传感器项目实验--金属箔式应变片性能

实验一传感器项目实验

《箔式应变片性能——单臂电桥和双臂电桥》

一、实验目地：

1．了解电阻应变片传感器的转换原理。

2．了解电阻应变片直流电桥的工作原理和特性。

3．利用电阻应变片直流电桥测量传感器的电压，比较单臂电桥和双臂电桥的灵敏度。

二、实验仪器：

直流稳压电源DH-VC2-4V 档、电桥模块、差动放大器、箔式应变片、测微头及连接件、电压表或万用表、九孔板接口平台和传感器试验台。

三、实验原理：

1、应变片的转换原理

电阻应变片传感器由粘贴了电阻应变敏感元件的弹性元件和变换测量电路组成。被测力学量作用在一定形状的弹性元件上（如悬臂梁等）使之产生变形。这时，粘贴在其上的电阻应变敏感元件将力学量引起的形变转化为自身电阻值的变化，再由变换测量电路将电阻的变化转化为电压变化后输出。

工程中使用最多的电阻应变敏感元件是金属箔或半导体电阻应变片。

考查一段圆截面的导体（金属丝），如图1，设其长为L ，截面积为A （直径为D ），原始电阻为R

R A

ρ= (1)

式中，ρ为金属丝的电阻率。

当金属丝受到轴向力F 而被拉伸（或压缩）产生形变，其电阻值会随之变化。

理论和实验表明，金属材料在被拉伸（或压缩）时电阻的相对变化R

与其应变

成正比。用公式可以表示为

K R

ε= （2）式中，K 为金属丝材料的应变灵敏系数,与材料和加工方式有关，L

ε= 为

金属丝的线应变。以上就是金属材料的应变电阻效应。

2．电桥的工作原理和特性（1）电桥的工作原理

图2 是一个直流电桥。A 、C 端接直流电源，称供桥端，U o 称供桥电压；B 、D 端接测量仪器，称输出端

334212[()()]

BD BC CD O U U U U R R R R R R =+=+-+ （3）（2）电桥的加减特性

电桥的四个桥臂都由应变片组成，则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化(电阻拉伸时，阻值增加；电阻压缩时，阻值减小)，电桥也将有电压输出。理论分析表明，当供桥电压一定且i i R R << 时，对于全等臂电桥，R 1=R 2=R 3=R 4=R ，

各桥臂应变片灵敏系数相同，此时可用电压输出增量式表示

? U=0.25 U O (? R 1 / R 1- ? R 2 / R 2+ ? R 3 / R 3- ? R 4 / R 4) （4）式（4）为电桥转换原理的一般形式，现讨论如下：

（a ）当只有一个桥臂接应变片时（称为单臂电桥），桥臂R 1为工作臂，且工作时电阻由R 变为R +△R ，其余各臂为固定电阻R （△R 2=△R 3=△R 4=0），则式（4）变为

? U=0.25 U O (? R / R)= 0.25 U O K ε （5）

（b ）若两个相邻臂接应变片时（称为双臂电桥，即半桥）,（见图3）即桥臂R 1、R 2为工作臂，且工作时有电阻增量△R 1、△R 2，而R 3和R 4臂为固定电阻R （?R 3=?R 4=0）。当两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时，则有△R 1=△R 2=△R ，由式（4）可得△U =0。当一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，则有△R 1=△R ，△R 2=－△R ，由式（4）可得

? U =2[ 0.25 U O (? R / R) ]=2 [ 0.25 U O K ε] (6)

（c）当四个桥臂全接应变片时（称为全桥），（见图4），R

1=R

=R，

都是工作臂，△R1=△R3=△R，△R2=△R4=－△R，则式（4）变为 ? U=4[ 0.25 U O (? R / R) ]=4 [ 0.25 U O Kε] (7)

此时电桥的输出比单臂工作时提高了四倍，比双臂工作时提高了二倍。

（3）电桥的灵敏度

电桥的灵敏度S是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小

S=? U/(? R/ R)= 0.25 U O (? R1 / R1- ? R2 / R2+ ? R3 / R3- ? R4 / R4)/ (? R/ R)

令 n=(?R1 / R1- ? R2 / R2+ ? R3 / R3- ? R4 / R4)/ (? R/ R)

则S=0.25n U O (8)式中，n 为电桥的工作臂系数．

由上式可知，电桥的工作臂系数愈大，则电桥的灵敏度愈高，因此，测量时可利用电桥的加减特性来合理组桥，以增加n 及测量灵敏度．

在实验中，单臂电桥和双臂电桥时的灵敏度都用此式计算：S＝ΔU／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔU为相应万用表显示的电压相应变化）。最后和理论分析的结果相比较。

四、实验步骤：

1、了解所需模块、器件设备等，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。测微头在双平行梁后面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。安装测微头时，应注意是否可以到达磁钢中心位置；

2、差动放大器调零：V+接至直流恒压源的+15V,V-接至-15V,调零模块的GND与差

动放大器模块的GND 相连，V REF 与V REF 相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端V P （＋）、反相端V N （－）与地短接。用万用表测差动放大器输出端的电压；开启直流恒压源；调节调零旋钮使万用表显示为零；

3、根据图1接线R 1、R 2、R 3为电桥模块的固定电阻，R 4则为应变片；将直流恒压源的打至±4V 档，万用表置20V 档。开启直流恒压源，调节电桥平衡网络中的电位器W1，使万用表显示为零；

+4V

-4V

电桥平衡网络

差动放大器

万用表R 1

R 2

R 3

V N

V P

GN D

22K

图1

4、将测微头转动到10mm 刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使万用表显示最小，再旋动测微头，使万用表显示为零（细调零），并记下此时测微头上的刻度值（要准确无误地读出测微头上的刻度值）。

5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移(X )记下万用表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX ＝0.5mm 记一个数值填入下表：

3X 片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使万用表显示表显示为零，重复（5）过程同样测得读数，填入下表：

位移变化，ΔU 为相应万用表显示的电压相应变化）。

8 、在同一坐标纸上描出X -U 曲线，比较两种接法的灵敏度。注意事项：

(1)在记录数据之前，请将测微头调至一个合适位置。合适位置：指的是测微头螺杆最长及最短时，万用表示数的范围要足够大。调节方法：通过调整测微头支杆座的高度来实现；

(2)在旋转旋钮时，请不要转动测微头支杆。

第二部分结构安装及相关说明

一、传感器实验台一各部分名称及安装图示

1、机箱

2、平行梁压块及座

3、激励线圈及螺母

4、磁棒

5、器件固定孔

6、应变片组信号输出端

7、激励信号输入端

8、振动盘

9、振动盘锁紧螺钉10、垫圈11、测微头座12、双平行梁13、支杆锁紧螺钉14、测微头15、连接板锁紧螺钉16、支杆锁紧螺钉17、支杆18、连接板19、应变片（中间一片为备用）

20、磁棒锁紧螺钉(在隔块后面) 21、隔块及固定螺钉

说明：①、在做静态实验需要将测微头装上，做动态实验不需要测微头；

②、使用振动盘时，须先卸下振动盘，再装上所需的结构，不要在没有卸下之前，装上其它结构。

二、电源及信号源的说明

三、差动放大器模块说明及其组合

差动放大器组合

附：差动放大器的工作原理图

N2+-R3R2W2R4R5

56W1

V-差动放大器原理图

V++

-3241N17AD 620R1V P

GN D V N 6V-

V+47OU T

R 10

V+V-

OP 07

AD 620管脚分布图

234

678R G -I N RE F

OU T R G +I N -V S

+V S OP 07管脚分布图

1234

5678-I N +I N V OU T N.C.

V-

V+V T RIM O S V T RIM O S

电阻应变片粘贴实验报告

实验报告（三）电阻应变片的粘贴实验目的: 1、初步掌握电阻应变片的粘贴技术； 2、初步掌握焊线和检查。实验设备和器材: 1、电阻应变片 2、试件 3、砂布 4、丙酮（或酒精）等清洗器材 5、502粘接剂 6、测量导线 7、电烙铁电阻应变片的工作原理: 1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。 2、当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。实验步骤:

1、定出试件被测位置，画出贴片定位线。 2、在贴片处用细砂布按45°方向交叉打磨。 3、然后用浸有丙酮（或酒精）的棉球将打磨处擦洗干净（钢试件用丙酮棉球，铝试件用酒精棉球）直至棉球洁白为止。 4、一手拿住应变片引线，一手拿502胶，在应变片基底底面涂上502胶（挤上一滴502胶即可）。 5、立即将应变片底面向下放在试件被测位置上，并使应变片基准对准定位线。将一小片薄膜盖在应变片上，用手指柔和滚压挤出多余的胶，然后手指静压一分钟，使应变片和试件完全粘合后再放开。从应变片无引线的一端向有引线的一端揭掉薄膜。 6、在紧连应变片的下部贴上绝缘胶布，胶布下面用胶水粘接一片连接片（焊片）。 7、将应变片的引线和连接应变仪的导线相连并焊接在连接片上，以便固定。用绝缘胶布将导线固定在梁上。实验心得体会（必须写，不少于300字）经过今天的这次试验我知道了电阻应变片是根据电阻应变效应作成的传感器。在发生机械变形时，电阻应变片的电阻会发生变化。使用时，用粘合剂将应变计贴在被测试件表面上，试件变形时，应变

实验一金属箔式应变片实验报告

厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验项目：实验一、二、三金属箔式应变片 ——单臂、半桥、全桥实验台号：专业：物联网工程年级： 2014级班级： 1班学生学号： ITT4004 学生姓名：黄曾斌实验时间： 2016 年 5 月 20 日

实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一．实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二．基本原理金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为R=ρL/S 。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：式中R R /?为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，L L /?=ε 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元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。输出电压： 1.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；输出 U O14/εEK =。 2.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；半桥电压输出U O2 2/εEK =。 3.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。全桥电压输出U O3 εEK =。三．需用器件与单元 CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。 ()() E R R R R R R R R U O 43213 241++-=

-应变片单臂电桥性能实验

周康海洋技术1121班学号：2 实验一应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量ε L ; dr/r为导体的横向应变量ε r 由材料力学得：ε L = - με r (1—3) 4） 2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。

(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取（1—5）其灵敏度系数为： K= 金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。 3、贴片式应变片应用在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（压阻效应）传感器。＊本实验以金属箔式应变片为研究对象。 4、箔式应变片的基本结构金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成，如图1—1所示。 (a) 丝式应变片 (b) 箔式应变片图1—1应（a）、单臂 Uo＝U①－U③ ＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E ＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E 设R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K为灵敏度系数。则Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE

电阻应变片

电阻应变片一、应变计的分类根据敏感栅材料可分为金属、半导体及金属或金属氧化物浆料等三类： 1、金属应变计包括丝式（丝绕式、短接式）应变计、箔式应变计和薄膜应变计； 2、半导体应变计包括体型半导体应变计、扩散型半导体应变计和薄膜半导体应变计； 3、金属或金属氧化物浆料主要是制作厚膜应变计。二、应变计的主要参数 1、应变计的电阻值应变计的电阻是指应变计在室温环境、未经安装且不受力的情况下，测定的电阻值。应变计电阻值的选定主要根据测量对象和测量仪器的要求。 2、应变计的灵敏系数应变计的灵敏系数是指：当应变计粘贴在处于单向应力状态的试件表面上，且其纵向(敏感栅纵线方向)与应力方向平行时，应变计的电阻变化率与试件表面贴片处沿应力方向的应变(即沿应变计纵向的应变)的比值，即式中，K为应变计的灵敏系数；ε为试件表面测点处与应变计敏感栅纵线方向平行的应变；RRΔ为由ε所引起的应变计电阻的相对变化,常用的应变计灵敏系数为2.0~2.4。 3、应变计的疲劳寿命: 应变计的疲劳寿命是指：在恒定幅值的交变应力作用下，应变计连续工作，直至产生疲劳损坏时的循环次数。三、金属电阻应变片应用与工作原理电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作间接测量。用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，从而实现应变的测量。金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸或压缩)的大小而发生相应的变化。电阻应变效应的理论公式如下: R=ρ*(L/S)式中：ρ—电阻率(Ω·mm2/m) L—金属丝的长度(m) S—金属丝的截面积(mm2) 由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加;当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，只要能测出电阻值的变化，便可知金属丝的应变情况。这种转换关系为 ΔR/R=Koε式中:R—金属丝电阻值的变化量; Ko—金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方法确定,且在弹性极限内基本为常数值; ε—金属材料的轴向应变值,即ε=ΔL/L，因此又称ε为长度应变值,对金属丝而言,其值勤在0.24~0.4之间。在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测饥械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。这时，电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。电路原理：通常传感器采用四片等值电阻组成惠氏顿等桥电路。R,B为输入端，G,W为输出端，RS起到保护电路的作用。通过调节RS、R1调节电路的零点平衡。

应变片单臂半桥全桥性能比较实验

应变片单臂半桥全桥性能比较实验 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验应变片基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应 (a) 丝式应变片 (b) 箔式应变片应变片结构图（a）单臂（b）半桥（c）全桥应变片测量电路在差动放大器增益相同的情况下：半桥电压表读数是单臂的两倍，全桥电压表读数是单臂的四倍。因此在整个实验过程中都要保持放大器增益不变。单臂：在应变片测量原理图中R1、R2、R3为固定电阻，RX为金属箔式应变片。半桥：在应变片测量原理图中R1、R2、为固定电阻，R3、RX为金属箔式应变片。R3与RX符号相反。

全桥：在应变片测量原理图中R1、R2、R3、RX全为金属箔式应变片。全桥实验时图中四个电阻均为金属箔式应变片，接线时两相邻的应变片的位置符号相反，对应位置的应变片符号相同。应变片测量原理图实验步骤：一、调零： 1、按图接线差动放大器调零接线示意图 2、增益电位器RW3顺时针轾轻转到底再逆时针回调1圈，再调RW4使电压表在 200mv时显示为零。二、单臂实验： 1、按图接线后用RW1调零。 2、把10个20克的法码放到托盘上调增益RW3使电压表显示为50mv。 3、把法码全取下再依放上读取数据填于表中。 4、关闭电源，取下法码。应变片单臂电桥性能实验数据应变片单臂电桥实验接线示意图三、半桥实验： 1、按图接线。应变片半桥实验接线示意图 2、用RW1调零(增益RW3和放大器调零RW4保持在单臂实验壮态不变) 。

金属箔式应变片性能实验报告

实验报告姓名：学号：班级：实验项目名称：实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥，半桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况；：验证单臂、半桥性能及相互之间关系。实验原理：单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、全部四个桥臂（用应变片）阻值都随被测物理量而变化。电桥的灵敏度：电桥的输出电压（或输出电流）与被测应变在电桥的一个桥臂上引起的电阻变化率之间的比值，称为电桥的灵敏度。如图是直流电桥，它的四个桥臂由电阻R1、R2、R3、R4组成，U。是供桥电压，输出电压为：当R1×R3=R2×R4则输出电压U为零，电桥处于平衡状态。如果将R4换成贴在试件上的应变片，应变片随试件的受力变形而变形，引起应变片电阻R4的变化，平衡被破坏，输出电压U发生变化。当臂工作时，电桥只有R4桥臂为应变片，电阻变为R＋R，其余各臂仍为固定阻值R,代入上式有组桥时，R1和R3，R2和R4受力方向一致。实验步骤（电路图）：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。

（3）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。图1金属箔式应变片性能—单臂电桥电路（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V 表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。（5）——往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm 记一个数值填入下表：（6）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F ／V表显示的电压相应变化）。 (7) 将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复（5）过程同样测得读数，填入下表：实验结果及分析：单臂电桥结果：位移（mm）-1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 电压（mv）-0.057 -0.044 0.012 0.025 0.036 灵敏度计算：电压变化的平均值=0.013mv S=ΔV／ΔX=0.026mv/mm 结果分析：半桥的灵敏度是单臂电桥灵敏度的2倍。实验中的注意事项及实验感想、收获或建议等：

电阻应变片例题与练习题

电阻应变片传感器例题与习题例题：

例2-3 采用阻值为120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为4V ，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1 000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。解：单臂时40U K U ε=，所以应变为1时660102410244--?=??==U K U ε/V ，应变为1000时应为330102410244--?=??==U K U ε/V ；双臂时2 0U K U ε=，所以应变为1时 6 6 01042 10242--?=??==U K U ε/V ，应变为1000时应为 33 010*******--?=??==U K U ε/V ；全桥时U K U ε=0，所以应变为1时 60108-?=U /V ，应变为1000时应为30108-?=U /V 。从上面的计算可知：单臂时灵敏

度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。例2-4 采用阻值R =120Ω灵敏度系数K =2.0的金属电阻应变片与阻值R =120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V 。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV ，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？解：由于不知是何种工作方式，可设为n ，故可得：得n 要小于2，故应采用全桥工作方式。例 2-5 解：（1）沿纵向粘贴时：由112 10t E 0.49E 210N /m σ σεεμε=??= = =?， 6R R R K K 20.490.9810R εε-??=?=?=?=? （2）沿圆周向粘贴时： 66R 0.30.49100.14710R με--?=-=-??=-? 例2-6 解：按题意要求圆周方向贴四片相同应变片，如果组成等臂全桥电路，当四片全感受应变时，桥路输出信号为零。故在此种情况下，要求有补偿环境温度变化的功能，同时桥路输出电压还要足够大，应采取两片31R R 、贴在有应变的圆筒壁上做敏感元件，而另两片4 2R R 、

应变片实验报告

传感器实验--- 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较【实验目的】了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。【所需单元及部件】直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压 /频率表、电源，重物加在短小的圆盘上。【旋钮初始位置】直流稳压电源打到 +2V 挡，电压/频率表打到2V 挡，差动放大增益最大。【应变片的工作原理】当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。设有一根长度为 L 、截面积为S 、电阻率为p 的金属丝，在未受力时，原始电阻为当金属电阻丝受到轴向拉力 F 作用时，将伸长横截面积相应减小 A S ,电阻率因晶格变化等因素的影响而改变 Ap 故引起电阻值变化 AR 。对式（1 — 1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：【测量电路】应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。通常金属电阻应变片灵敏度系数 K 很小，机械应变一般在 10X10-6?3000X 10-6之间，可见，电阻相对变化是很小的。例如，某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变 1000 10 -6 ，应变片的电阻值为120 ，灵敏度系数 K=2,则电阻的 R 相对变化量为 K 2 1000 10 -6 =0.002，电阻变化率只有 0.2%。这样小的电阻变化，用一 R 般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化。最常用的电路为电桥电路。 R L S R L S (1-2)

直流电桥的电压输出当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以，可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为 R 1 R 3 R 2 R 4 (R I R 2X R 3 R 4) 设电桥为单臂工-作状态，即R i 为应变片，其余桥臂均为固定电阻。当R i 感受应变产生电阻增衡引起的输出电压为根据式（1-4）可得到输出电压为 duoo oLho （a ）单臂（b ）半桥（c ）全桥图1-1应变电桥 (1-3) R i 时，由初始平衡条件 R 1R 3 R 2R 4 得負 t ，代入式（1-3），则电桥由于 R 1产生不平 R 2 (R 1 R 2)2 R 1U R 1 R 2 (R 1 R 2)2 R 1 L U (1-4) 对于输出对称电桥，此时 R 1 R 2 R ，R 3 R 4 R',当R 1臂的电阻产生变化 R 1 R ,

金属箔式应变片-电桥性能实验

实验一金属箔式应变片――电桥性能实验（一）单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。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，如图1-1所示，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。图1-1 图1-2 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，

如图1-2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= R R R R E ??+?? 211/4 （1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021???- R R 。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，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。 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 2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） 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。 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，计下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。表1－1 重量(g) 电压(mV) 五、实验报告根据表1－1计算系统灵敏度S ＝ΔU/ΔW （ΔU 输出电压变化量，ΔW 重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/y F..S ×100％。（式中Δm 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；y F ·S 为满量程（200g ）输出平均值）六、注意事项加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！

普通金属应变片常见参数和使用方法

普通金属应变片常见参数和使用方法本文档简要的介绍了应变及应变片相关的内容，包括个人在使用中应变片的关键参数，查到的一些应变片品牌，以及应变片的使用技巧，尽管最终应变用的是淘宝货，但这些查阅的资料对应变片的选型和使用很有帮助。其中应变计基础知识引自章和电气。目录关键参数 (2) 应变计命名规则 (2) 国产金属应变片举例 (2) 应变片基础知识 (3) 区分应力与应变的概念 (3) 应变片的构造及原理 (4) 惠斯通电桥概述 (5) 温度补偿 (7) 应变片粘贴 (8) 残余应力的概念 (11) 常见品牌： (12)

关键参数应变计命名规则常见应变计命名规则应变计命名规则国产金属应变片举例

应变片基础知识所谓“应力”，是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。如图1所示：在圆柱体的项部向其垂直施加外力P的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力——内力。该内力被物体（这里是单位圆柱体）的截面积所除后得到的值即是“应力”，或者简单地可概括为单位截面积上的内力，单位为Pa（帕斯卡）或N/m2。例如，圆柱体截面积为A(m2),所受外力为P(N牛顿)，由外力=内力可得，应力：（Pa或者N/m2）这里的截面积A与外力的方向垂直，所以得到的应力叫做垂直应力。图1 ，那么圆柱体的长度则的比值所表示的伸长率（或压缩与外力同方向的伸长(或压缩)方向上的应变称为“轴向应变”。应变表示的是伸长率（或压缩率），属于无量纲数，没有单位。由于量值很小(1×10-6百万分之一)，通常单位用“微应变”表示，或简单地用μE表示。而单位圆柱体在被拉伸的状态下，变长的同时也会变细。直径为d0的棒产生Δd的变形时，直径方向的应变如下式所示：这种与外力成直角方向上的应变称为“横向应变”。轴向应变与横向应变的比称为泊松比，记为υ。每种材料都有其固定的泊松比，且大部分材料的泊松比都在0.3左右。

实验一-金属箔式应变片实验报告

成绩：预习审核：评阅签名：厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验项目：实验一、二、三金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥实验台号：专业：物联网工程年级：2014级班级：1班学生学号：ITT4004 学生姓名：黄曾斌实验时间：2016 年 5 月20 日

电阻应变片的结构及工作原理

电阻应变片的结构及工作原理电阻应变片的结构如图4-1-3所示，其中，敏感栅是应变片中把应变量转换成电阻变化量的敏感部分，它是用金属丝或半导体材料制成的单丝或栅状体。引线是从敏感栅引出电信号的丝状或带状导线。 (1)粘结剂：是具有一定电绝缘性能的粘结材料，用它将敏感栅固定在基底上。 (2)覆盖层：用来保护敏感栅而覆盖在上面的绝缘层。 (3)基底：用以保护敏感栅，并固定引线的几何形状和相对位置。电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。我们知道，金属导线的电阻R 与其长度L 成正比，与其截面积A 成反比，即 A L R ρ= (4-1-3) 式中ρ是导线的电阻率。如果导线沿其轴线方向受力产生形变，则其电阻值也随之发生变化，这一物理现象被称为金属导线的应变——电阻效应。为了说明产生这一效应的原因，可将式（4-1-3）取对数后进行微分得 ρ ρd A dA L dL R dR +-= (4-1-4) 式中，L dL 为金属导线长度的相对变化，用轴向应变来表示，即L dL =ε；A dA 是截面积的相对变化。2r A π=（r 为金属导线的半径），，r dr A dA 2= r dr 是金属导线半径的相对变化，即径向应变 r 。导线轴向伸长的同时径向缩小，所以轴向应变与径向应变r 有下列关系： μεε-=r (4-1-5) 为金属材料的泊松比。根据实验，金属材料电阻率相对变化与其体积的相对变化之间的关系为V dV C d =ρρ，C 为金属材料的一个常数，如铜丝C =1 。由L A V ?= 我们可导出V dV 与、r 之间的关系。 1 2 3 4 5 图4-1-3 电阻应变片 1-敏感栅；2-引线；3-粘结剂； 4-覆盖层；5-基底

应变片性能实验

实验一应变传感器的性能研究一、实验类型：验证性实验。二、实验目的 1. 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式； 2. 测试应变梁变形的应变输出； 3. 验证单臂、半桥、全桥测量电桥的输出关系，比较不同桥路的功能。三、实验内容 1. 设计并实现应变传感器的测试桥路； 2. 测量单臂、半桥、全桥测量电桥的输出，记录数据、绘制关系曲线，并分析。四、实验原理 1. 本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/ R3、ΔR4/R4，当使用一个应变片时，∑?= R R R ；当二个应变片组成差动状态工作，则有 2R R R ?= ∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2 = R3 = R4 = R ，4R R R ?= ∑。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。 2. 已知单臂、半桥和全桥的 R ∑分别为ΔR/R 、2ΔR/R 、4ΔR/ R 。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4E R ??∑，电桥灵敏度//Ku V R R =?，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。五、实验要求 1. 熟悉CSY 系统传感器实验系统； 2. 能自行设计实现应变式传感器的测量桥路； 3. 掌握应变式传感器的各种测量电路的性能。六、实验仪器设备主机箱中的±2V~±10V(步进可调)直流稳压电源、±15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。

金属箔式应变片半桥性能实验报告

南京信息工程大学传感器实验(实习)报告实验(实习)名称金属箔式应变片半桥性能实验实验(实习)日期12.2得分指导老师系专业班级姓名学号实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。实验内容：基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。实验步骤： 1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。将实验模板差动放大器调零：用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。图2 应变式传感器半桥接线图 2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。注意R2应和R3受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。调节实验模板上的桥路平衡电位器R W1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的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（或500 g）砝码加完。记下实验数据填入表2画出实验曲线，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δ。实验完

毕，关闭电源。实验结果：表2 解：S=200/80=2.5 δ=Δm/y FS×100％=1/200x100%=0.5%

实验三__应变片全桥性能实验

实验三应变片全桥性能实验一、实验目的：了解应变片全桥工作特点及性能。掌握测量方法。二、基本原理：应变片基本原理参阅实验一。应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。应变片全桥测量电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uo≈(△R／R)E＝KεE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。图3—1应变片全桥性能实验接线示意图三、需用器件和单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。四、实验步骤：将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕，关闭电源五、实验结果及分析位移（mm）0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 电压（mv）0 -0.03 -0.07 -0.10 -0.14 -0.17 -0.20 位移（mm）-3.5 -4.0 -4.5 -5.0 -5.5 电压（mv）-0.23 -0.27 -0.30 -0.34 -0.37 位移（mm）0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 电压（mv）0.01 0.05 0.09 0.13 0.18 0.23 0.27

位移（mm） 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 电压（mv）0.32 0.36 0.41 0.46 0.51 最小二乘法拟合如图所示由此可知灵敏度为0.07935，经计算最大非线性误差为0.039mv，线性度为7.69%。六、实验心得实验中应变梁的自由端产生负位移后，重新回到位移原点时，其电压值并不为零，这体现了传感器的迟滞。迟滞误差在本次拟合中修正了。

传感器实验报告应变片测量

传感器实验报告一、实验原理利用电阻式应变片受到外力发生形变之后，金属丝的电阻也随之发生变化。通过测量应变片的电阻变化再反算回去应变片所受到的应变量。利用电桥将电阻变化转化成电压变化进行测量，电桥的输出电压经过应变放大仪之后输出到采集卡，labview 采集程序通过采集卡读取到应变放大仪的输出。 1 4 电桥输出电压与导体的纵向应变ε之间的关系为： 1 4 v V K ε=??? (1.1) 其中K 为电阻应变片的灵敏系数，V 为供桥电压，v 为电桥输出电压。由上式可知通过测量电桥输出电压再代入电阻应变片的灵敏系数就可以求出导体的纵向应变，即应变片的纵向应变。二、实验仪器悬臂梁一条应变片一片焊盘两个 502胶水一瓶电阻桥盒一个 BZ2210应变仪一台采集卡一个电脑一台砝码一盒三、实验步骤 1、先用砂纸摩擦桥臂至光滑，再用无水乙醇擦拭桥臂； 2、拿出应变片和焊盘，将502胶水滴在应变片及焊盘背面，把其贴在桥臂上，并压紧应变片； 3、使用电烙铁将应变片和焊盘焊接起来，再将焊盘跟桥盒连接起来，这里采用的是1 桥的接法； 4、将桥盒的输出接入到应变放大仪的通道1； 5、应变仪的输出接到采集卡上； 6、运行labview 的采集程序进行测试；

7、改变砝码的重量，从采集程序记录得出的数据。 8、对所得的数据做数据处理。四、实验数据

五、数据分析 1、线性度分析取出实验数据的0~250g的部分做线性度分析，数据如表2所示。

对上述数据进行初步分析，第一组跟第三组数据都是呈线性的，而第二组数据在70g-100g 这里却有了0.0013的变化，变化较大，不符合理论值，所以在进行数据分析时排除第二组数据，仅适用第一、第三组数据进行数据分析。对第一、第三组数据使用MATLAB 进行分析，先将两组数据做曲线拟合，得到拟合曲线之后将x 代入拟合曲线中求出对应的值，再把两组数据的端点取出做直线，将两条线相减得到最大差值，分别求出两组数据的最大差值，再代入公式max =100%L FS L Y γ?± ? 求出每组数据的线性度。FS Y 指的是满量程输出，这里取重量为250g 的数据。具体实现的MATLAB 代码： x=[0 10 20 30 40 50 70 100 120 150 170 200 250]; x0=[0 250]; y01=[2.8646 2.8734]; y03=[2.8736 2.8828]; y1=[2.8646 2.8646 2.8648 2.8652 2.8653 2.8687 2.8662 2.8677 2.8681 2.8696 2.8701 2.8715 2.8734];%第一组数据 y2=[2.8613 2.8615 2.8619 2.8623 2.8625 2.8629 2.8637 2.865 2.8657 2.8668 2.8836 2.8847 2.886];%第二组数据 y3=[2.8736 2.8739 2.8742 2.8745 2.8749 2.8752 2.876 2.8771 2.8778 2.879 2.8798 2.8807 2.8828];%第三组数据 p1=polyfit(x,y1,1); p2=polyfit(x,y2,1); p3=polyfit(x,y3,1); p4=polyfit(x0,y01,1); p5=polyfit(x0,y03,1);

金属箔式应变片实验

实验A 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、基本原理：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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4 1位数显万用表（自备）。 2 图1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图

四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。 1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R 2、R 3、R4和加热器上。传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。〕安装接线。 2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。 3、应变片单臂电桥实验：拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原(见图1接线图)。调节实验模板上的桥路平衡电位器R W1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的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（或500 g）砝码加完。记下实验结果填入表1画出实验曲线。 4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ， δ=Δm/y FS ×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：y FS 满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。实验完毕，关闭电源。五、思考题：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）应变片（3）正、负应变片均可以。

应变片实验报告

传感器实验---- 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较【实验目的】了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。【所需单元及部件】直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压/频率表、电源, 重物加在短小的圆盘上。【旋钮初始位置】直流稳压电源打到±2V挡，电压/频率表打到2V挡，差动放大增益最大。【应变片的工作原理】当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。设有一根长度为L、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为（1-1）当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长ΔL，横截面积相应减小ΔS，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔR。对式（1－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有:

ρ ρ ?+?-?=?S S L L R R （1-2）【测量电路】应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。通常金属电阻应变片灵敏度系数K 很小，机械应变一般在10×10-6～3000×10-6之间，可见，电阻相对变化是很小的。例如，某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变101000?=ε-6，应变片的电阻值为Ω120，灵敏度系数K=2,则电阻的相对变化量为 ??==?10002εK R R 10-6 =0.002，电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化，用一般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化。最常用的电路为电桥电路。（a ）单臂（b ）半桥（c ）全桥图1-1 应变电桥直流电桥的电压输出当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以，可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即

金属箔式应变片

实验二金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、实验原理应变片的安装位置如图2-2所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各电阻应变片已接入到“THVZ-1 型传感器实验箱”上，从左到右依次为R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。图2-2 应变式传感器安装示意图金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。金属的电阻表达式为： l R S ρ= （1）当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： R l S R l S ρρ ????=-+ （2）式中的l l ?为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×610mm mm -）。若径向应变为r r ?，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为l r r l μ??=-（），因为S S ?=2（r r ?），则（2）式可以写成： 01212R l l l k R l l l l l ρρρμμρ??????=++=++=?（）（）（3）式（3）为“应变效应”的表达式。0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个

因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是ρρε?（），是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过调理转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 εσE = （4）式中 ζ——测试的应力； E ——材料弹性模量。可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态，对单臂电桥输出电压 U= EK ε/4，式中E 为电桥供电电压，K 为应变灵敏系数。应变式传感器信号调理实验电路图如图2-1所示。图2-1应变式传感器信号调理实验电路图三、实验设备 THVZ-1型传感器实验箱中应变式传感器实验单元、砝码、万用表（自备）、信号调理挂箱、应变式传感器调理模块。四、实验内容与步骤

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