单臂工作测量电桥（惠斯通电桥）

单臂工作测量电桥（惠斯通电桥）

定义

单臂工作测量电桥（惠斯通电桥）是最基本的应变测量电路。由四个电阻 $R_1$、$R_2$、$R_3$、$R_4$ 组成桥臂，其中 $R_1$ 为应变片（工作臂），其余三个为精密固定电阻。电桥对角线两端接入激励电压 $E$，另一对角线两端输出差分电压 $U_o$。

作用

将应变片电阻变化 $\Delta R$ 转换为电信号 $U_o$，便于后续放大和处理。在小应变条件下，输出电压与电阻变化率近似线性关系：
$U_o\approx \frac{E}{4}·\frac{\Delta R}{R}$
其中 $R$ 为应变片初始电阻。

工程理解

• 初始平衡：四个电阻相等或满足 $R_1/R_2=R_4/R_3$ 时，输出为 $0$。
• 应变作用：应变片受力产生 $\Delta R$，桥臂失衡，输出电压与 $\Delta R$ 成正比。
• 线性近似：仅当 $\Delta R\ll R$ 时成立，实际中需通过电路设计减小非线性误差。
• 温度影响：单臂电桥无温度补偿功能，因为仅一个臂受温度变化，而固定电阻受温度影响小，但若环境温度变化显著，需考虑使用半桥或全桥电路进行补偿。