惠斯通电桥电路
惠斯通电桥电路
惠斯通电桥电路是应变测量中一种重要的电路结构，广泛应用于各种工程领域。本文将详细介绍惠斯通电桥电路的基本原理、工作过程以及在不同应变测量场景下的应用。
惠斯通电桥电路可以以多种方式使用应变计测量电阻。在本文中学习该过程的基础知识和理论。
惠斯通电桥电路
惠斯通电桥的四个桥臂或分支由电阻 R1 和 R4. 组成。桥的角点2和3指示桥路激励电压 V0, 的连接;角点1和4为电桥输出电压V0即测量信号。
注意: 对桥路组件和连接没有普遍接受的规则。 在现有的文献中，有各种各样的名称，这反映在桥路方程中。 因此，为了避免误解，必须考虑方程中使用的名称以及它们在桥路中的位置。
如果供电电压 Vs 被施加到电桥终点2和3，那么供电电压被 R1, R2 和 R4, R3 分成两个半桥，即每个半桥形成一个分压器。
由于 R1, R2 和 R3, R4. 的电阻电压不同，电桥可能不平衡。 计算如下：
如果桥路平衡，并且
则电桥输出电压 V0 i为零。
在预设应变的情况下，应变计的电阻变化量 ΔR. 我们给出了以下等式：
对于应变测量，电阻 R1 和 R2 在惠斯登电桥中必须相等。这同样适用于 R3 和 R4。
通过一些假设和简化，可以确定以下等式（在HBK 出版的书 《使用应变片进行测量的介绍》 中给出了进一步的解释）
在计算的最后一步中， ΔR/R 必须由以下代替:
这里的 k 是应变片的k系数, ε 是应变:
方程式假设桥臂中的所有电阻都改变了。 例如，这种情况发生在传感器或被测对象执行类似的功能。 在实验应力测试中，这种情况几乎不存在，因为通常只有一部分桥臂采用应变片，其余部分由桥接电阻组成。 一般称为四分之一桥，半桥，双四分之一或斜桥和全桥。
参考书: 使用应变计进行测量
Karl Hofmann 关于使用应变计进行应力分析的参考书“使用应变计测量简介”。在这本250页、插图丰富的书中，Karl Hofmann 用通俗易懂的语言描述了应变计测量的基本原理，从应变计的选择到对所获数据的分析和评估。
根据不同测量任务，测量点上会使用一个或多个应变片。例如全桥、半桥或四分之一桥等表示，实际上它们是不正确的。事实上，测量电路总是完整的，由应变片和含有应变片的试样以及固定电阻来组成 ;
传感器通常要比实验应力测试有更严格的精度要求。一般来说，传感器在所有四个桥臂上都采用应变片（全桥电路）。
如果需要消除各种干扰，应采用全桥或半桥电路进行应力分析。非常重要的是，不同应力状况是有明显区别的，例如压向或拉向，以及弯曲、剪切或扭转应力等。
下表显示了应变片的几何位置、桥路的类型和桥路系数 B 对额定力、弯矩、扭矩和温度的依赖性。每个例子的小表描述的是每种影响量指定的桥路系数 B。该方程用于计算路输出信号 VO/VS 的有效应变。
注意: 假设圆柱轴用于扭矩测量，如13, 14和15。由于对称性的原因，允许在 x 和 y方向弯曲。同样也适用于矩形或矩形截面的杆件。
符号解释：
T 温度
Fn 径向, 额定力
Mb 弯矩
Mbx, Mby X 和 Y 方向弯矩
Md 扭矩
εs 表观应变
εn 径向，额定应变
εb 弯曲应变
εd 扭矩应变
ε 测量点有效应变
ν 泊松比
有源应变片
带温度补偿的应变片
电阻或应变片