差動(dòng)電阻式傳感器

差阻式儀器因其防潮、長期測量穩(wěn)定可靠、測試方法簡單、絕緣要求低、防雷能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、可兼測溫度而在國內(nèi)得到了較廣泛的運(yùn)用。針對該類儀器內(nèi)阻低、儀器電阻變差會(huì)影響測值等難題，國內(nèi)工程技術(shù)人員創(chuàng)造了5芯儀器測量原理，使得儀器測量與電阻變差及電纜芯線電阻大小無關(guān)，實(shí)現(xiàn)了差阻式儀器的自動(dòng)化監(jiān)測。幾十年來，在國內(nèi)大壩和巖土工程中已埋設(shè)了產(chǎn)品30萬支以上。我國科技人員通過這些儀器的使用，取得了大量有用成果，也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，1982年即編制了有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，1989年編入大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，有關(guān)儀器的規(guī)程規(guī)范對儀器的質(zhì)量控制和工程應(yīng)用發(fā)揮了促進(jìn)和指導(dǎo)作用。

近20年來技術(shù)有了很大進(jìn)步，差阻式儀器從4芯連接發(fā)展到5芯連接，測量儀表從傳統(tǒng)的水工比例電橋發(fā)展到5芯測量儀表和自動(dòng)化系統(tǒng)。在這樣的技術(shù)背景下，有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也應(yīng)有所更新，才能有利于儀器的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

在儀器內(nèi)部采用兩根特殊固定方式的鋼絲，鋼絲經(jīng)過預(yù)拉，張緊支桿上，如圖1所示。當(dāng)儀器受到外界的拉壓變形時(shí)，一根鋼絲受拉，其電阻增加。另一根鋼絲受壓，其電阻減少。測量兩根鋼絲電阻的比值，就可以求得儀器的變形量。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使兩根鋼絲的電阻在受變形時(shí)差動(dòng)變化，目的是提高儀器對變形的靈敏度，并且使變形引起的電阻變化不影響溫度的測量。

溫度引起兩根鋼絲的電阻變化是同方向的，當(dāng)溫度升高時(shí)兩根鋼絲的電阻都增大，而溫度降低時(shí)，兩根鋼絲的電阻則都減少。測定兩根鋼絲的串聯(lián)電阻，就可以求得儀器感受的外界溫度。

差動(dòng)電阻式傳感器的讀數(shù)裝置是電阻比電橋(惠斯通型)，差動(dòng)電阻式儀器可以用兩個(gè)串聯(lián)的電阻來表示，如圖2所示。圖中R1為外圈鋼絲的電阻值，R2為內(nèi)圈鋼絲的電阻值，人工測量一般采用水工比例電橋，它利用電橋測量原理測量差動(dòng)電阻式儀器的總電阻R1+R2和電阻比R1/R2來計(jì)算溫度的變形。

為了能準(zhǔn)確地測量差動(dòng)式電阻儀器的電阻和電阻比，在實(shí)際應(yīng)用過程中，用四芯或五芯電纜將儀器電纜接長，并采用四芯或五芯測法進(jìn)行測量，盡可能清除長電纜對測量結(jié)果的影響，下面以五芯測法為例，介紹用恒流源對差動(dòng)電阻式儀器的測量方法。

用恒流源測量差動(dòng)電阻式儀器原理如圖3所示，圖中R1、R2為差電阻式儀器兩個(gè)分線電阻，r1、r2......r5分別為藍(lán)、黑、紅、綠、白五芯的芯線電阻，R5為標(biāo)準(zhǔn)電阻，I0為恒流電流。如圖可得出: Us=I0*Rs (1)

U1=I0*R1 (2)

U2=I0*R2 (3)

U3=I0*(R1+r5) (4)

由式(1)、(2)、(3)、(4) 可得出總電阻和電阻比為

通過測量U1，U2，U3和Us，即可利用式(5)、 (6)、(7)進(jìn)行計(jì)算。