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应变计电桥(应变仪电桥)

来源:www.xrdq.net   时间:2023-01-24 09:20   点击:264  编辑:admin   手机版

1. 应变仪电桥

1、应变效应:金属导体的电阻值,随着它受力所产生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生变化的现象,称之为金属的电阻应变效应。

2、应变效应应用范围十分广泛,可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。

3、电阻式应变片应用模式有两种,一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥,然后接到转换电路,构成专用应变传感器;

二是将应变片粘贴于被测物体上,然后接到专用应变仪直接读取应变量。

2. 应变仪电桥加减特性

应变片工作时.由于电阻值变化很小,电桥相应输出电压也很小,一般需要加 人放大器进行放大.由于放大器的输人阻抗比桥路输出阻抗高很多,所以此时仍视 电桥为开路.

当受应变时,若应变片电阻变化为△尺,其他桥臂固定不变,电桥输出电压 Uo举O,则电桥不平衡,设桥臂比n=RZ/R:,平衡条件尺2/R,二R‘/R:,则 通过分析可以得出:电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压,但供电电压的提高 受到应变片允许功耗的限制;电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值,:的函数,选择合适 的桥臂比n的值,使电桥具有较高的电压灵敏度.

3. 应变仪电桥平衡的原理

检流计的作用:用以检查它所在的支路有无电流。惠斯通电桥(又称单臂电桥)是一种可以精确测量电阻的仪器。通用的惠斯通电桥电阻R1,R2,R3,R4叫做电桥的四个臂,G为检流计,用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时,称电桥达到平衡。平衡时,四个臂的阻值满足一个简单的关系,利用这一关系就可测量电阻。惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路,这四个电阻分别叫做电桥的桥臂,惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化,单片机采集可变电阻两端的电压然后处理,就可以计算出相应的物理量的变化,是一种精度很高的测量方式。

非平衡电桥一般用于测量电阻值的微小变化,例如将电阻应变片(将电阻丝做成栅状粘贴在两层薄纸或塑料薄膜之间构成)粘固在物件上,当物件发生形变时,应变片也随之发生形变,应变片的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R,这时检流计通过的电流Ig也将变化,再根据Ig与△R的关系就可测出△R,然后由△R与固体形变之间的关系计算出物体的形变量。

4. 应变仪电桥平衡

电桥的原理:当一电流表连接两个相对的接头,一电流表连接其余两个相对的接头。当电流表显示无电流通过,则此电桥处于平衡状态。

电桥是一种可以精确测量电阻的仪器。通用的惠斯通电桥电阻R1,R2,R3,R4叫做电桥的四个臂,G为检流计,用以检查它所在的支路有无电流。

非平衡电桥一般用于测量电阻值的微小变化,例如将电阻应变片(将电阻丝做成栅状粘贴在两层薄纸或塑料薄膜之间构成)粘固在物件上,当物件发生形变时,应变片也随之发生形变,应变片的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R,这时检流计通过的电流Ig也将变化,再根据Ig与△R的关系就可测出△R,然后由△R与固体形变之间的关系计算出物体的形变量。用这种方法可测量应变、拉力、扭矩、振动频率等。

推论是:电桥平衡时,检流计所在支路电流为零,则有:

1)流过R1和R4的电流相同(记作I1),流过R2和R3的电流相同(记作I2)。

2)B,D两点电势相等,即

。因而有 I1R1=I2R3。

由于三个阻值已知,便可求得第四个电阻。测量时,选择适当的电阻作为R1和R2,用一个可变电阻作为R3,令被测电阻充当R4,调节R3使电桥平衡,而且可利用高灵敏度的检流计来测零,故用电桥测电阻比用欧姆表精确。

电桥不平衡时,G的电流IG与R1,R2,R3,R4有关。利用这一关系也可根据IG及三个臂的电阻值求得第四个臂的阻值,因此不平衡电桥原则上也可测量电阻。

5. 应变测量电桥

灵敏度是电桥测量技术的一个重要指标,电桥的灵敏度可以用电桥测量臂的单位相对变化量引出输出端电压或电流的变化来表示,即:

Su=⊿Uo/(⊿R/R)或Si=⊿Io(⊿R/R)

分别表示电桥的电压灵敏度和电流灵敏度。

测量电桥的桥臂电阻一般都应该按最大灵敏度来选择。

[电桥电路]

电桥电路

电桥电路有单臂桥、双臂桥、全桥之分

1、单臂变化时⊿Uo=±0.25U·⊿R/R

2、两臂变化时⊿Uo=±0.5U·⊿R/R

3、四臂变化时⊿Uo=±U·⊿R/R

有上述计算式可知,测量电桥输出给放大器的电压大小,是由驱动电源电压U和桥臂电阻的相对变化量决定的,而且是正比关系。

由电桥灵敏度的公式可知,提高测量电桥的灵敏度,靠提高驱动电源电压和增加变化的桥臂即可达到。

6. 测量应变仪电桥的方法

机油压力传感器的检测方法:机油压力传感器压力与输出电压成线性关系,压力从0到10bar,输出电压从0.5到4.5伏。判定故障方法:先点火开关打到OFF,拔下机油压力传感器线束插头,再将点火开关打到ON,测定其插头的3脚A24与搭铁间电压是否为输入电压是否为输入电压,4脚与搭铁间的电压是否为零。

压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器,两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻,应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的,具有较高的测量精度、较低的功耗和极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器,如无压力变化,其输出为零,几乎不耗电。MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形应力杯硅薄膜内壁,采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处,组成惠斯顿测量电桥,作为力电变换测量电路,将压力这个物理量直接变换成电量,其测量精度能达0.01-0.03%FS。电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上制造出横隔栅状,上下二根横隔栅成为一组电容式压力传感器,上横隔栅受压力作用向下位移,改变了上下二根横隔栅的间距,也就改变了板间电容量的大小,即△压力=△电容量。

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