第一個問題：電阻應變片的測量電路

在使用應變片測量應變時，必須用適當的辦法測量其電阻值的微小變化。為此，一般是把應變片接入某種電路，讓其電阻值的變化對電路進行某種控制，使電路輸出一個能模擬該電阻值變化的訊號，然後，只要對這個電訊號進行相應的處理就行了。常規電測法使用的電阻應變儀的輸入迴路叫做應變電橋，它是以應變片作為其部分或全部橋臂的四臂電橋。它能把應變片電阻值的微小變化轉化成輸出電壓的變化。在此，僅以直流電壓電橋為例加以說明。一、電橋的輸出電壓電阻應變儀中的電橋線路如圖a-4所示，它是以應變片或電阻元件作為電橋橋臂。可取為應變片、和為應變片或～均為應變片等幾種形式。、和、分別為電橋的輸入端和輸出端。根據電工學原理，可匯出當輸入端加有電壓時，電橋的輸出電壓為當時，電橋處於平衡狀態。因此，電橋的平衡條件為。當處於平衡的電橋中各橋臂的電阻值分別有、、和的變化時，可近似地求得電橋的輸出電壓為由此可見，應變電橋有一個重要的性質：應變電橋的輸出電壓與相鄰兩橋臂的電阻變化率之差、相對兩橋臂電阻變化率之和成正比。對於平衡電橋，如果相鄰兩橋臂的電阻變化率大小相等、符號相同，或相對兩橋臂的電阻變化率大小相等、符號相反，則電橋將不會改變其平衡狀態，即保持。如果電橋的四個橋臂均接入相同的應變片，則有式中，～分別為接入電橋四個橋臂的應變片的應變值。圖a-4電橋原理圖a-5半橋單臂溫度補償接法二、溫度效應的補償貼有應變片的構件總是處在某一溫度場中。若敏感柵材料的線膨脹係數與構件材料的線膨脹係數不相等，則當溫度發生變化時，由於敏感柵與構件的伸長（或縮短）量不相等，在敏感柵上就會受到附加的拉伸（或壓縮），從而會引起敏感柵電阻值的變化，這種現象稱為溫度效應。敏感柵電阻值隨溫度的變化率可近似地看作與溫度成正比。溫度的變化對電橋的輸出電壓影響很大，嚴重時，每升溫，電阻應變片中可產生幾十微應變。顯然，這是非被測（虛假）的應變，必須設法排除。排除溫度效應的措施，稱為溫度補償。根據電橋的性質，溫度補償並不困難。只要用一個應變片作為溫度補償片，將它貼上在一塊與被測構件材料相同但不受力的試件上。將此試件和被測構件放在一起，使它們處於同一溫度場中。貼上在被測構件上的應變片稱為工作片。在連線電橋時，使工作片與溫度補償片處於相鄰的橋臂，如圖a-5所示。因為工作片和溫度補償片的溫度始終相同，所以它們因溫度變化所引起的電阻值的變化也相同，又因為它們處於電橋相鄰的兩臂，所以並不產生電橋的輸出電壓，從而使得溫度效應的影響被消除。必須注意，工作片和溫度補償片的電阻值、靈敏係數以及電阻溫度係數應相同，分別貼上在構件上和不受力的試件上，以保證它們因溫度變化所引起的應變片電阻值的變化相同。三、應變片的佈置和在電橋中的接法應變片感受的是構件表面某點的拉應變或壓應變。在有些情況下，該應變可能與多種內力（比如軸力和彎矩）有關。有時，只需測量出與某種內力所對應的應變，而要把與其它內力所對應的應變從總應變中排除掉。顯然，應變片本身不會分辨各種應變成分，但是隻要合理地選擇貼上應變片的位置和方向，並把應變片合理地接入電橋，就能利用電橋的性質，從比較複雜的組合應變中測量出指定的應變。應變片在電橋中的接法常有以下三種形式：（1）半橋單臂接法如圖a-5所示，將一個工作片和一個溫度補償片分別接入兩個相鄰橋臂，另兩個橋臂接固定電阻。如果工作片的應變為，則電橋的輸出電壓為（2）半橋雙臂接法如圖a-6所示，將兩個工作片接入電橋的兩個相鄰橋臂，另兩個橋臂接固定電阻，兩個工作片同時互為溫度補償片。如果工作片的應變分別為和，則電橋的輸出電壓為若，則電橋的輸出電壓為即為半橋單臂接法的兩倍。圖a-6半橋雙臂接法圖a-7全橋接法（3）全橋接法如圖a-7所示，電橋的四個橋臂全部接入工作片，如果工作片的應變分別為、、和，則電橋的輸出電壓為若，則電橋的輸出電壓為即為半橋單臂接法的四倍。必須注意，接入同一電橋各橋臂的應變片（工作片或溫度補償片）的電阻值、靈敏係數和電阻溫度係數均應相同。應變片在構件上的佈置可根據具體情況靈活採取各種不同的方法。應變片在構件上的佈置和在電橋中的接法可參見有關資料。

第二個問題：根據電橋的性質，溫度補償並不困難。只要用一個應變片作為溫度補償片，將它貼上在一塊與被測構件材料相同但不受力的試件上。將此試件和被測構件放在一起，使它們處於同一溫度場中。貼上在被測構件上的應變片稱為工作片。在連線電橋時，使工作片與溫度補償片處於相鄰的橋臂，如圖a-5所示。因為工作片和溫度補償片的溫度始終相同，所以它們因溫度變化所引起的電阻值的變化也相同，又因為它們處於電橋相鄰的兩臂，所以並不產生電橋的輸出電壓，從而使得溫度效應的影響被消除。