电阻应变式传感器的测量电路

出处:维库电子市场网时间:2024-05-14
  电阻应变式传感器的测量电路主要由四部分组成。
  1. 电桥
  电桥用于将应变片的电阻值变化转换为电压信号。电阻应变片传感器输出电阻的变化较小,一般为(5x10—4~1x10—1)Ω,要地测量出这些微小电阻的变化,常采用桥式测量电路。根据所用电源的不同,电桥可分为直流电桥和交流电桥。四个桥臂均为纯电阻时,用直流电桥度高;若有桥臂为阻抗时,必须用交流电桥。电桥接入的是电阻应变片时,即为应变化桥。当一个桥臂、两个桥臂乃至四个桥臂接入应变片时,相应的电桥为惠斯通电桥、半桥(开尔文电桥)和全臂电桥。
  2. 振荡器
  振荡器用于为电桥提供正弦波交流电压,该电压作为载波电压,由信号电压对它进行调幅,输出一个窄频带的调幅电压信号,送入放大器。同时为相敏检波器提供参考电压。
  3.放大器
  电桥输出的信号非常微弱,一般在几十微伏到几毫伏之间,必须经过放大器将电桥送来的调幅电压信号进行失真放大,输出足够的功率以推动指示仪表或记录器。
  4.相敏检波器

  相敏检波器既具有检波的作用,又能完成辨别信号相位(如应变信号的拉伸或压缩性质)的任务。

  由图 2—6所示可以看出
  RR3—R2R4U.=U—U =(R+R2) (R3+R4)U
  当输出电压为0时,电桥达到平衡,即RiR3—R2R4=0。也就是说电桥平衡条件是相邻两臂电阻的比值应相等,或相对两臂电阻的乘积相等,即R2/R1=R3/R4。为了获得的电桥输出,在设计时常使R,=R2=R3=R4 (称为等臂电桥)。当四个桥臂电阻都发生变化时,电桥的输出为

  实际应用时,R1、R2、Ry、R.不可能成严格的比例关系,所以即使在未受力时,桥路输地不一定为零,因此一般测量电路都设有调零装置,如图 2—7 所示。调节 RP 可使电桥达到衡,输出为零。图 2—7 中 R,是用于减小调节范围的限流电阻。

  如图 2—8 所示为恒流源供电的直流电桥测量电路。

    电桥输出为U.=I,R—12R4=RiR3—R2R4R+R2+R3+R4 
  恒压源电桥输出为
  U.=U-U=RR-R2R4(R+R2) (R+R)(2-9)
  惠斯通电桥原理如图 2—9 所示,根据电桥输出公式
  U.=U-U=(R,+R) (R,+R)R2(2-10)
  得出惠斯通电桥输出为
  
  (2-11)
  则四臂电桥总输出为



  

在试件上安装两个工作应变片,一片受拉,一片受压,它们的阻值变化大小相等,符号相反,接入电桥相邻臂,这时输出电压U。与△R,/R1成严格的线性关系,没有非线性误差,称为双臂电桥,如图 2—10 所示,同时电桥灵敏度比惠斯通电桥提高一倍,还具有温度误差补偿作用。

  设初始时R=R=Ry=R,ARy=AR2,则v=U=keU,
  图2—11所示的全臂桥电路,设初始时R=R2=R,=R, AR,=AR2=AR,=AR4,则


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