《应变片测量电路》PPT课件.ppt

应变片测量电路 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 一般 若取 则 显然太小了 为了便于测量 需将应变片的电阻变化转换成电压 电流 信号 再将信号放大 然后由指示仪 记录仪 指示出应变值 这一任务是由电阻应变仪来完成的 电阻应变仪中电桥通常采用直流电桥和交流电桥 本课仅讨论前者 一 直流电桥 一 电桥的输出电压 设电桥中四个桥臂电阻为 其中任一个电阻可以是应变片 AC两端为输入 接直流电源 用表示 从ABC半个桥看 流经的电流 两端压降 两端压降 电桥输出电压 电桥输出电压 由上式知 当时 则电桥输出电压则称电桥处于平衡状态 设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为则电桥的输出电压为 精确公式 若将平衡条件代入上式 并考虑略去高阶微量 则电桥的输出电压为 设处于平衡状态的电桥各桥臂由电阻增量为则电桥的输出电压为 1 等臂电桥 四个桥臂电阻值相等 即由 2 式输出电压为 3 若四个桥臂为应变片 其灵敏度K均相同 代入则电桥输出电压为 4 说明 当满足时 电桥的输出电压与各桥臂应变片代数和成线形关系 上式由假定 忽略高阶微量推导而来 为近似公式 如果只考虑AB桥臂接应变片 即仅有一增量 感受应变 则由 3 和 4 式 得输出电压为 5 5 上式表明 输出电压与应变成线形关系 这是个近似公式 同样只在桥臂AB上接应变片 即 则由 1 式 精确公式 得电桥的输出电压为 6 将 5 6 两式相比 6 式中增加了一个系数 即圆括号部分 称为非线性系数 它愈接近1 说明电桥的非线性就愈小 也就是说按近似公式及精确公式计算得到的输出电压值愈接近 通常取应变片的灵敏系数K 2 若应变 则由 可得到 式中的非线性系数等于0 999 非常接近于1 因此在一般应变范围内按接近公式计算输出电压 所产生地方误差非常小 可以忽略不计 卧式桥 同样只在AB桥臂上接应变片 此时 由近似公式 2 及精确公式 1 得到的输出电压表达式与等臂电桥的 5 及 6 式完全相同 它的非线性系数也相等 立式桥 若AB桥臂接应变片 即有一增量 由近似公式 2 得到输出电压为 式中 按精确公式 1 得到输出电压为 8 将 7 8 两式相比 8 式中的括号为非线性系数 讨论等臂电桥与立式电桥非线性系数 立式桥非线性系数比等臂桥大 误差比等臂桥小 二 电桥的平衡 测量前 必须先使电桥处于平衡状态 即电桥无输出 但由于应变片电阻值总有偏差 接触电阻 导线电阻等存在 往往电桥不能平衡 因此需设置预调平衡电路 在电桥中增加电阻和电位器 可分为两部分 见 b 将星形连接变为三角形连接 则 与是分别并联在和上的 只要调节和就可使电桥平衡 一般 为以上 调节范围不大 要求四个桥臂电阻相差 二 测量电桥的组成及温度影响的补偿 在等臂电桥中 四个桥臂都接应变片 则电桥的输出电压为 应变仪的读数应变为 9 式中相应为电桥上四个桥臂电阻所感受的应变值 应变仪的读数应变为 9 式中相应为电桥上四个桥臂电阻所感受的应变值 上式反映了桥路特性 两相邻桥臂电阻所感受的应变代数值相减 两相对桥臂电阻所感受的应变代数值相加 合理地利用上述特性可测单一内力分量 并可消除的影响 一 温度补偿 1 补偿块补偿 在构件上粘贴应变片 工作应变片 接AB桥臂上 补偿块上粘贴应变片 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 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响 2 工作片补偿法 在同一被测试件上粘贴n个工作应变片 将它们接入桥中 当试件受力变形时 每个应变片的应变中都有外力和温度变化引起的应变 根据桥路基本特性 可消除 而得到所需要的应变 二 测量电桥的几种组成方法 合理利用桥路特性可达到以下目的 1 实现温度补偿 2 从复杂的变形中测出所需要的应变分量 3 扩大应变仪读数 以减小读数误差 提高测量灵敏度 1 半桥接线法 在测量电桥的桥臂AB BC上接应变片 另外两桥臂AD CD上接应变仪内部固定电阻R 则称半桥接线法 由于下半个桥接的固定电阻不感受应变 由公式 9 可得应变仪的读数应变为 实际测量时 可分为两种情况 1 半桥测量 电桥的两个桥臂AB BC接应变片 2 半臂测量 电桥的两个桥臂AB BC上 任一桥臂上接工作应变片 而另一桥臂接温度补偿片 2 全桥接线法 在测量电桥的四个桥臂上都接上应变片 对于等臂电桥 此时应变仪的读数应变由公式 9 可得出 实际测量时 可分两种情况 1 全桥测量 四个桥臂上都接工作应变片 2 相对两臂测量 电桥相对两臂接工作应变片 另相对两臂接温度补偿片 3 串联和并联接线