應(yīng)變片是一種將機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為可測量的電信號的傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，如材料測試、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和生物力學(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，其電阻值會發(fā)生變化。惠斯通電橋是一種常用的電路配置，用于測量這種電阻變化，常見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償特性。

1.電橋配置： 在全橋配置中，四個應(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： 電橋通過電源供電，當(dāng)試件受到應(yīng)力時，應(yīng)變片的電阻值會變化，導(dǎo)致電橋不平衡，從而在電橋的對角線上產(chǎn)生輸出電壓。

應(yīng)用場景：

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

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

輸出信號計算： 輸出信號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，其中兩個橋臂使用應(yīng)變片，另外兩個使用固定電阻。

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，通常用于測量單軸應(yīng)力。R3和R4作為平衡電阻，保持電橋的對稱性。

3.電源和輸出： 與全橋類似，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)用場景：

單軸應(yīng)力測量： 半橋配置適用于單軸應(yīng)力的測量，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。

輸出信號計算： 半橋配置的輸出信號V0計算較為復(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，選擇哪種配置取決于具體的測量需求、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償，而半橋配置則在成本和單軸應(yīng)力測量方面更為合適。