pt100温度与电桥输出电压的关系

pt100温度与电桥输出电压存在线性关系。pt100是一种使用铂金属作为电阻元件且能够提供高精度温度测量的热敏电阻。电桥电路是典型的用于测量传感器信号的电路。当温度升高时，pt100的电阻值会随之增加，导致电桥电路的输出电压也会随之增加。所以pt100温度与电桥输出电压存在线性关系

第一个问题：电阻应变片的测量电路

在使用应变片测量应变时，必须用适当的办法测量其电阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，让其电阻值的变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟该电阻值变化的信号，然后，只要对这个电信号进行相应的处理就行了。常规电测法使用的电阻应变仪的输入回路叫做应变电桥，它是以应变片作为其部分或全部桥臂的四臂电桥。它能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。在此，仅以直流电压电桥为例加以说明。

一、电桥的输出电压

电阻应变仪中的电桥线路如图a-4所示，它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。可取为应变片、和为应变片或～均为应变片等几种形式。、和、分别为电桥的输入端和输出端。根据电工学原理，可导出当输入端加有电压时，电桥的输出电压为当时，电桥处于平衡状态。因此，电桥的平衡条件为。当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有、、和的变化时，可近似地求得电桥的输出电压为由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂的电阻变化率之差、相对两桥臂电阻变化率之和成正比。对于平衡电桥，如果相邻两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相同，或相对两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相反，则电桥将不会改变其平衡状态，即保持。如果电桥的四个桥臂均接入相同的应变片，则有式中，～分别为接入电桥四个桥臂的应变片的应变值。

图a-4

电桥原理

图a-5

半桥单臂温度补偿接法

二、温度效应的补偿

贴有应变片的构件总是处在某一温度场中。若敏感栅材料的线膨胀系数与构件材料的线膨胀系数不相等，则当温度发生变化时，由于敏感栅与构件的伸长（或缩短）量不相等，在敏感栅上就会受到附加的拉伸（或压缩），从而会引起敏感栅电阻值的变化，这种现象称为温度效应。敏感栅电阻值随温度的变化率可近似地看作与温度成正比。温度的变化对电桥的输出电压影响很大，严重时，每升温，电阻应变片中可产生几十微应变。显然，这是非被测（虚假）的应变，必须设法排除。排除温度效应的措施，称为温度补偿。根据电桥的性质，温度补偿并不困难。只要用一个应变片作为温度补偿片，将它粘贴在一块与被测构件材料相同但不受力的试件上。将此试件和被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。粘贴在被测构件上的应变片称为工作片。在连接电桥时，使工作片与温度补偿片处于相邻的桥臂，如图a-5所示。因为工作片和温度补偿片的温度始终相同，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。必须注意，工作片和温度补偿片的电阻值、灵敏系数以及电阻温度系数应相同，分别粘贴在构件上和不受力的试件上，以保证它们因温度变化所引起的应变片电阻值的变化相同。

三、应变片的布置和在电桥中的接法

应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。在有些情况下，该应变可能与多种内力（比如轴力和弯矩）有关。有时，只需测量出与某种内力所对应的应变，而要把与其它内力所对应的应变从总应变中排除掉。显然，应变片本身不会分辨各种应变成分，但是只要合理地选择粘贴应变片的位置和方向，并把应变片合理地接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测量出指定的应变。应变片在电桥中的接法常有以下三种形式：（1）半桥单臂接法

如图a-5所示，将一个工作片和一个温度补偿片分别接入两个相邻桥臂，另两个桥臂接固定电阻。如果工作片的应变为，则电桥的输出电压为（2）半桥双臂接法

如图a-6所示，将两个工作片接入电桥的两个相邻桥臂，另两个桥臂接固定电阻，两个工作片同时互为温度补偿片。如果工作片的应变分别为和，则电桥的输出电压为若，则电桥的输出电压为即为半桥单臂接法的两倍。

图a-6

半桥双臂接法

图a-7

全桥接法（3）全桥接法

如图a-7所示，电桥的四个桥臂全部接入工作片，如果工作片的应变分别为、、和，则电桥的输出电压为若，则电桥的输出电压为即为半桥单臂接法的四倍。必须注意，接入同一电桥各桥臂的应变片（工作片或温度补偿片）的电阻值、灵敏系数和电阻温度系数均应相同。应变片在构件上的布置可根据具体情况灵活采取各种不同的方法。应变片在构件上的布置和在电桥中的接法可参见有关资料。

第二个问题：根据电桥的性质，温度补偿并不困难。只要用一个应变片作为温度补偿片，将它粘贴在一块与被测构件材料相同但不受力的试件上。将此试件和被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。粘贴在被测构件上的应变片称为工作片。在连接电桥时，使工作片与温度补偿片处于相邻的桥臂，如图a-5所示。因为工作片和温度补偿片的温度始终相同，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。