南昌大学物理实验报告
课程名称： 普通物理实验（3）
实验名称： 金属箔式应变片传感器性能研究
学院： 专业班级：
学生姓名： 学号：
实验地点： 座位号：
实验时间：
一、 实验目的：
1.了解金属箔式应变片的应变效应，掌握单臂电桥工作原理和性能。 2.比较全桥、、半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
3.了解全桥测量电路的优点及其在工程测试中的实际应用。
二、 实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、、数显电压表、±15V和±4V电源
三、 实验原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，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：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。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，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，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。通过这些应变片转换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、单臂电桥实验如图1-1所示，R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥。
其输出电压
Uo?n?1?n?2??R1?E R1E为电桥电源电压，R为固定电阻值，上式表明单臂电桥输出为非线性，存在着非线性误差
2、半桥差动电路如图1-2，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边。
图1-2
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
E为电桥电源电压，上式表明，差动半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
3、全桥测量电路如图1-3，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，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：
Uo??R1E R1E为电桥电源电压，上式表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍。
四、 实验内容：
1、单桥性能测试
（1）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，可用多用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω.
（2）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，输出端U02接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V，Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。
（3）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，见图31-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V，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，调节Rw1，使电压表显示为零（不为零亦可）。
（4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码并读取相应的数显表值，表格自拟。
2、半桥性能测试
差动放大器调零后，按图31-3接线。调节Rw1，使电压表显示为零。
在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示10mV左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，表格自拟。