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文檔簡(jiǎn)介
§3-2測(cè)量電路第一次轉(zhuǎn)換:應(yīng)變片將應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成電阻相對(duì)變化量。第二次轉(zhuǎn)換:應(yīng)變基本測(cè)量電路則是將電阻相對(duì)變化量再轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào),以便顯示、記錄和處理。電阻應(yīng)變儀-應(yīng)變測(cè)量電路:通常轉(zhuǎn)換后的信號(hào)很微弱,必須經(jīng)調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波等變換環(huán)節(jié)才能獲得所需的信號(hào)。惠斯登電橋電路:按電源供電方式分,直流電橋和交流電橋。電橋電路可有效地測(cè)量10-3~10-6數(shù)量級(jí)的微小電阻變化率,且精度很高,穩(wěn)定性好,易于進(jìn)行溫度補(bǔ)償,所以,在電阻應(yīng)變儀和應(yīng)變測(cè)量中應(yīng)用極廣。§3-2測(cè)量電路定義實(shí)現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換;并構(gòu)成電阻應(yīng)變儀。惠斯登電橋:以直流惠斯登電橋?yàn)槔S媒涣鳌k姌蚱胶鈼l件:?jiǎn)螛虬霕蛉珮颉?-2測(cè)量電路應(yīng)變片的接入方式:§3-2測(cè)量電路
一、直流電橋由四個(gè)電阻Rl,R2,R3,R4,組成四個(gè)橋臂;A,C為供橋端,接電壓為E的直流電源,B,D為輸出端,電橋的輸出電壓為當(dāng)UBD=0時(shí),電橋處于平衡狀態(tài),故電橋的平衡條件為
R1R3-R2R4=0或
§3-2測(cè)量電路橋臂四個(gè)電阻Rl=R2=R3=R4=R,此稱(chēng)等臂電橋。等臂電橋單臂工作時(shí)的情況:
設(shè)Rl為工作應(yīng)變片,當(dāng)試件受力作用產(chǎn)生應(yīng)變時(shí),其阻值有一增量△R,此時(shí),橋路就不平衡,產(chǎn)生輸出電壓,由于△R<<R,輸出電壓為:基本關(guān)系式表明:等臂電橋的輸出電壓與應(yīng)變?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)成線性關(guān)系。§3-2測(cè)量電路
非等臂電橋四臂工作時(shí):
設(shè)電橋四臂均為工作應(yīng)變片,其電阻為Rl,R2,R3,R4,當(dāng)應(yīng)變片未受力時(shí),電橋處于平衡狀態(tài),電橋輸出電壓為零。當(dāng)受力后,電橋四臂都產(chǎn)生電阻變化分別為△R1,△R2,△R3及△R4,電橋電壓輸出為忽略二階微量,△R·△R=0§3-2測(cè)量電路
根據(jù)三種橋臂配置情況進(jìn)行分析:
①
全等臂電橋,即,Rl=R2=R3=R4=R,其電壓輸出為②輸出對(duì)稱(chēng)電橋:
Rl=R2,R3=R4
,其電壓輸出與全等臂電橋相同。
③電源對(duì)稱(chēng)電橋:
Rl=R4,R2=R3
,并令
則其電壓輸出為
§3-2測(cè)量電路電橋的加減特性(或和差特性)
相鄰橋臂的應(yīng)變極性一致(即同為拉應(yīng)變或同為壓應(yīng)變)時(shí),輸出電壓為兩者之差;極性不一致(即一為拉應(yīng)變,另一為壓應(yīng)變)時(shí),輸出電壓為兩者之和。而相對(duì)橋臂則與上述規(guī)律相反。該特性對(duì)于交流電橋也完全適用。利用該特性,可提高電橋的靈敏度,對(duì)穩(wěn)定影響予以補(bǔ)償,從復(fù)雜受力的試件上測(cè)取某外力因素引起的應(yīng)變等,所以,它是在構(gòu)件上布片和接橋時(shí)遵循的基本準(zhǔn)則之一。
相鄰橋臂:應(yīng)變極性相同,輸出電壓相減,應(yīng)變極性相反,輸出電壓相加;相對(duì)橋臂:與以上規(guī)律相反。電橋加減特性非常有用:1)提高電橋靈敏度;2)溫度補(bǔ)償;3)復(fù)雜受力試件上測(cè)試某外力因素引起的應(yīng)變等。§3-2測(cè)量電路重要結(jié)論:電橋的加減特性(對(duì)臂相加,臨臂相減)§3-2測(cè)量電路用電橋測(cè)量電阻變化的測(cè)量方法偏位法:是在表的刻度盤(pán)上刻出△R,或直接刻出應(yīng)變值(根據(jù)△R/R=kε),由指針偏轉(zhuǎn)直接指示應(yīng)變值,或者送到記錄器直接記錄。零位測(cè)量法:
電橋原始平衡后,如R1變成R1+△R,則電橋失去平衡,電表指針偏轉(zhuǎn),此時(shí),人為調(diào)節(jié)可變電阻r,改變D點(diǎn)電位,使之與B點(diǎn)電位相同,電橋重新平衡,電表又重新指零,這時(shí),可在可變電阻器刻度盤(pán)上直接讀出△r值,便可測(cè)出R1變化△R時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值
零位測(cè)量法與電源電壓無(wú)關(guān),電源電壓變化不影響測(cè)量結(jié)果,故測(cè)量精度較高,但測(cè)量時(shí)電橋需要重新平衡,較麻煩,只用于靜態(tài)測(cè)試。導(dǎo)線溫度變化的影響?15m長(zhǎng),截面為0.5mm2的銅導(dǎo)線,單根的電阻r=0.6歐姆,銅線的電阻溫度系數(shù)α=4×10-3/℃,應(yīng)變片電阻R=120Ω,靈敏系數(shù)K=2。當(dāng)導(dǎo)線溫度變化△t=10℃,所造成的虛假應(yīng)變?yōu)槎嗌伲炕菟诡D電橋
EAR1R2BCDR4R3rr§3-2測(cè)量電路二、交流電橋
應(yīng)變儀多用正弦交流電壓作供橋電源。
半橋工作:AB、BC臂接應(yīng)變片R1、R2。
忽略電容C1、C2,供橋端電壓Uac=VmSinωt當(dāng)?shù)缺垭姌騿伪酃ぷ鲿r(shí)
交流電橋的輸出電壓信號(hào)是對(duì)橋壓的調(diào)幅信號(hào),稱(chēng)為調(diào)幅波。ABCD§3-2測(cè)量電路當(dāng)試件受靜態(tài)拉伸應(yīng)變?chǔ)?時(shí),將使Rl變?yōu)镽o十△Rt,對(duì)應(yīng)的電橋輸出電壓為
電橋電壓輸出的幅度與k、ε+及Vm成正比,其頻率和相位都和載波電壓一樣。
當(dāng)試件受靜態(tài)壓縮應(yīng)變?chǔ)?時(shí),將使Rl變?yōu)镽o-△Rt,對(duì)應(yīng)的電橋輸出電壓為相位與載波電壓相差π,其余與拉應(yīng)變的情況相仿。§3-2測(cè)量電路當(dāng)試件受如下簡(jiǎn)諧變化的應(yīng)變時(shí):
輸出電壓
它可視為由振幅相同、頻率分別為(ω-Ω)、(ω+Ω)兩個(gè)諧波疊加而成。但實(shí)際應(yīng)變的變化頻率多為非正弦的,其中有不可忽略的高次諧波頻率nΩ,則此時(shí)電橋的輸出頻率寬度為(ω±nΩ)。為使電橋調(diào)制后不失真,載波頻率ω應(yīng)比應(yīng)變信號(hào)頻率nΩ大十倍。當(dāng)動(dòng)、靜應(yīng)變同時(shí)存在時(shí),則電橋的輸出相當(dāng)于靜態(tài)應(yīng)變和動(dòng)態(tài)應(yīng)變兩種情況的疊加。交流電橋起到了調(diào)幅作用。εn=εmsinΩt§3-2測(cè)量電路三、電橋的平衡
任意兩個(gè)應(yīng)變片的電阻值不等,接觸電阻和導(dǎo)線電阻也有差異,交流電橋中,應(yīng)變片引出導(dǎo)線間和應(yīng)變片與構(gòu)件間都存在著分布電容,造成電橋初始不平衡。
電阻預(yù)調(diào)平衡方法:
(1)電阻串聯(lián)平衡法(圖3—6(a))(2)電阻并聯(lián)平衡法(圖3—6(b))(3)無(wú)觸點(diǎn)平衡法(圖3—6(c))電容預(yù)調(diào)平衡方法:
(1)阻容平衡法(圖3—6(d)),(圖3—6(e))(2)差動(dòng)電容平衡法(圖3—6(f))數(shù)字式應(yīng)變儀不需電橋平衡電路。§3-2測(cè)量電路三、電橋的平衡電阻預(yù)調(diào)平衡方法:
(1)電阻串聯(lián)平衡法(圖3—6(a)):在橋臂中串聯(lián)一個(gè)小阻值的電阻r,調(diào)節(jié)此小電阻,改變相鄰兩臂的電阻值,消除電阻初始的不平衡。
(2)電阻并聯(lián)平衡法(圖3—6(b)):在橋臂中并聯(lián)一個(gè)大的電阻的電阻器W,調(diào)節(jié)該電位器,改變相鄰兩臂的電阻值,達(dá)到電橋平衡。(3)無(wú)觸點(diǎn)平衡法(圖3—6(c)):電橋的R3、R4兩臂由貼在內(nèi)部小懸臂梁上的兩片應(yīng)變片構(gòu)成,調(diào)節(jié)螺釘使梁變形,改變兩應(yīng)變片的阻值,以消除電阻的初始不平衡。§3-2測(cè)量電路三、電橋的平衡電容預(yù)調(diào)平衡方法:
(1)阻容平衡法(圖3—6(d))、(圖3—6(e)):并聯(lián)大電阻器W調(diào)節(jié)電阻平衡;調(diào)節(jié)與一固定電容C相連的電位器W2改變橋臂阻抗相角,達(dá)到電容平衡。該預(yù)調(diào)平衡法,需交替調(diào)節(jié)電阻和電容平衡,才能消除電阻和電容初始的不平衡。圖e是并聯(lián)大阻值電容器W調(diào)節(jié)阻值平衡,橋臂上并聯(lián)可變電容C調(diào)節(jié)電容平衡。可變電容C也可并聯(lián)到與之相鄰的另一個(gè)橋臂上。(2)差動(dòng)電容平衡法(圖3—6(f)):并聯(lián)大阻值電阻器
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