概述

电阻式应变片是一种将机械应变转换为电阻变化的传感器。它们广泛应用于各种工程领域，包括结构健康监测、材料性能测试等。应变片的连接方式，也就是桥路连接方式，对于测试目的和测量精度至关重要。本文主要介绍电阻应变片的连接方式，包括常见的桥路类型、连接方法以及它们的特点和应用场景。

桥路类型

为了将电阻式应变传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。

惠斯通电桥常用于检测电阻的微小变化，应变片的电阻变化也可以用这个电路来测量。如图 1所示，惠斯通电桥由四个电阻组合而成。

如果R1=R2=R3=R4或R1R3=R2R4，无论输入多大电压，输出电压e总为0，这种状态称为平衡状态。如果平衡被破坏，就会产生与电阻变化相对应的输出电压。

将这个电路中的 R1 与应变片相连，有应变产生时，记应变片电阻的变化量为∆R，则输出电压e的计算公式如下所示：

其中，∆R为伸长或压缩所引起的电阻变化，R为应变片原电阻，K为比例常数（应变片常数），不同的金属材料有不同的比例常数 K，ε为应变。上式中除了ε均为已知量，所以测出电桥的输出电压就可以计算出应变的大小。 

根据应变片接入应变解调仪的方式，通常有以下三种桥接方式：1/4桥、半桥和全桥，图2为三种类型常见桥接方式结构示意图。

 （a）1/4桥           （b）半桥            （c）全桥

图2. 三种常见桥路连接方式

1/4桥：使用一个应变片，另外三个电阻分别为精密电阻。1/4桥的电路结构简单，但其灵敏度较低，不如半桥和全桥精度高。

半桥：使用两个应变片，另外两个电阻分别为精密电阻。相比于1/4桥，半桥的测量精度有了明显提高，同时也能够检测应变片的温度漂移等误差。

全桥：使用四个应变片，其中两个应变片互相相对，另外两个也互相相对，构成一个平衡电桥。全桥的灵敏度最高，精度也最高。全桥的电路结构比1/4桥和半桥更为复杂，需要更多的电子元件进行支持。 

不同连接方式特点及应用场景  

在实际测试过程中，往往根据测试需求来选择相应的桥路连接。例如1/4桥路连接，由于只使用一个应变片，因此大大降低了耗材成本，同时由于其电路结构简单便于进行连接和参数设置。但1/4桥没有温度补偿功能，若必须使用温度补偿，则需要特制的应变片。同时，相比于其他桥接方式，1/4桥的准确性和线性度较差。因此该桥路连接方式往往适用于金属、复合材料等的单向应变测试，不适用于一些复杂的应力应变环境。

半桥即1/2桥路连接，相比于1/4桥，半桥通过使用两个应变片提高了测量的精度和稳定性，同时可以采用适当的配置实现温度补偿。半桥使用两个应变片因此桥路连接及设置更为复杂，可以满足绝大多数的应变测量，包括静态、动态应变测量。

全桥使用四个应变片的配置提供了最高的精度和线性。可以很好地进行温度补偿，适合在温度变化较大的环境中使用。也可用于大范围的应力和应变测量，例如桥梁、建筑物和重型机械等。

图3. 常见应变解调仪

 总结

对比三种桥路连接方式，全桥的性能最高，适用场景最多，但连接操作复杂。因此，选择哪种桥接方式取决于应用需求、成本预算、测量精度、操作难易以及工作环境等等。例如，在没有明显温度变化的环境内，进行一些单向应变测试，选择1/4桥接方式可以大大解决成本及操作难易程度。