惠斯通電橋電路

惠斯通電橋可以用各種方式測量電阻：

• 通過與已知電阻比較來確定電阻絕對值

• 測定電阻的相對變化

后一種方法用于應(yīng)變技術(shù)。它可以測定應(yīng)變片電阻的相對變化，通常精度可達(dá) 10-4 到 10-2 Ω/Ω。

下面的圖片顯示了惠斯通電橋的兩個(gè)不同的電氣連接圖，它們是完全相同的：圖a）顯示了通常使用惠斯登電橋的菱形連接;和圖b）是相同電路，這對于未經(jīng)過電氣訓(xùn)練的人來說，這將更清楚。

惠斯通電橋的四個(gè)橋臂或分支由電阻R1至R4組成。橋的角點(diǎn)2和3指示橋路激勵(lì)電壓Vs的連接;角點(diǎn)1和4為電橋輸出電壓V0即測量信號。

The bridge excitation is usually an applied, stabilized direct, or alternating voltage Vs

注意:
對橋路組件和連接沒有普遍接受的規(guī)則。 在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，有各種各樣的名稱，這反映在橋路方程中。 因此，為了避免誤解，必須考慮方程中使用的名稱以及它們在橋路中的位置。

如果供電電壓 Vs 被施加到電橋終點(diǎn)2和3，那么供電電壓被 R1, R2 和 R4, R3 分成兩個(gè)半橋，即每個(gè)半橋形成一個(gè)分壓器。

由于 R1, R2 和 R3, R4. 的電阻電壓不同，電橋可能不平衡。 計(jì)算如下：

如果橋路平衡，并且

則電橋輸出電壓 V0 為零。

在預(yù)設(shè)應(yīng)變的情況下，應(yīng)變計(jì)的電阻變化量 ΔR. 我們給出了以下等式：

對于應(yīng)變測量，電阻 R1 和 R2 在惠斯登電橋中必須相等。
這同樣適用于 R3 和 R4.

通過一些假設(shè)和簡化，可以確定以下等式（在HBM的書“使用應(yīng)變片進(jìn)行測量的介紹”中給出了進(jìn)一步的解釋）：

在計(jì)算的最后一步中， ΔR/R 必須由以下代替:

這里k是應(yīng)變片的k系數(shù)，, ε 是應(yīng)變。

方程式假設(shè)橋臂中的所有電阻都改變了。 例如，這種情況發(fā)生在傳感器或被測對象執(zhí)行類似的功能。 在實(shí)驗(yàn)應(yīng)力測試中，這種情況幾乎不存在，因?yàn)橥ǔＶ挥幸徊糠謽虮鄄捎脩?yīng)變片，其余部分由橋接電阻組成。 一般稱為四分之一橋，半橋，雙四分之一或斜橋和全橋。

根據(jù)不同測量任務(wù)，測量點(diǎn)上會使用一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變片。例如全橋、半橋或四分之一橋等表示，實(shí)際上它們是不正確的。事實(shí)上，測量電路總是完整的，由應(yīng)變片和含有應(yīng)變片的試樣以及固定電阻來組成 ;

傳感器通常要比實(shí)驗(yàn)應(yīng)力測試有更嚴(yán)格的精度要求。一般來說，傳感器在所有四個(gè)橋臂上都采用應(yīng)變片（全橋電路）。

如果需要消除各種干擾，應(yīng)采用全橋或半橋電路進(jìn)行應(yīng)力分析。非常重要的是，不同應(yīng)力狀況是有明顯區(qū)別的，例如壓向或拉向，以及彎曲、剪切或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等。

下表顯示了應(yīng)變片的幾何位置、橋路的類型和橋路系數(shù) B 對額定力、彎矩、扭矩和溫度的依賴性。每個(gè)例子的小表描述的是每種影響量指定的橋路系數(shù) B。該方程用于計(jì)算路輸出信號 VO/VS 的有效應(yīng)變。

注意:
假設(shè)圓柱軸用于扭矩測量，如13, 14和15。由于對稱性的原因，允許在 x 和 y方向彎曲。同樣也適用于矩形或矩形截面的桿件。

符號解釋：

T	溫度
Fn	徑向, 額定力
Mb	彎矩
Mbx, Mby	X 和 Y 方向彎矩
Md	扭矩
εs	表觀應(yīng)變
εn	徑向，額定應(yīng)變
εb	彎曲應(yīng)變
εd	扭矩應(yīng)變
ε	測量點(diǎn)有效應(yīng)變
ν	泊松比
	有源應(yīng)變片
	帶溫度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變片
	電阻或應(yīng)變片