实验一 直流电桥实验
一、实验目的：
金属箔式应变片的应变效应，单臂、半桥、全桥测量电路工作原理、性能。
二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、试验台（数显电压表、正负15V直流电源、正负4V电源）。
三、实验原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形，电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，关系式：
?R?k?(1-1) R式中
?R为电阻丝电阻相对变化； R?l为电阻丝长度相对变化。 l为应变灵敏系数；
??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1-1所示，将四个金属箔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，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。当受到压力时，上面二个应变片被拉伸，下面二个应变片则被压缩。
图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图
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，
(1) 单臂电桥：如图1-2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(1-2)
1?R1??2R为电桥电源电压；
式(1-2)表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=?1?R??100%。 2R(2) 半桥：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图1-3。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?式中
E?k??E?R(1-3) ??22R?R为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数； R?l??为电阻丝长度相对变化；
l为电桥电源电压。
式(1-3)表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
（3）全桥：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图1-4，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出
Uo=E?式中为电桥电源电压。
?R (1-4) R?R为电阻丝电阻相对变化； R式(1-4)表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。 (4) 比较：根据式(1-2)、(1-3)、(1-4)电桥的输出可以看出，在受力性质相同的情况下，单臂电桥电路的输出只有全桥电路输出的1/4，而且输出与应变片阻值变化率存在线性误差；半桥电路的输出为全桥电路输出的1/2。半桥电路和全桥电路输出与应变片阻值变化率成线性。
四、实验内容与步骤：
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。 R1、R3为梁上部电阻，R2、R4为梁下部电阻，当悬臂梁一端加重物时，R1、R3受拉力，R2、R4受压力。
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Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4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）拔掉差动放大器输入端的短接线。
图1-2 单臂电桥面板接线图
图1-3单臂实验结果参考
3．按图1-2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。