压力应变片技术全解析：从历史演进到高精度测量应用

引言

压力应变片作为一种能够将机械应变转化为电信号的传感元件，在工业测量、结构健康监测、航空航天等众多领域发挥着不可替代的作用。它的发展历程见证了材料科学、电子技术和测量理论的不断进步。本文将从压力应变片的发展历史谈起，深入剖析威世（Vishay）创始人在该领域的卓越贡献，详细解读 4 线制和 6 线制的测量原理与使用方法，阐释 EX+、SE+、SIG+、SIG-、SE-、EX - 等引脚的功能，探讨在高电压长线测量场景下的远距离重量测量方法，介绍基于 + 12V 供电的信号处理方案和 24 位高精度采样的典型电路，并总结电路设计中的关键注意事项。通过本文的阐述，希望能为相关领域的工程师、研究人员以及爱好者提供全面且实用的技术参考。

一、压力应变片的发展历史

压力应变片的发展是一部多学科交叉融合、不断创新突破的历史。从最初的概念提出到如今的高精度应用，经历了多个重要的发展阶段。

1.1 早期探索阶段（20 世纪初 - 1930 年代）

20 世纪初，科学家们开始探索将机械形变转化为可测量电信号的方法。1911 年，英国物理学家威廉・汤姆逊（William Thomson，即开尔文勋爵）发现金属的电阻会随着其形变而发生变化，这一发现为应变片的诞生奠定了理论基础。不过，当时这一现象仅停留在理论研究阶段，尚未形成实际应用的器件。

1938 年，美国加州理工学院的爱德华・西蒙斯（Edward Simmons）和亚瑟・鲁奇（Arthur Ruge）各自独立地研制出了最早的实用化金属应变片。他们将细金属丝粘贴在绝缘基底上，当基底随被测物体发生形变时，金属丝的长度和横截面积发生变化，从而导致电阻变化。这种早期的应变片虽然结构简单，但已经能够实现对机械应变的测量，开启了应变测量技术的新纪元。

1.2 技术初步发展阶段（1940 年代 - 1950 年代）

第二次世界大战期间，军事领域对结构应力测量的需求日益迫切，极大地推动了应变片技术的发展。在这一时期，应变片的制作工艺得到了改进，金属丝的材料选择更加合理，基底材料的性能也有所提升，使得应变片的测量精度和稳定性有了一定的提高。

1950 年代，箔式应变片应运而生。箔式应变片采用光刻技术将金属箔制成特定的图案，相比金属丝应变片，它具有更大的表面积，能够承受更大的电流，散热性能更好，并且可以根据测量需求设计成各种形状，适应不同的测量场景。箔式应变片的出现是应变片技术的一次重要突破，为其在工业领域的广泛应用创造了条件。

1.3 快速发展与多样化阶段（1960 年代 - 1980 年代）

1960 年代以后，随着电子技术的飞速发展，应变片的测量系统也日益完善。桥式测量电路的广泛应用使得应变片的信号检测更加精确，同时，信号放大、滤波、处理等电子线路的性能不断提升，进一步提高了应变测量的精度和可靠性。

这一时期，应变片的材料也呈现出多样化的趋势。除了传统的金属材料（如康铜、镍铬合金等），半导体应变片开始崭露头角。半导体应变片利用半导体材料的压阻效应，即当半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生显著变化，具有灵敏度高、响应速度快等优点。不过，半导体应变片也存在温度系数大、线性度较差等缺点，在一些对温度稳定性要求较高的场合应用受到限制。

此外，应变片的应用领域不断拓展，从最初的航空航天、机械制造等领域扩展到土木工程、生物医学、汽车工业等多个领域。例如，在土木工程中，应变片被用于监测桥梁、建筑结构的应变变化，评估结构的安全性；在生物医学领域，应变片被用于制作各种生理传感器，测量人体的血压、肌肉张力等生理参数。

1.4 高精度与智能化阶段（1990 年代至今）

进入 1990 年代，随着微机电系统（MEMS）技术的发展，微型化、集成化成为应变片技术的重要发展方向。MEMS 应变片具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优点，能够实现对微小应变的精确测量，并且可以与其他微电子器件集成在一起，构成智能化的测量系统。

同时，数字信号处理技术的应用使得应变测量系统的性能得到了进一步提升。通过采用数字滤波、自适应校正等技术，可以有效消除测量过程中的噪声和干扰，提高测量精度；利用微处理器对测量数据进行实时处理和分析，可以实现测量结果的数字化显示、存储和传输，方便数据的后续处理和管理。

在材料方面，新型合金材料和复合材料的研发为应变片的性能提升提供了新的可能。这些材料具有更好的温度稳定性、更高的疲劳寿命和更强的抗腐蚀能力，能够适应各种恶劣的工作环境。

二、威世（Vishay）创始人对压力应变片的贡献

威世（Vishay）是全球知名的电子元件制造商，在电阻、电容、电感等领域拥有广泛的产品线和深厚的技术积累。其创始人在压力应变片的发展过程中做出了重要贡献，推动了应变片技术的进步和应用。

2.1 创始人简介

威世公司由 Felix Zandman 博士于 1962 年创立。Zandman 博士是一位杰出的科学家和工程师，他在物理学和材料科学领域有着深厚的造诣，其研究成果为电子元件的发展奠定了重要基础。

2.2 技术贡献

1. 发明了箔式电阻应变片的关键制造技术

• Zandman 博士在箔式应变片的制造工艺方面进行了深入研究，发明了一种高精度的光刻技术，能够将金属箔精确地制成各种复杂的图案。这种技术不仅提高了箔式应变片的生产效率，还大大提升了其测量精度和一致性。采用该技术制造的箔式应变片具有更高的灵敏度、更好的线性度和更稳定的性能，为应变测量技术的发展提供了有力的支持。

• 推动了应变片材料的创新

• Zandman 博士认识到材料性能对变片性能的重要影响，带领研发团队致力于新型应变片材料的研究。他们开发出了一系列具有优异性能的合金材料，这些材料具有低温度系数、高疲劳寿命和良好的抗腐蚀性能，能够适应不同的工作环境和测量要求。例如，他们研发的一种镍铬合金材料，其温度系数可以控制在很小的范围内，大大提高了应变片在温度变化较大环境下的测量精度。

• 开发了集成化的应变测量系统

• Zandman 博士倡导将应变片与电子线路集成在一起，形成集成化的应变测量系统。这种系统将应变片、信号调理电路、放大电路、A/D 转换电路等集成在一个芯片或模块中，具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定等优点。集成化的应变测量系统不仅简化了测量系统的设计和安装过程，还提高了系统的可靠性和测量精度，为应变片在工业自动化、航空航天等领域的广泛应用创造了条件。

• 促进了应变片的标准化和规范化

1. 在 Zandman 博士的推动下，威世公司积极参与应变片行业标准的制定和修订工作，为应变片的标准化和规范化做出了重要贡献。通过制定统一的技术标准和测试方法，确保了不同厂家生产的应变片具有良好的兼容性和互换性，方便了用户的选择和使用，同时也促进了应变片行业的健康发展。

三、4 线制和 6 线制的使用方法与测量原理

4 线制和 6 线制是压力应变片测量中常用的两种接线方式，它们在测量原理和使用方法上存在一定的差异，适用于不同的测量场景。

3.1 4 线制

3.1.1 测量原理

4 线制测量法是通过四根导线将应变片与测量电路连接起来，其中两根导线用于给应变片提供激励电压（通常称为激励线），另外两根导线用于检测应变片的输出信号（通常称为信号线）。这种接线方式可以消除导线电阻对测量结果的影响，提高测量精度。

当激励电流通过激励线流过应变片时，应变片会产生一个与应变相关的电压信号。由于信号线只用于检测电压信号，不流过激励电流，因此导线电阻产生的电压降不会影响测量结果。这样，测量电路就能够准确地测量出应变片的输出信号，从而计算出被测物体的应变。

3.1.2 使用方法

4 线制的接线方式相对简单，具体步骤如下：

1. 将应变片的两个激励端分别通过两根激励线连接到测量电路的激励电压输出端（通常标记为 EX + 和 EX-）。
2. 将应变片的两个信号输出端分别通过两根信号线连接到测量电路的信号输入端（通常标记为 SIG + 和 SIG-）。
3. 确保接线牢固、接触良好，避免虚接和短路现象。
4. 根据测量需求，设置测量电路的激励电压、增益等参数。
5. 启动测量电路，进行应变测量。

4 线制适用于导线长度较短、对测量精度要求较高的场合，如实验室中的精密测量、小型结构的应变监测等。

3.2 6 线制

3.2.1 测量原理

6 线制测量法在 4 线制的基础上增加了两根补偿线（通常称为 Sense 线），用于检测激励电压在应变片两端的实际值。由于导线存在电阻，当激励电流流过激励线时，会在导线上产生电压降，导致应变片两端的实际激励电压小于测量电路输出的激励电压。6 线制通过 Sense 线检测应变片两端的实际激励电压，并将其反馈给测量电路，测量电路根据反馈的实际激励电压对测量结果进行修正，从而进一步提高测量精度。

3.2.2 使用方法

6 线制的接线方式相对复杂一些，具体步骤如下：

1. 将应变片的两个激励端分别通过两根激励线连接到测量电路的激励电压输出端（EX + 和 EX-）。
2. 将应变片的两个信号输出端分别通过两根信号线连接到测量电路的信号输入端（SIG + 和 SIG-）。
3. 将应变片的两个激励端分别通过两根补偿线连接到测量电路的补偿输入端（SE + 和 SE-）。
4. 确保接线牢固、接触良好，避免虚接和短路现象。
5. 根据测量需求，设置测量电路的激励电压、增益等参数，并开启激励电压补偿功能。
6. 启动测量电路，进行应变测量。

6 线制适用于导线长度较长、对测量精度要求极高的场合，如大型结构的远距离应变监测、高电压环境下的应变测量等。

3.3 4 线制与 6 线制的对比

对比项目	4 线制	6 线制
导线数量	4 根	6 根
测量原理	通过两根激励线提供电压，两根信号线检测信号，消除导线电阻对信号的影响	在 4 线制基础上增加两根补偿线检测实际激励电压，修正激励线电阻带来的误差
测量精度	较高	极高
接线复杂度	较低	较高
适用场景	导线较短、精度要求较高的场合	导线较长、精度要求极高的场合
成本	较低	较高

四、EX+、SE+、SIG+、SIG-、SE-、EX - 的含义与作用

在压力应变片的测量电路中，EX+、SE+、SIG+、SIG-、SE-、EX - 是常见的引脚标识，它们分别具有特定的含义和作用，正确理解和使用这些引脚对于保证测量系统的正常工作和测量精度至关重要。

引脚标识	含义	作用
EX+	激励电压正端	向应变片提供正的激励电压，为应变片的工作提供能量
EX-	激励电压负端	向应变片提供负的激励电压，与 EX + 构成回路，形成激励电流
SIG+	信号正端	输出应变片产生的正信号，将应变片的电阻变化转化为电压信号输出到测量电路
SIG-	信号负端	输出应变片产生的负信号，与 SIG + 构成差分信号，提高信号的抗干扰能力
SE+	补偿正端（Sense+）	检测应变片两端的实际正激励电压，用于激励电压的补偿，提高测量精度
SE-	补偿负端（Sense-）	检测应变片两端的实际负激励电压，与 SE + 配合，实现激励电压的精确补偿

在实际应用中，需要根据所采用的接线方式（4 线制或 6 线制）正确连接这些引脚。在 4 线制中，通常只需要连接 EX+、EX-、SIG+、SIG - 这四个引脚；而在 6 线制中，则需要将六个引脚全部连接，以实现激励电压的补偿功能。

五、高电压长线测量的远距离测量重量方法

在一些工业场景中，需要对远距离的物体重量进行测量，并且测量环境可能存在高电压，这给测量工作带来了诸多挑战。例如，在高压输电线路的铁塔上测量设备的重量，在大型钢铁厂的高压环境下测量钢材的重量等。采用压力应变片进行远距离重量测量是一种常用的方法，但需要解决高电压干扰、信号衰减、导线电阻影响等问题。

5.1 测量系统组成

高电压长线测量重量的系统主要由以下几个部分组成：

1. 应变片传感器：安装在被测物体上，将物体的重量转化为应变信号。
2. 信号调理模块：对传感器输出的微弱信号进行放大、滤波、隔离等处理，提高信号的质量和抗干扰能力。
3. 传输线路：用于将调理后的信号从测量现场传输到数据采集中心，由于距离较远，通常需要采用屏蔽电缆。
4. 数据采集模块：对传输过来的信号进行采集和转换，将模拟信号转化为数字信号。
5. 数据处理与显示模块：对采集到的数字信号进行处理、分析和计算，得到被测物体的重量，并进行显示和存储。

5.2 关键技术问题及解决方法

5.2.1 高电压干扰问题

高电压环境会产生强烈的电磁干扰，这些干扰会通过空间耦合、传导等方式进入测量系统，影响测量信号的准确性。为了解决高电压干扰问题，可以采取以下措施：

1. 采用隔离技术：在信号调理模块和数据采集模块之间采用光电隔离或磁隔离技术，将测量系统与高电压环境隔离开来，防止干扰信号通过电路传导进入测量系统。
2. 屏蔽处理：对传输线路和测量设备进行良好的屏蔽，采用屏蔽电缆传输信号，屏蔽层单端接地，减少电磁干扰的空间耦合。同时，将测量设备安装在屏蔽箱内，进一步提高抗干扰能力。
3. 接地处理：合理设计接地系统，将测量系统的接地与高电压设备的接地分开，避免地电位差带来的干扰。测量系统采用单点接地方式，减少接地环路的形成。

5.2.2 信号衰减问题

由于传输线路较长，信号在传输过程中会受到导线电阻、电容、电感等因素的影响，导致信号衰减和失真。为了解决信号衰减问题，可以采取以下措施：

1. 采用低噪声、高增益的信号调理电路：在测量现场对传感器输出的微弱信号进行放大，提高信号的幅值，减少传输过程中的衰减影响。
2. 选择合适的传输电缆：采用截面积较大、电阻较小的电缆作为传输线，减少导线电阻带来的信号衰减。同时，选择电容和电感较小的电缆，减少信号的失真。
3. 采用差分传输方式：利用差分信号传输的特点，即传输一对相位相反的信号，在接收端通过差分放大电路提取有用信号，抑制共模干扰和信号衰减。

5.2.3 导线电阻影响问题

在远距离测量中，导线电阻会对测量结果产生较大影响，尤其是在 4 线制测量中，如果导线电阻较大，会导致激励电压在导线上产生较大的压降，从而影响应变片的实际激励电压，进而影响测量精度。为了解决导线电阻影响问题，可以采用 6 线制测量方式，通过补偿线检测应变片两端的实际激励电压，并对测量结果进行修正，消除导线电阻带来的误差。

5.3 测量流程

1. 安装应变片传感器：将应变片正确粘贴在被测物体的合适位置，确保传感器与被测物体之间有良好的结合，能够准确感知物体的重量变化。
2. 连接测量系统：按照 6 线制接线方式将应变片传感器与信号调理模块连接起来，然后通过屏蔽电缆将信号调理模块与数据采集模块连接，最后将数据采集模块与数据处理与显示模块连接。
3. 系统校准：在测量前，对测量系统进行校准，通过施加已知重量的标准砝码，调整系统的参数，确保测量结果的准确性。
4. 开始测量：启动测量系统，被测物体的重量通过应变片传感器转化为应变信号，经过信号调理模块处理后，通过传输线路传输到数据采集模块，数据采集模块将模拟信号转化为数字信号并传输到数据处理与显示模块，最终得到被测物体的重量并进行显示和存储。

六、+12V 供电的信号处理方法

在压力应变片的测量系统中，信号处理模块通常需要稳定的供电电源。+12V 是一种常见的供电电压，采用 + 12V 供电的信号处理方法需要考虑电源的稳定性、噪声抑制、电压转换等问题，以确保信号处理电路的正常工作和测量精度。

6.1 电源稳压

+12V 供电电源可能会存在电压波动，这会影响信号处理电路的性能，导致测量误差。因此，需要对 + 12V 电源进行稳压处理，提供稳定的工作电压。常用的稳压电路有线性稳压电路和开关稳压电路两种。

6.1.1 线性稳压电路

线性稳压电路由调整管、基准电压源、误差放大电路等组成。其工作原理是通过调整管的电压降来稳定输出电压，当输入电压或负载电流变化时，误差放大电路会根据输出电压与基准电压的差值，调整调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。

线性稳压电路的优点是结构简单、输出电压纹波小、噪声低，适用于对电源噪声要求较高的场合。常用的线性稳压器有 LM1117-5.0、LM317 等，其中 LM1117-5.0 可以将 + 12V 电压稳定输出为 + 5V，LM317 可以实现输出电压的可调。

6.1.2 开关稳压电路

开关稳压电路通过控制开关管的导通和关断，将输入电压转换为高频脉冲电压，然后通过电感、电容等储能元件进行滤波，得到稳定的输出电压。开关稳压电路的效率较高，通常可以达到 80% 以上，适用于对电源效率要求较高的场合。

不过，开关稳压电路的输出电压纹波相对较大，噪声也较高，需要在输出端增加滤波电路来降低纹波和噪声。常用的开关稳压器有 LM2596、MP2307 等，它们可以将 + 12V 电压转换为 + 5V、+3.3V 等不同的电压。

6.2 信号放大

应变片输出的信号非常微弱，通常在毫伏级甚至微伏级，需要进行放大处理才能被后续的电路采集和处理。信号放大电路应具有高增益、低噪声、高共模抑制比等特点。

6.2.1 仪表放大器

仪表放大器是一种专门用于精密测量的放大器，它具有差分输入、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声等优点，非常适合用于应变片信号的放大。常用的仪表放大器有 AD620、INA128 等。

AD620 是一款常用的低成本仪表放大器，其增益可以通过外接电阻进行调整，增益范围为 1~1000，共模抑制比可达 100dB 以上，噪声低，非常适合用于应变片信号的放大。

6.2.2 放大电路设计

以 AD620 为例，其典型应用电路如图 1 所示。通过调整外接电阻 Rg 的阻值，可以改变放大器的增益，增益计算公式为：G = 49.4kΩ / Rg + 1。例如，当 Rg = 49.4kΩ 时，增益 G = 2；当 Rg = 494Ω 时，增益 G = 100。

在实际应用中，需要根据应变片的输出信号幅度和后续电路的输入要求，选择合适的增益。同时，为了减少噪声的影响，应选择精度高、温度系数小的电阻作为 Rg。

6.3 滤波处理

信号在采集和传输过程中会受到各种噪声的干扰，如工频干扰、电磁干扰等，这些噪声会影响测量结果的准确性。因此，需要对放大后的信号进行滤波处理，消除噪声干扰。

常用的滤波电路有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。在应变片测量系统中，由于应变信号通常是低频信号，而噪声主要是高频噪声和工频干扰（50Hz 或 60Hz），因此常采用低通滤波器和带阻滤波器。

6.3.1 低通滤波器

低通滤波器允许低频信号通过，而抑制高频信号。常用的低通滤波器有 RC 低通滤波器、有源低通滤波器等。有源低通滤波器由运算放大器和 RC 网络组成，具有较高的滤波性能和增益调节能力。

例如，二阶有源低通滤波器的截止频率可以通过 RC 元件的参数进行调整，其传递函数为：H (s) = 1 / (1 + sRC + (sRC)^2)。通过合理选择 R 和 C 的数值，可以将截止频率设置在合适的范围内，以滤除高频噪声。

6.3.2 带阻滤波器

带阻滤波器用于抑制特定频率范围内的信号，在应变片测量系统中，主要用于抑制工频干扰。常用的带阻滤波器有双 T 型带阻滤波器、有源带阻滤波器等。

双 T 型带阻滤波器由两个 T 型 RC 网络组成，其中心频率 f0 = 1 / (2πRC)，可以通过调整 R 和 C 的数值来设置中心频率，使其等于工频干扰的频率（如 50Hz），从而有效地抑制工频干扰。

6.4 信号隔离

在高电压环境下的测量系统中，为了防止高电压对信号处理电路和数据采集设备造成损坏，同时减少高电压干扰，需要对信号进行隔离处理。常用的信号隔离方法有光电隔离和磁隔离。

6.4.1 光电隔离

光电隔离利用光耦合器将输入信号和输出信号在电气上隔离开来。光耦合器由发光二极管和光敏三极管组成，当输入信号加在发光二极管上时，发光二极管发光，光敏三极管受到光照后导通，从而实现信号的传输。

光电隔离具有隔离电压高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，广泛应用于信号隔离电路中。常用的光耦合器有 4N25、PC817 等。

6.4.2 磁隔离

磁隔离利用变压器的磁耦合原理实现信号的隔离传输。通过将输入信号调制为高频信号，经过变压器耦合后，再进行解调，得到输出信号。

磁隔离具有隔离电压高、带宽宽、线性度好等优点，适用于高速信号的隔离传输。常用的磁隔离芯片有 ADuM5401、ISO7740 等。

七、24 位高精度采样的典型电路

24 位高精度采样电路能够对微弱的应变信号进行精确采集，为后续的数据处理和分析提供高质量的原始数据。该电路主要由信号调理电路、A/D 转换电路、基准电压源、微处理器等部分组成。

7.1 电路组成及工作原理

7.1.1 信号调理电路

信号调理电路的作用是对来自应变片的微弱信号进行放大、滤波、隔离等处理，使其满足 A/D 转换电路的输入要求。如前所述，采用仪表放大器（如 AD620）进行信号放大，采用低通滤波器和带阻滤波器进行滤波处理，采用光电隔离或磁隔离电路进行信号隔离。

7.1.2 A/D 转换电路

A/D 转换电路是高精度采样电路的核心，其性能直接影响采样精度。24 位 A/D 转换器具有较高的分辨率和转换精度，能够将模拟信号准确地转换为数字信号。常用的 24 位 A/D 转换器有 ADS1232、HX711 等。

ADS1232 是一款高精度、低噪声的 24 位 A/D 转换器，它具有差分输入、内置 PGA（可编程增益放大器）、内置振荡器等特点，非常适合用于应变片信号的采集。其转换速率可以通过外部电路进行调整，最高可达 10Hz。

7.1.3 基准电压源

基准电压源为 A/D 转换电路提供稳定的参考电压，其稳定性和精度直接影响 A/D 转换的精度。常用的高精度基准电压源有 REF5045、LM4040 等。

REF5045 是一款高精度、低温度系数的基准电压源，输出电压为 4.5V，温度系数可达 5ppm/℃，长期稳定性好，非常适合用于高精度 A/D 转换电路。

7.1.4 微处理器

微处理器用于控制 A/D 转换电路的工作，读取转换后的数字信号，并对其进行处理、存储和传输。常用的微处理器有 STM32 系列、MSP430 系列等。

STM32 系列微处理器具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，能够满足高精度采样电路的控制和数据处理需求。

7.2 典型电路设计

以 ADS1232 为核心的 24 位高精度采样典型电路如图 2 所示。该电路的工作原理如下：

1. 应变片输出的微弱信号经过 AD620 仪表放大器放大后，送入 ADS1232 的差分输入端（AINP 和 AINN）。
2. REF5045 提供的 4.5V 基准电压送入 ADS1232 的基准电压输入端（REFP 和 REFN）。
3. 微处理器通过 SPI 接口与 ADS1232 进行通信，控制 ADS1232 的启动转换、读取转换结果等操作。
4. ADS1232 将模拟信号转换为 24 位数字信号，并通过 SPI 接口传输给微处理器。
5. 微处理器对接收的数字信号进行处理、校准和补偿，得到最终的测量结果，并通过串口或其他接口将结果输出。

在电路设计中，需要注意以下几点：

1. 电源滤波：为 A/D 转换器、仪表放大器、基准电压源等提供稳定、干净的电源，在电源输入端增加电容滤波电路，减少电源噪声的影响。
2. 布线：合理布局电路板，避免信号线与电源线、时钟线等干扰源交叉，减少电磁干扰。模拟地和数字地应分开设计，最后单点连接，避免地环路的形成。
3. 接地：将电路的接地与大地良好连接，提高电路的抗干扰能力。

八、电路设计中的注意事项

在压力应变片测量系统的电路设计中，需要注意多个方面的问题，以确保系统的性能和可靠性。以下是一些关键的注意事项：

8.1 噪声控制

噪声是影响测量精度的主要因素之一，在电路设计中应采取有效的措施控制噪声。

1. 电源噪声控制：采用高质量的电源，在电源输入端和输出端增加滤波电容，减少电源纹波和噪声。对于高精度测量电路，可以采用线性稳压器或低噪声开关稳压器。
2. 信号路径噪声控制：尽量缩短信号线的长度，采用屏蔽电缆传输信号，减少外部电磁干扰的影响。在信号路径上避免与高噪声电路（如功率电路、时钟电路）靠近。
3. 接地噪声控制：合理设计接地系统，将模拟地和数字地分开，避免地电位差带来的噪声。采用单点接地方式，减少接地环路的形成。

8.2 温度影响

温度变化会对压力应变片的性能和电路的参数产生影响，导致测量误差。因此，在电路设计中需要考虑温度补偿措施。

1. 应变片温度补偿：选择具有良好温度稳定性的应变片，或者采用温度补偿电路（如串联补偿电阻、并联补偿电阻等）来抵消温度变化对测量结果的影响。
2. 电路温度补偿：对于电路中的关键元件（如电阻、电容、放大器等），选择温度系数小的元件。在电路中增加温度传感器，实时监测环境温度，根据温度变化对测量结果进行修正。

8.3 线性度和精度

线性度和精度是衡量测量系统性能的重要指标，在电路设计中应采取措施提高系统的线性度和精度。

1. 选择高精度元件：选用高精度的电阻、电容、放大器、A/D 转换器等元件，减少元件本身的误差对系统精度的影响。
2. 合理设计放大电路：放大电路的线性度会影响系统的整体线性度，应选择线性度好的放大器，并合理设计放大倍数，避免放大器进入非线性区。
3. 校准：在系统设计完成后，进行严格的校准，通过施加已知的标准信号，调整系统的参数，提高系统的测量精度。

8.4 可靠性和稳定性

测量系统应具有较高的可靠性和稳定性，能够在长时间内稳定工作。

1. 元件选型：选择质量可靠、性能稳定的元件，避免使用劣质元件。对于关键元件，应进行筛选和测试。
2. 电路保护：在电路中增加过压保护、过流保护、反接保护等电路，防止外部异常情况对电路造成损坏。
3. 散热设计：对于功率较大的元件（如稳压器、功率放大器等），应进行良好的散热设计，避免元件因温度过高而损坏，影响系统的稳定性。

8.5 抗干扰能力

在工业环境中，测量系统会受到各种电磁干扰的影响，因此需要提高系统的抗干扰能力。

1. 屏蔽：对电路和设备进行良好的屏蔽，采用金属外壳或屏蔽罩，减少外部电磁干扰的侵入。
2. 滤波：在电源输入端、信号输入端等位置增加滤波电路，滤除干扰信号。
3. 隔离：采用隔离技术（如光电隔离、磁隔离）将系统的不同部分隔离开来，防止干扰信号的传导。

结论

压力应变片作为一种重要的传感元件，其发展历程见证了科技的不断进步。从早期的金属丝应变片到如今的 MEMS 应变片，从 4 线制测量到 6 线制测量，每一次技术的突破都为压力应变测量带来了更高的精度和更广泛的应用。

威世创始人 Felix Zandman 博士在箔式应变片的制造技术、材料创新、集成化系统开发等方面做出了卓越贡献，推动了应变片技术的发展和应用。

在实际应用中，正确理解和使用 4 线制、6 线制测量方式，掌握 EX+、SE+、SIG+、SIG-、SE-、EX - 等引脚的功能，对于提高测量精度至关重要。在高电压长线测量场景下，需要解决高电压干扰、信号衰减、导线电阻影响等问题，采用合适的测量系统和信号处理方法。

基于 + 12V 供电的信号处理方法和 24 位高精度采样电路是实现高精度测量的关键，在电路设计中需要注意噪声控制、温度影响、线性度和精度、可靠性和稳定性、抗干扰能力等问题。

随着科技的不断发展，压力应变片技术将不断创新和进步，在更多领域发挥重要作用，为工业自动化、航空航天、医疗健康等领域的发展提供有力的支持。未来，压力应变片将朝着更高精度、更小体积、更低功耗、更智能化的方向发展，为人们的生产和生活带来更多的便利和创新。