非平衡电桥：电阻应变片的测量转换与应用详解

本章节内容主要讨论了测量转换电路中的非平衡电桥在电阻传感器中的应用，特别是在金属应变片的测量中。金属应变片如金属箔式应变片，其标称阻值较小（如100欧姆），且受到外部力作用时产生的电阻变化极微小，例如在钢质圆柱体上施加0.2吨力可能导致仅0.2欧姆的电阻变化。这种情况下，直接测量应变片的电阻变化非常困难，因此非平衡电桥被设计用于放大和转换这种微小的电阻变化，将其转换为输出电压Uo，便于后续的信号处理和分析。 非平衡电桥是一种精密的测量电路，它通过四个电阻臂的配置来抵消零点漂移，使得微小的应变引起的电阻变化可以在不失真的情况下被检测出来。电桥的调零和温度补偿是关键步骤，以确保测量结果的准确性不受环境因素的影响。电桥的输出电压与应变片的电阻变化成正比，通过适当的电路设计，可以实现高精度的测量。 章节中还涵盖了应变效应的基本原理，即导体或半导体材料在受力作用下，其电阻会发生相应的变化。电阻应变片是主要的元件，它由电阻丝、弹性元件和测量转换电桥电路组成。电桥电路通常采用四臂结构，利用差分测量的方式，能够有效地抑制噪声和干扰。 应变片的种类和结构，包括引出线、覆盖层、基底以及电阻丝的特性，都是设计和应用的关键要素。其中，有效使用面积（b×l）是衡量应变片性能的重要参数。对于半导体应变片，其压阻效应显著，特别是N型和P型硅材料，它们的压阻系数不同，决定了它们在应变测量中的响应特性。 此外，章节还介绍了应变效应在实际应用中的实例，如荷重传感器（用于测量物体重量）、扭矩传感器和压阻式固态压力传感器。这些传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、建筑结构监测等领域，对结构健康监测和设备负载控制起着至关重要的作用。 总结来说，第二章第一节电阻应变传感器的内容深入探讨了应变片的工作原理、测量电路设计以及实际应用案例，重点强调了非平衡电桥在转换和放大微小应变电阻变化方面的核心作用，展示了电阻传感器在现代科技中的重要地位。