实验一 金属箔式应变片 单臂、半桥、全桥性能比较实验

一、实验目的

比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性误差，得出相应的结论。

二、实验原理

电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为

?R?k?? （1） R?l?Rk为应变灵敏系数；??为电阻丝长度相对变化。式中 为电阻丝电阻相对变化；

lR金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1所示，将四个金属箔式应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，则应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。

图1 应变式传感器安装示意图

三、主要实验设备

1．应变传感器实验模块 2．托盘 3．砝码

4．±15V、±4V电源 5．直流电压表 6. 万用表（自备）

四、实验内容

1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图2所示R5=R6=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

U0?E?4?R/R （2）

1?R1??2R其中，E为电桥电源电压。

2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo接数显电压表（选择2V档）。将电位器调节放大倍数的Rw4调到适当位置（注意：不能置于逆时针最小位置！），调节电位器Rw3使电压表显示为0V。关闭主控台电源（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）。

3．按图2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。

图2 单臂电桥面板接线图

4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上

主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。

5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1。

表1 单臂、半桥、全桥测量时，输出电压与砝码重量的关系

重量(g) 电压(mV)

6．不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 U0? 单臂 半桥 全桥 E?k??E?R （3） ??22R式3表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

保持Rw3、Rw4的位置不变，按图3接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边；加托盘后调节Rw1将电桥调零；在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1。

图3 半桥电桥面板接线图