测量点,例如在桥梁或飞机机翼,通常离测量仪器非常远。不能直接靠近测量点测量,需要使用长电缆连接。缺点:在电缆导线电阻一般达几欧姆,会对测量产生负面影响。特别是在测量过程中电阻产生变化,例如温度变化,其将会对产生较大的测量误差。

导线串联到应变片的同一桥臂, 由于温度的变化,其计算公式如下:

 

 Q = 导体材料的电导率     

案例:

1 米长的铜导线,截面积 0.15 mm2 ,120 欧姆将引起在10 K 温度变化情况下将引起 20 µm/m 的变化。所有外部条件不变,350 欧姆应变片变化只有 7 µm/m。

不同类型的 应变电路 采用导线电阻进行补偿。本文提供了三种类型的惠斯登电桥,各自具有不同的优点和缺点。

2 线制电路

在两线制电路中,应变片和放大器采用两线连接 (见图1)。电路图表显示出应变片电阻中 增加了两次电缆电阻(供给和返回)

这将会改变桥路的零点灵敏度。即使只有几厘米长的电缆,这也是必不可少的。在测量过程中,两线制对温度变化特别灵敏,因为电阻的变化会立即影响测量值。

 通过 QuantumX MX1615 应变桥路放大器,两线制电路的温度稳定性已经经过测试。 

测试结果: 两线制的测试结果是没有特别意义的。电缆电阻的变化(由于温度的变化),会完全影响测量结果

非对称的电阻变化将会导致测量误差,会产生不正确的电阻变化。

 

图 1: 2线制应变片连接配置

3 线制电路

3 线制电路中,一个额外的导线被连接到测量电阻的连接点上,其导致第二个测量电路作为参考。经过调整3 线制电路测量上层的电缆电阻, 并增加激励电压。

因为只测量一根导线上的电压,3 线制电路要求通电电缆的具有相同的电阻。但是,一根电缆带有4根导线,两根导线并联将降低电缆电阻,这会导致一个显著的零点误差。另一方面,应变花和应变测量链, 必须确保电阻 RKab1 对应所有并联 RKab2 电阻。

我们的测试表明: 仅在一根导线上,电阻的变化是正确的。电阻的不对称变化, 例如在接触点的干扰,会导致测试误差。电阻对称变化, 例如在测量过程中的温度变化,是可以通过3线制电路来补偿的。

图2: 3线制电路的应变片连接

4线制电路

只有 4线制电路, 或者是 HBM 专利 Kreuzer 电路, 能够对具有不同电阻的导线 进行 补偿。一个已知 电流 通过两根引线通过电阻。通过额外的两根引线,在电阻 RKab1 上的压降是正确的 (高阻抗)。.

Kreuzer 电路通过电阻 RKab2 测量电压,并增加到激励电压上。通过完整的电阻  Rerg 的电压和电流和电缆电阻是无关的。电缆产生的零点和灵敏度误差因此可以补偿。

注意:三张图标显示了 2线,3线和4线制电路的应变测量。这里我们可以看出三种技术都非常稳定。

我们的测试证明: 我们的专利技术 Kreuzer 电路能够获得极为精确的测量结果:

  • 高温稳定性
  • 电缆引线的变化修正

电阻的不对称变化,例如通过连接器,以及电阻的对称变化,例如,温度变化, 都可以修正,不会影响测量结果。 

图 3:  HBM 专利技术 Kreuzer 电路应变片连接 

来自 HBM 应变片

应变片概览

导线电阻补偿 - 采用 QuantumX MX1615

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