起的應(yīng)變分別為變計。設(shè)工作應(yīng)變計感受構(gòu)件變形引起的應(yīng)變分別為和和（4）， 感受溫度引起的應(yīng)變?yōu)楦惺軠囟纫鸬膽?yīng)變?yōu)閠，即：即：1 1=+t ，2 2

32、=-=-t ，3 3=-=-t ，4 4=（4）+t ，根據(jù)式（根據(jù)式（4-6）應(yīng)）應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋鹤儍x的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋?d=+（4） （4-7 ） 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 串聯(lián)和并聯(lián)式接線法串聯(lián)和并聯(lián)式接線法 在應(yīng)變測量過程中，可將應(yīng)變計串聯(lián)或并聯(lián)起來接在應(yīng)變測量過程中，可將應(yīng)變計串聯(lián)或并聯(lián)起來接人測量橋臂，圖人測量橋臂，圖4-64-6a a為串聯(lián)半橋線路，圖為串聯(lián)半橋線路，圖4-64-6b b則為并聯(lián)則為并聯(lián)半橋線路，也可以接成串、并聯(lián)全橋線路。半橋線路，也可以接成串、并聯(lián)全橋線路。 圖圖4-6 4-6 串聯(lián)和并聯(lián)式接線法串聯(lián)和并聯(lián)式接線法 4.2

33、電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 1.1.串聯(lián)接線法串聯(lián)接線法 設(shè)在橋臂中設(shè)在橋臂中串聯(lián)串聯(lián)了了n n個阻值為個阻值為R R的應(yīng)變計（見圖的應(yīng)變計（見圖4-4-6 6a a），），則總阻值為則總阻值為nRnR，當每個應(yīng)變計的電阻改變分別為當每個應(yīng)變計的電阻改變分別為RR1 1、RR2 2、RRn n 時，則：時，則： 1211121.111. nnRRRRKRKnRn(4-8) 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 由上式可知：由上式可知：1）串聯(lián)接線后橋臂的應(yīng)變?yōu)楦鱾€應(yīng)變計應(yīng)變值

34、的算術(shù)）串聯(lián)接線后橋臂的應(yīng)變?yōu)楦鱾€應(yīng)變計應(yīng)變值的算術(shù)平均值。這一特點實際測量中具有實用價值；平均值。這一特點實際測量中具有實用價值；2）當每一橋臂中串聯(lián)的各個應(yīng)變計的應(yīng)變相同時，即）當每一橋臂中串聯(lián)的各個應(yīng)變計的應(yīng)變相同時，即1= 2 n= 時，則：時，則：1= （4-9）它表明當橋臂中它表明當橋臂中串聯(lián)串聯(lián)的各個應(yīng)變計的應(yīng)變相同時，橋臂的的各個應(yīng)變計的應(yīng)變相同時，橋臂的應(yīng)變就等于串聯(lián)的個應(yīng)變計的應(yīng)變值。應(yīng)變就等于串聯(lián)的個應(yīng)變計的應(yīng)變值。3）串聯(lián)串聯(lián)后的橋臂后的橋臂電阻增大電阻增大，在，在限定電流限定電流下，可以下，可以提高供提高供橋電壓橋電壓，相應(yīng)地讀數(shù)，相應(yīng)地讀數(shù)應(yīng)變增大應(yīng)變增大； 4.2電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法電阻應(yīng)變計在電橋中的接線方法 4）電阻串聯(lián)后并不能提高電橋的輸出電壓，其輸出電）電阻串聯(lián)后并不能提高電橋的輸出電壓，其輸出電壓仍和單獨一片時相同；壓仍和單獨一片時相同；5）如果串聯(lián)的電