图 2 电阻应变片组成的电桥
    图 2 中 a)为由电阻应变片所组成的电桥 R1、R2、R3、R4 分别为四个电桥桥臂的电阻。当
A、C 端加以一定的桥压 U 时则 B、D

 

端的输出电压 U 由下式求得：

                           （1）

    由式（1）可知，当 R1R3=R2R4 时，电桥输出电压 ΔU=0,即电桥处于平衡，这就是在进
行切削力测量前必须进行的电桥平衡的调节工作。
    在切削力的作用下，应变片的电阻发生变化，破坏了电桥的平衡。若R1、R2、R3、R4 分别
产生 ΔR1 、ΔR2 、ΔR3 、ΔR4 的电阻变化，则由式（1）电桥的输出电压为：

   （2）

    由式（2）可以看出电桥的一个重要性质，当电桥相邻两臂有符号相同的电阻变化时，
电桥输出电压为两桥电阻变化相减的结果。因此，在测力仪接桥时，为使电桥有较大的输
出，则应使电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的变化。这就是
本测力仪布片于接桥的原则。
    测力仪常用的电桥有等臂全桥（电桥由四个臂组成， R1=R2=R3=R4）及半桥（电桥由
两个臂加上两个固定电阻组成，R1=R2=R）,如图 2 所示。由式（2）两种电桥的输出电压为：
    全桥：ΔU=U/4R(ΔR1-ΔR2+ΔR3-ΔR4)                 （3）
    半桥：ΔU=U/4R(ΔR1-ΔR2)                           （4）
    比较（3）和（4

 

）可知，当 ΔR1= ΔR3=+ΔR; ΔR2=ΔR4=-ΔR 时，全桥的输出为半桥的两

倍，也即全桥的灵敏度为半桥的两倍。因此，为提高测力仪的灵敏度，即电桥有较大的输
出，我们在设计测力仪时采用了等臂全桥的测量电路。
    2.3 量程放大器
    把传感器输出的信号一般为 μv— mv 级，放大到模数转换器所能接收的统一电平 0—
5V。
    2.4 多路开关
    把数控车床切削过程中由传感器变换后的各路的电信号与 A/D 相连，以便进行 A/D 转
换，这样既可节省设备，又不至于使各个被测参数之间互相竞争。多路开关每次闭合的通
道号由程序控制。
    2.5 采样保持电路
    由于现场所测的切削力是连续变化的，而单片机采样却是断续的，为了使参数未被采
样时仍能维持原来的数值，所以需要增加一采样保持电路，我们采用了大规模集成电路芯