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电阻应变片因随构件变形而发生的电阻变化A
R,通常用四臂电桥(惠斯顿电桥)来测量,现以
(图3-2)中的直流电桥来说明,图中四个桥臂AB、
BC、CD和DA的电阻分别为R「R2、R3和R4。若它们均为电阻应变片,则称为全桥接法;若R]、r2为电阻应变片,而r3、r4为两个相同的精密无感电阻,则为半桥接法。下面分析一下电桥为全桥接法时的一般情况。根据电工学原理电桥输出的电
压为:
图3-2
RR-RR
U=E
BD(R+R)(R+R)
1234
如果r1r3=r2r4,则U=0,电桥处于平衡状态。在应变测量前,应先将电桥预调平衡,使电桥没有输出。因此,当试件受力变形时,贴在其上的应变片R]、R2、R3、R4感受到的应变是&、&、£、£,各片的电阻值相应发生变化,其变化量分别为AR「AR2、A
123412
R3、AR4,由式()可求得此时电桥的输出电压为:
E
_AR
ARAR
AR一
U=-
BD4
1
R
—2+3一
RR
4
R
()
1
23
4
对于电阻应变片Ri(i=
1、2、
3、4)有:
AR
—L=K8
Rii
i
()
其中,,&
ii
为应变片纵向、
轴向
(即敏感栅栅长方向)的应变
值。若组成统一电桥的应变片的灵敏系数均为K,则可将式()改写成:
E
U二—K(S-£+£-£)
BD41234
由上式表明,由应变片感受到的(ei-e2+e3-e4),通过电桥可以线性地转变为电压的变化UBD,只要对这个电压的变化量进行标定,就可用仪表指示出所测量的(S—&2+£3—£4),公式()还表明,相邻桥臂的应变相减,相对桥臂的应变相加,这一特性称为电桥的加减特性,今后将多次用到这一特性
下面给出几种常见的组桥方式。
组桥方式
单臂测量:桥路中只有一个桥臂接工作片参与机构的机械变形,其余三个桥臂都不参加机械变形。输出桥压是:
…EAREK
AU—1—£()
DB4R41
1
半桥测量:桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变形,如AB和BC分别接工作片Rl、R2,其余两个桥臂接仪器内部电阻。输出桥压为:
AU
DB
EAR
(1
4R
l
AREK
2)=
R4
2
()
对臂测量:桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形,其余桥臂不参加机械变形。输出
的桥压为:
AU
DB
EARAREK
(1+=(£+£)
4RR4l3
l3
)
4)全桥测量:桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。
输出桥压为:
EARARARAREK
AU=—(1—2+3—4)=(£—£+£—£)()
DB4RRRR41234
1234
温度补偿片
电阻片的电阻随温度的变化而变化,利用电桥的加加减特性,通过温度补偿片来消除这一影响。所谓温度补偿片,是将电阻片贴在与构件材质相同但不参与变形的一块材料上,并于构件处于相同的温度条件下。将补偿片正确连接在桥路中即可消除温度变化产生的影响下面分别讨论各种组桥方式解决温度补偿的方法。
.单臂测量:AB臂接工作片,BC臂接温度补偿片,其余两臂接仪器的内部标准电阻。
若温度引起的应变用£表示,则工作片产生的应变包括构件变形的应变和温度产生的应变,
即B严T,而温度补偿片仅有温度产生的应变£T。输出电压为:
AU
DB
EK(£+£_£)=竺£
41TT41
)
即电桥的输出电压只与工作片感受的构件变形有关,而与温度的变化无关。
图3-3单臂测量
半桥测量:AB、BC臂接工作片,CD、DA臂接仪器内部电阻。两枚工作片处在相同的
温度条件下。电桥的输出电压为:
EKEK
AU=[£+£-(£+£)]=(£—£)()
DB41T2T412
图3-4半桥测量
对臂测量:一般AB、CD接工作片,另两个对臂温度补偿片,这时四个桥臂的电阻都处
于相同的温度下,相互抵消了温度的影响。
图3-5对臂测量
全桥测量:四个桥臂都接工作片,由于它们处于相同的温度条件下,相互抵消了温度的
影响。
图3-6全桥测量