电阻应变式称重传感器的测量原理

常规应变片的电阻变化范围小，因而测量转换电路应当能精确的测量出小电阻变化。在应变片式传感器中，最常见的是桥式电路，按电源性质不同可有交流电桥、直流电桥两类: 按桥臂工作数量可分为单臂工作桥、半桥和全桥。下面以直流电桥为例分析其工作原理及特性。

图5－4 桥式测量转换电路

(a) 基本应变桥路 (b) 桥路的测量原理图

图5－4所示为桥式测量转换电路，电桥的一条对角线接入电源电压Ui，另一条对角线为输出电压Uo，输出电压Uo为:

为了使电桥在测量前的输出为零，应该选择4个桥臂电阻使R1R3=R2R4或R2/R1=R3/R4。当每个桥臂电阻变化值ΔRi﹤﹤Ri，电桥负载电阻为无限大时，电桥输出电压可近似用下式

电桥四个桥臂都为应变片，此时电桥输出电压公式就是 (5－4)。这种方式灵敏度高。

在使用上面公式时，应注意电阻变化和应变值的符号。ε1、ε2、ε3、ε4可以是试件的纵向应变，也可以是试件的横向应变，取决于应变片的粘贴方向。若是压应变，ε应以负值代入; 若是拉应变，ε应以正值代入。

由上列各式可以看出，电桥的输入电压Uo与电阻相对变化值ΔRi/Ri以及应变值成正比。但上面讨论的各式都是在公式 (5－1) 基础上求得的，而式 (5－3) 只是一个近似式。对于单臂电桥，实际输出Uo与电阻变化及应变值之间存在一定的非线性。当应变值较小时，非线性可忽略，而对半导体应变片，尤其在测大应变片时，非线性则不可忽略。对于半桥，两应变片处于差分工作状态，即一片感受正应变，另一片感受负应变，经推导可证明理论上不存在非线性问题。全桥电路也是如此。因此实际使用时，应尽量采用这两种方式。采用恒流源也能减小非线性误差。

实际使用中，R1、R2、R3、R4不可能严格相等，所以即使在未受力时，桥路的输出未必一定能为零，因此必须设置调零电路，如图5－4 (b) 所示。调节RP1，最终可以使电桥处于平衡，Uo被预调到零位。这一过程称为直流平衡或电阻平衡。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。

当采用交流电 (正弦波或方波) 作为桥路电源时，该电桥称为交流电桥。由于应变片引线电缆分布电容的不一致性将导致电桥的容抗及相位的不平衡。这时即使已做到电阻平衡，Uo仍然无法达到零位，所以还需要增设RP2及C1来平衡电容的容抗，这称为交流平衡或电容平衡。