[发明专利]一种没有长导线电阻影响的电阻应变仪

说明书

技术领域

本发明涉及惠司登电桥测量技术。具体地说是一种根据惠司登电桥测量原理，通过测量后的计算方法，实现彻底消除长导线电阻对惠司登电桥测量的影响，进而设计出一种没有长导线电阻影响的电阻应变仪。

背景技术

利用惠司登电桥测量物理量是应用最为广泛的测量方法，涉及到工业、科技及国民经济的许多领域。电阻应变仪是利用惠司登电桥测量原理测量物体应变值的典型仪器。

目前广泛应用的电阻应变仪，是利用应变片组成的惠司登电桥进行测量。应变片和应变仪之间的导线电阻串连在桥臂上，导线的加长使导线的电阻不可忽略，给应变片的测量值引入了误差。由于组桥方式和连接方式不同，引起误差的大小也不同。

众所周知，目前广泛应用的电阻应变仪在测量中，长导线电阻的影响是不可避免的，这早已被理论和实践所证明。因此采取各种措施对长导线电阻的影响进行修正。但是，由于导线的物理性质的差异、温度变化对导线电阻的影响等因素，使修正的结果很难彻底消除测量误差。下面是电桥单臂测量、半桥测量和全桥测量三种方式在引入长导线时的误差分析：

1、是以惠司登电桥单臂测量方法，在单臂电桥电路中，以Rl为工作应变片，灵敏系数为K，r为连接工作应变片两端的单根长导线的电阻，R2、R3、R4为应变仪内置的标准电阻，在等臂电桥中，R=R1=R2=R3=R4。由此可知，当导线长度为零时，则r=0，AB桥臂工作应变片的电阻相对变化为ΔR／R，ΔR是应变片产生应变时增加的电阻值，测点处真实的应变值ε为：

当导线长度不为零时，则r≠0，AB桥臂工作应变片的电阻相对变化为ΔR／(Rl+2r)，测点处读数的应变值ε_r为：

很明显，长导线的接入降低了灵敏系数K值。

设降低后的灵敏系数为K′,其降低程度为：

其测量误差约为：-2r/R。

2、半桥测量

半桥测量可分为半桥三线制和半桥四线制，长导线接入后，半桥四线制的修正系数及误差同单臂测量。半桥三线制测量的误差约为：-r/R。

3、全桥测量

长导线接入后，全桥四线制测量的误差约为：-2r/R。

下面是电阻应变仪在实际应用中，长导线电阻对测量数据的影响：

电阻应变仪在实际应用中，是通过测量惠司登电桥的输出电压来计算被测的应变值。具体做法是，在组成惠司登电桥后，首先对惠司登电桥进行平衡调节，在电子调节平衡的电阻应变仪器中，将没有产生应变时惠司登电桥的电压输出值作为平衡零点记录在仪器中，然后再进行应变测量。长导线接入后也是如此。

以惠司登电桥单臂测量为例，如果应变片没有产生应变，应变片电阻值没有变化，则ΔR₁=0，电桥输出Ｕ_O1由下式表示：

上式中：E是电桥输入电压，是已知常数。

将电桥输出Ｕ_O1值作为平衡零点记录在仪器中。

如果应变片产生的应变使应变片电阻值变化了ΔR₂，则电桥输出Ｕ_O2由下式表示：

将（1）式、（4）式和（5）式综合，求出应变值ε。

从（6）式看出，要得到应变值ε，不但要测得Ｕ_O1和Ｕ_O2的值，还必须知道导线电阻r的值。

通过长导线对测量精度影响的分析，以及电阻应变仪在实际应用中也得出了相同的结论：只有在已知长导线电阻阻值的前提下，才可以对长导线带来的测量误差进行修正。

利用惠司登电桥测量原理组成的应变仪，测量精度高，应用广泛。但是，许多测量中长导线接入电桥是不可避免的，因为电桥或电桥的某些桥臂与仪器之间的距离不能无限接近。因此，上述的结论在实际使用中，尤其是在高精度测量中会带来一些问题：

1、需要准确的知道接入电桥的导线电阻阻值，才能获得精确的测量数据，否则会带来测量误差。

2、如果不知道导线电阻阻值，就需要准确测量导线电阻，这样会给实际使用增加难度。例如桥臂电阻是120Ω，仪器测量误差小于0.01%，则导线电阻的误差要小于0.006Ω，小电阻的测量是比较困难的。