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,应变片需要使用长电缆连接。缺点: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会产生变化,例如温度变化,这将会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 可对导线电阻进行补偿。本文提供了三种类型的惠斯通电桥,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)。图表显示出电路中增加了两次电缆电阻(信号和反馈)。

这将会改变桥路的零点和灵敏度。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,可对两线制电路的温度稳定性进行验证。 

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),会严重影响测量结果。

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。

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,从而形成作为参考的第二个测量电路。经过调整的3 线制电路测量上层电缆电阻, 并将激励电压增加两倍。应变片两端的电压与电缆相同,因此,电缆对灵敏度没有影响。

因为只测量一根导线上的电压,3 线制电路要求载流导线的具有相同的电阻。因此,对于四根引线的电缆,将两根引线并联以降低电缆电阻是完全错误的。这将导致显著的零点误差。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。

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,可以对在电阻 RKab1 上的压降进行校正(高阻抗)。

Kreuzer 电路通过电阻 RKab2 测量电压,并加到激励电压上。电压以及通过电阻 Rerg 的电流与电缆电阻无关。因此由电缆效应引起的零点和灵敏度误差可以补偿。

以上三张图表显示了 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:

  • 温度稳定性高
  • 电缆引线的变化修正

电阻的不对称变化以及电阻的对称变化,例如,温度变化,,都可以修正,且不会影响测量结果。 

 

来自 HBM 应变片

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