电桥电路详解(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,1,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。,2,一、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,3,两端压降：,两端压降：,电桥输出电压：,4,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）,5,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：,（精确公式）,（,1,）,（近似公式）,（,2,）,6,1,、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,）,7,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,）,8,（,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。,9,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。,10,、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：,11,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：,当时，,立式桥非线性系数比等臂桥小，误差比等臂桥大。,立式桥非线性系数比等臂桥大，误差比等臂桥小。,12,（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,13,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。,14,二、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。,15,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。,16,（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。,17,2,、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。,18,1,、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。,19,2,、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。,20,3,、串联和并联接线法,测量中若采用多个应变片时，也可以将应变片串联或并联起来。,应变电阻阻值,R,，其增量是 ，在,AB,桥臂 ，,，电阻相对变化 ，这与桥臂,AB,上只接单个应变片时电阻相对变化是完全相同，因此串联、并联接线都不会增加读数应变。,21,