工作原理

    圖1差動電阻式儀器原理

    在儀器內(nèi)部采用兩根特殊固定方式的鋼絲，鋼絲經(jīng)過預拉，張緊支桿上，如圖1所示。當儀器受到外界的拉壓變形時，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)設計，使兩根鋼絲的電阻在受變形時差動變化，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，當溫度升高時兩根鋼絲的電阻都增大，而溫度降低時，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。

    測量原理

    圖2差動電阻式儀器電阻效果圖

    差動電阻式傳感器的讀數(shù)裝置是電阻比電橋（惠斯通型），差動電阻式儀器可以用兩個串聯(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電阻式儀器的總電阻R1+R2和電阻比R1/R2來計算溫度的變形。

    為了能準確地測量差動式電阻儀器的電阻和電阻比，在實際應用過程中，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電阻式儀器的測量方法。

    用恒流源測量差動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分線電阻，r1、r2．．．．．．r5分別為藍、黑、紅、綠、白五芯的芯線電阻，R5為標準電阻，I0為恒流電流。如圖可得出：

    圖3差動電阻式儀器測量原理圖

    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)進行計算

    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、經(jīng)濟、可兼測溫度而在國內(nèi)得到了較廣泛的運用。針對該類儀器內(nèi)阻低、儀器電阻變差會影響測值等難題，國內(nèi)工程技術人員創(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，實現(xiàn)了差阻式儀器的自動化監(jiān)測。幾十年來，在國內(nèi)大壩和巖土工程中已埋設了產(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。在此基礎上，1982年即編制了有關國家標準，1989年編入大壩安全監(jiān)測技術規(guī)范，有關儀器的規(guī)程規(guī)范對儀器的質(zhì)量控制和工程應用發(fā)揮了促進和指導作用。

    近20年來技術有了很大進步，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芯測量儀表和自動化系統(tǒng)。在這樣的技術背景下，有關技術標準和規(guī)范也應有所更新，才能有利于儀器的進一步發(fā)展和應用。