1、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：R/R=K，式中 R/
2、R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，= l/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 12oRnUEE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
3、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 0=2=2E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： 1oRUEE 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=350.（2）从主控台接入15V 电源，检查无误后，合上主控台电
4、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
5、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。3、全桥性能测试差动放大器调零后，按图 31-4 接线，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 0.020V 左右， 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数值，直到200g 砝码加
6、完。五、 实验数据及数据分析处理：表一：单桥性能测试/20 40 60 80 100 120 140 160 180 200/2.0 6.1 10.5 14.8 18.1 22.4 26.5 31.2 36.5 40.9拟合/1.65 5.93 10.21 14.48 18.76 23.04 27.32 31.59 35.87 40.15/0.35 0.17 0.29 0.32 0.66 0.64 0.82 0.39 0.63 0.75计算灵敏度 =0.2139/计算非线性误差1=100%=0.41%表二：半桥性能测试/20 40 60 80 100 120 140 160 180 200/1
7、0.0 18.4 27.2 36.1 44.7 53.4 62.2 70.9 79.7 88.3拟合/9.84 18.56 27.28 36.01 44.73 53.45 62.17 70.90 79.62 88.34/0.16 0.16 0.08 0.09 0.03 0.05 0.03 0.00 0.80 0.43计算系统灵敏度 =0.43615/计算非线性误差1=100%=0.215%表三：全桥性能测试/20 40 60 80 100 120 140 160 180 200/21.4 42.8 63.7 84.0 104.5 125.1 146.2 166.3 187.7 207.8拟合/
8、21.89 42.57 63.25 83.93 104.6 125.3 146.0 166.7 187.3 208.0/0.49 0.23 0.47 0.07 0.11 0.19 0.23 0.35 0.37 0.21计算灵敏度 =1.034/计算非线性误差1=100%=0.235%六、思考题：1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）（3）正、负应变片均可以？答：正、负应变片均可以。当采用负应变片时，得到的电压是负值。2、半桥测量时两个不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。答：邻边。3、全桥测量中，当两组对边（R1、R3 为对边）值 R 相同时，即 R1R3，R2R4，而 R1R2 时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。答：不可以。4、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因 为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。答：电桥测量原理上存在非线性。
