應(yīng)變片是一種將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)的傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，如材料測(cè)試、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和生物力學(xué)研究。應(yīng)變片的工作原理基于電阻的變化，當(dāng)材料受到應(yīng)力時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化?；菟雇姌蚴且环N常用的電路配置，用于測(cè)量這種電阻變化，常見(jiàn)的惠斯通電橋連接方式有全橋、半橋和四分之一橋。下面，我將詳細(xì)介紹應(yīng)變片的全橋和半橋連接方式，包括它們的圖解和應(yīng)用場(chǎng)景。

全橋連接

全橋連接是惠斯通電橋的一種配置，其中所有四個(gè)橋臂都使用應(yīng)變片。這種配置提供了最大的靈敏度和最佳的溫度補(bǔ)償特性。

1.電橋配置： 在全橋配置中，四個(gè)應(yīng)變片分別標(biāo)記為R1、R2、R3和R4，它們分別連接電橋的四個(gè)臂。

2.應(yīng)變片位置： 應(yīng)變片R1和R2被放置在試件的兩側(cè)，并且它們的應(yīng)變方向相同。應(yīng)變片R3和R4也放置在試件的兩側(cè)，但它們的應(yīng)變方向與R1和R2相反。

3.電源和輸出： 電橋通過(guò)電源供電，當(dāng)試件受到應(yīng)力時(shí)，應(yīng)變片的電阻值會(huì)變化，導(dǎo)致電橋不平衡，從而在電橋的對(duì)角線(xiàn)上產(chǎn)生輸出電壓。

應(yīng)用場(chǎng)景：

高精度測(cè)量： 全橋配置常用于需要高精度測(cè)量的應(yīng)用，如材料的彈性模量測(cè)試。

溫度補(bǔ)償： 由于所有臂都使用應(yīng)變片，全橋配置對(duì)溫度變化不敏感，適合于溫度變化較大的環(huán)境。

輸出信號(hào)計(jì)算： 輸出信號(hào)V0與應(yīng)變片的電阻變化ΔR和應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)k有關(guān)。具體的計(jì)算公式可以在HBM的參考資料中找到。

半橋連接

半橋連接是惠斯通電橋的另一種配置，其中兩個(gè)橋臂使用應(yīng)變片，另外兩個(gè)使用固定電阻。

1.電橋配置： 在半橋配置中，應(yīng)變片R1和R2連接在電橋的相鄰臂上，而R3和R4使用固定電阻。

2.應(yīng)變片位置： R1和R2的應(yīng)變方向相同，通常用于測(cè)量單軸應(yīng)力。R3和R4作為平衡電阻，保持電橋的對(duì)稱(chēng)性。

3.電源和輸出： 與全橋類(lèi)似，電源供電給電橋，應(yīng)變片的電阻變化導(dǎo)致電橋不平衡，產(chǎn)生輸出電壓。

應(yīng)用場(chǎng)景：

單軸應(yīng)力測(cè)量： 半橋配置適用于單軸應(yīng)力的測(cè)量，如在梁或柱的表面。

成本效益： 相比于全橋，半橋配置使用較少的應(yīng)變片，因此在成本上更為經(jīng)濟(jì)。

輸出信號(hào)計(jì)算： 半橋配置的輸出信號(hào)V0計(jì)算較為復(fù)雜，需要考慮固定電阻和應(yīng)變片的相互作用。。

結(jié)論

全橋和半橋連接方式各有優(yōu)勢(shì)，選擇哪種配置取決于具體的測(cè)量需求、成本預(yù)算和環(huán)境條件。全橋配置提供了最高的精度和最佳的溫度補(bǔ)償，而半橋配置則在成本和單軸應(yīng)力測(cè)量方面更為合適。