電阻應變式傳感器的測量電路
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-05-14 17:06:23 | 2135 次閱讀
1. 電橋
電橋用于將應變片的電阻值變化轉換為電壓信號。電阻應變片傳感器輸出電阻的變化較小,一般為(5x10—4~1x10—1)Ω,要精確地測量出這些微小電阻的變化,常采用橋式測量電路。根據(jù)所用電源的不同,電橋可分為直流電橋和交流電橋。四個橋臂均為純電阻時,用直流電橋精確度高;若有橋臂為阻抗時,必須用交流電橋。電橋接入的是電阻應變片時,即為應變化橋。當一個橋臂、兩個橋臂乃至四個橋臂接入應變片時,相應的電橋為惠斯通電橋、半橋(開爾文電橋)和全臂電橋。
2. 振蕩器
振蕩器用于為電橋提供正弦波交流電壓,該電壓作為載波電壓,由信號電壓對它進行調幅,輸出一個窄頻帶的調幅電壓信號,送入放大器。同時為相敏檢波器提供參考電壓。
3.放大器
電橋輸出的信號非常微弱,一般在幾十微伏到幾毫伏之間,必須經(jīng)過放大器將電橋送來的調幅電壓信號進行失真放大,輸出足夠的功率以推動指示儀表或記錄器。
4.相敏檢波器 相敏檢波器既具有檢波的作用,又能完成辨別信號相位(如應變信號的拉伸或壓縮性質)的任務。

RR3—R2R4U.=U—U =(R+R2) (R3+R4)U
當輸出電壓為0時,電橋達到平衡,即RiR3—R2R4=0。也就是說電橋平衡條件是相鄰兩臂電阻的比值應相等,或相對兩臂電阻的乘積相等,即R2/R1=R3/R4。為了獲得最大的電橋輸出,在設計時常使R,=R2=R3=R4 (稱為等臂電橋)。當四個橋臂電阻都發(fā)生變化時,電橋的輸出為 實際應用時,R1、R2、Ry、R.不可能成嚴格的比例關系,所以即使在未受力時,橋路輸?shù)夭灰欢榱悖虼艘话銣y量電路都設有調零裝置,如圖 2—7 所示。調節(jié) RP 可使電橋達到衡,輸出為零。圖 2—7 中 R,是用于減小調節(jié)范圍的限流電阻。

如圖 2—8 所示為恒流源供電的直流電橋測量電路。
電橋輸出為U.=I,R—12R4=RiR3—R2R4R+R2+R3+R4
恒壓源電橋輸出為
U.=U-U=RR-R2R4(R+R2) (R+R)(2-9)
惠斯通電橋原理如圖 2—9 所示,根據(jù)電橋輸出公式
U.=U-U=(R,+R) (R,+R)R2(2-10)
得出惠斯通電橋輸出為

(2-11)
則四臂電橋總輸出為

在試件上安裝兩個工作應變片,一片受拉,一片受壓,它們的阻值變化大小相等,符號相反,接入電橋相鄰臂,這時輸出電壓U。與△R,/R1成嚴格的線性關系,沒有非線性誤差,稱為雙臂電橋,如圖 2—10 所示,同時電橋靈敏度比惠斯通電橋提高一倍,還具有溫度誤差補償作用。
設初始時R=R=Ry=R,ARy=AR2,則v=U=keU,圖2—11所示的全臂橋電路,設初始時R=R2=R,=R, AR,=AR2=AR,=AR4,則


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