惠斯通電橋的三種測量不確定度來源:
1) 任何載流導(dǎo)線上的電阻(圖1中R wire 1, Rwire 2)都會導(dǎo)致應(yīng)變計靈敏度降低。使用通道增益可以補償降低的靈敏度,但是測試過程中延長線的電阻會隨溫度變化,造成乘常數(shù)測量不確定度。
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)的精確匹配來保持電橋平衡。即使測試過程中這些導(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"誤差無法從測試件的機械應(yīng)變區(qū)分出來,這樣就造成了一個加常數(shù)測量不確定度。
2) 3線制惠斯通電橋的連接在物理和電氣上均不對稱,無法抑制靜電噪聲。為了消除靜態(tài)測量時的噪聲拾取,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)境中同時測量靜態(tài)和動態(tài)信號。
高溫應(yīng)變測量的最佳技術(shù)
4線制開爾文連接(<250℃時的最佳解決方案)采用對稱恒流激勵技術(shù)的4線制開爾文連接,是高溫下使用溫度自補償應(yīng)變計進(jìn)行測量的最佳方式(<250℃)。恒流激勵而不是恒壓激勵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。由于高阻抗感應(yīng)線測量的只是應(yīng)變信號,4線制連接*消除了應(yīng)變計靈敏度下降和零點漂移的誤差,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)變計進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)的測量。
5線制惠斯通電橋連接(>250℃時的最佳解決方案)在大約250℃以上的更高溫度下,沒有適宜的溫度自補償應(yīng)變計可以使用。視應(yīng)變的補償是通過一個補償片與工作片的半橋連接來實現(xiàn)。補償片應(yīng)小心放置,使之處在與工作片相同的熱環(huán)境下,同時避免機械過程造成的應(yīng)變。由于補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線連接有時會被用于調(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源:靈敏度降低、零點漂移和抗噪能力差。在較高溫度的情況下,鎳合金導(dǎo)線由于其強度高、耐腐蝕性而被用于應(yīng)變計的連接。但是這些合金具有非常高的電阻,加劇了上述的所有問題。通過使用兩根額外的導(dǎo)線用于遠(yuǎn)端感測,5線制惠斯通電橋電路確保適當(dāng)?shù)募顐鬟f到半橋,并解決了靈敏度降低和零點漂移問題。仍應(yīng)當(dāng)注意的是,5線制半橋電路也容易拾取噪聲,必須在信號調(diào)理器中充分濾波,因此不適合動應(yīng)變測量。