高溫靜應(yīng)變測(cè)量

惠斯通電橋的三種測(cè)量不確定度來(lái)源：

1） 任何載流導(dǎo)線上的電阻（圖1中R wire 1, Rwire 2）都會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)靈敏度降低。使用通道增益可以補(bǔ)償降低的靈敏度，但是測(cè)試過(guò)程中延長(zhǎng)線的電阻會(huì)隨溫度變化，造成乘常數(shù)測(cè)量不確定度。

2）3線制惠斯通電橋的連接依靠載流導(dǎo)線（wire1, wire 2）電阻溫度系數(shù)（TCR）的精確匹配來(lái)保持電橋平衡。即使測(cè)試過(guò)程中這些導(dǎo)線上最輕微的熱變化也可以使電橋輸出產(chǎn)生顯著的直流漂移。這種“零漂移"誤差無(wú)法從測(cè)試件的機(jī)械應(yīng)變區(qū)分出來(lái)，這樣就造成了一個(gè)加常數(shù)測(cè)量不確定度。

2） 3線制惠斯通電橋的連接在物理和電氣上均不對(duì)稱，無(wú)法抑制靜電噪聲。為了消除靜態(tài)測(cè)量時(shí)的噪聲拾取，3線制電路必須使用濾波器充分濾波，因此不適合在嘈雜的環(huán)境中同時(shí)測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信號(hào)。

高溫應(yīng)變測(cè)量的最佳技術(shù)

4線制開(kāi)爾文連接（<250℃時(shí)的最佳解決方案）采用對(duì)稱恒流激勵(lì)技術(shù)的4線制開(kāi)爾文連接，是高溫下使用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量的最佳方式(<250℃)。恒流激勵(lì)而不是恒壓激勵(lì)的采用使得工作片在任何導(dǎo)線電阻下都能得到精確的激勵(lì)。由于高阻抗感應(yīng)線測(cè)量的只是應(yīng)變信號(hào)，4線制連接*消除了應(yīng)變計(jì)靈敏度下降和零點(diǎn)漂移的誤差，而不用擔(dān)心4根導(dǎo)線的匹配特性。由于感應(yīng)線是對(duì)稱的，放大器的共模抑制（CMR）提供了高抗噪能力，允許使用同一片應(yīng)變計(jì)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量。

5線制惠斯通電橋連接（>250℃時(shí)的最佳解決方案）在大約250℃以上的更高溫度下，沒(méi)有適宜的溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)可以使用。視應(yīng)變的補(bǔ)償是通過(guò)一個(gè)補(bǔ)償片與工作片的半橋連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)償片應(yīng)小心放置，使之處在與工作片相同的熱環(huán)境下，同時(shí)避免機(jī)械過(guò)程造成的應(yīng)變。由于補(bǔ)償片暴露在與工作片*相同的熱環(huán)境下，讀數(shù)中的視應(yīng)變部分就在半橋電路中抵消了。3線連接有時(shí)會(huì)被用于調(diào)理遠(yuǎn)端半橋。然而，這種電路也具有同單臂電路一樣的三種不確定度來(lái)源：靈敏度降低、零點(diǎn)漂移和抗噪能力差。在較高溫度的情況下，鎳合金導(dǎo)線由于其強(qiáng)度高、耐腐蝕性而被用于應(yīng)變計(jì)的連接。但是這些合金具有非常高的電阻，加劇了上述的所有問(wèn)題。通過(guò)使用兩根額外的導(dǎo)線用于遠(yuǎn)端感測(cè)，5線制惠斯通電橋電路確保適當(dāng)?shù)募?lì)傳遞到半橋，并解決了靈敏度降低和零點(diǎn)漂移問(wèn)題。仍應(yīng)當(dāng)注意的是，5線制半橋電路也容易拾取噪聲，必須在信號(hào)調(diào)理器中充分濾波，因此不適合動(dòng)應(yīng)變測(cè)量。