实验1 金属箔式应变片实验
1实验(一)金属箔式应变片性能-单臂电桥
电子信息工程学系实验报告课程名称：传感器与检测技术成绩：实验项目名称：实验（一）金属箔式应变片性能-单臂电桥时间：2011.09.09指导教师（签名）：班级：测控091 姓名：陈云学号：910707153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。
实验环境:CSY-910型传感器实验仪：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V 表、主、副电源。
实验内容及过程:1、实验原理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Rl、R2、R3、R4中，设桥臂四个电阻的阻值和变化量相同，即：R1=R2=R3=R4=R，△R1=△R2=△R3=△R4=△R。
电阻的相对变化率分别为△Rl/Rl、△R2/R2、△R3/R3、△R4/R4，当使用一个应变片时，为单臂电桥，总的变化率为ΣR＝△R/R；当两个应变片组成差动半桥状态工作时，总的变化率为ΣR＝2△R/R；用四个应变片组成差动全桥工作时，总的变化率为ΣR＝4△R/R.。
由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
2、旋钮初始位置直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。
3、实验步骤(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，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和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节；电阻r下方的电位器是W1，其调节旋钮位于左边，电容C上方的电位器是W2，其调节旋钮位于右边。
(2)将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正(＋)、负(－)与地短接。
实验一金属箔式应变片实验报告
成绩：预习审核：评阅签名：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：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RR/∆为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，LL/∆=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 O22/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 O3εEK=。
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）。
四．实验步骤()()ERRRRRRRRUO43213241++-=1．根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的BF 1、BF 2、BF 3、BF 4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R BF1= R BF2= R BF3= R BF4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2．差放调零 3．电桥调零4．在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g 砝码加完。
金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较(自检实验一)
实验报告实验项目名称：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较同组人试验时间年月日，星期，节实验室K2，508传感器实验室指导教师一、实验目的1、了解金属箔式应变片，单臂、半桥、全桥的工作原理和工作情况。
2、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
二、实验原理电阻丝在外来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：式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。
同时，由于应变片敏感栅丝的温度系数的影响，以及应变栅线膨胀系数与被测试件的线膨胀系数不一致，产生附加应变时，在被测体受力状态不变时，由于温度影响，输出会有变化。
金属箔式应变片是用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅，箔栅厚一般在0.003-0.01mm之间，箔材表面积大，散热条件好。
金属箔式应变的电阻变化范围很小，用欧姆表测量其阻值的变化十分困难，所以我们一般会用电桥来测试金属箔式应变的变化，将电阻的变化量转换成电压的变化量。
图6.1 应变电桥电路由于电压源电桥的测试精度受电源电压波动影响，测量灵敏度也随之变化，所以本实验是有恒流源供电:,（2-1）图6.1（a）为单臂电桥电路，R1为应变片电阻，R2、R3、R4为固定电阻,,代入式（2-1）。
图6.1（b）为半桥电桥电路，R1、R2为应变片电阻，R3、R4为固定电阻,,代入式（2-1）。
图6.1（c）为全桥电桥电路，R1、R2、R3、R4为应变片电阻，,,代入式（2-1）。
三、所需单元及部件STIM-01模块、STIM-05模块;±15V电源、万用表;电子连线若干四、实验步骤一、单臂电桥性能实验1、按图6.2连接好各模块，接上模块电源。
2、称重盘上不放任何东西，使STIM-01模块差动放大器上的增益调节到最大，调节STIM-05模块上的电位调节旋钮，使STIM-01模块差分放大输出OUT1接近于0V（用万用表测得）。
1实验(一)金属箔式应变片性能-单臂电桥
1实验(一)金属箔式应变片性能-单臂电桥
金属箔式应变片是一种检测应变的设备，它可以测量在物体表面的微小的变形，以此
作为绘制应力应变的数据源。
它的基本原理是所测量的物体表面会发生变形，随之介质
（金属）会形成一个电容，从而用电容的变化来反应物体表面变形的程度，从而用来检测
应力和形变。
金属箔式应变片常用于测量应变等物理量。
单臂电桥测量应变片的特点是它可以测量
微小的电阻变化值。
在使用单臂电桥测量应变片时，由于应变片材料中存在着金属箔，可
以使得箔片电阻匹配单臂电桥，也可以消除外部干扰。
金属箔片是电路负载的一种元器件，它可以完成不同的测量，检测电阻变化。
为了测量微小的电阻，要求金属箔的材料非常薄，这样能够得到更精确的测量结果。
在使用金属箔式应变片的测量过程中，要求被测物体弯曲的幅度越小越好，这样可以
更好地达到更精确的测量结果，同时测量时间也会更短。
此外，为了准确测量应变片，在
装配时也要十分谨慎，为了避免出现短路或漏电等问题，在大多数情况下，专业的技术人
员会配合单臂电桥的调试工作，保证安装的牢固可靠。
总的来说，金属箔式应变片可以用来测量物体表面的小变形，是重力加载、压力加载、风压加载和扭转加载等因素变形分析的首选应变测试仪器。
单臂电桥测量应变片具有测量
结果精准灵敏、成本低、操作方便和测量过程简单等优点，在微小变形测量方面应用广泛，是一种成熟且可靠的应力应变测量工具。
金属箔式应变片实验
表1-1电桥输出电压与所加负载重量值 重 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 量 (g)
电压 19.6 39.0 58.9 78.8 98.6 118.3 137.8 157.2 176.7 196.5 (mV)
重 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 量 (g)
实验一 金属箔式应变片实验
1、 实验目的
了解金属箔式应变片的应பைடு நூலகம்效应，掌握直流全桥电桥的工作原理及
工作性能，理解电阻式传感器的工作原理与工作特性，加深实际测量系
统设计中桥式电路应用的认识。
二、实验仪器
应变式传感器实验单元、砝码、直流电压表、±15V电源、±4V电 源，传感器调理电路挂件。
三、实验原理
四、实验内容与步骤
1．应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实 验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、 R4，可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。
图1-1 应变式传感器安装示意图
图1-2 应变式传感器全桥实验接线图 2．把直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误 后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中 间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差 动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表，调节实 验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源 开关。（注意：当Rw4的位置一旦确定，就不能改变。）
金属的电阻表达式为： （1） 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，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化。对式 （1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： （2） 若径向应变为，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为， 因为=2（），则（2）式可以写成： （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。称金属电阻的灵敏系数，从式 （3）可见，受两个因素影响，一个是（1+），它是材料的几何尺寸变 化引起的，另一个是，是材料的电阻率随应变引起的。对于金属材料而 言，以前者为主，则，对半导体，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=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，而根据应力应变关 系： （4） 可以测得应力值σ。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。
传感器实验报告
传感器实验报告实验一金属箔式应变片单臂电桥实验数据处理线性拟合V=5.767*x-0.422 灵敏度为5.767思考题：（1） 本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。
直流稳压源输出应稳定，且不超过负载的额定值。
放大器应对差模信号有较好放大作用，无零漂或零漂小可忽略。
（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。
灵敏度将大幅度降低，线性性也将变差，电压随位移的变化将变得十分小。
因为横向补偿片原本是横向粘贴在悬梁臂上的，用于补偿应变片测量的横向效应。
在悬梁臂形变的时候，横向补偿片仅仅横向部分发生形变，而应变片敏感栅往往很粗而且有效长度短，因此阻值变化小。
实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验数据处理V=11.95*x+0.778灵敏度为11.95思考题：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。
在梁上下表面受力方向相反的应变片相当于将形变放大两倍，，因此，ΔV/ΔX大约是实验一中的两倍。
（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。
同方向的两片应变片相互抵消，输出为零。
（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥的灵敏度约是单臂的两倍。
实验三金属箔式应变片四臂电桥(全桥)的静态位移性能V=24.15*x+1.4灵敏度问24.15思考题：（1）如果不考虑应变片的受力方向，结果又会怎样。
对臂应变片的受力方向应接成相同，邻臂应变片的受力方向相反，否则相互抵消没有输出（2）比较单臂，半桥，全桥各种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。
实验四金属箔式应变片四臂电桥（全桥）振动时的幅频性能实验数据处理思考题：（1）在实验过程中，观察示波器读出频率与频率表示值是否一致，据此，根据应变片的幅频特性可作何应用。
不一致。
可以根据这个原理反向测出梁的震动频率，利用应变片读出峰值，在找到对应的频率值即可。
实验一金属箔式应变片实验报告
实验一金属箔式应变片实验报告一、引言金属箔式应变片是一种常用的测量材料应变的传感器。
它由一层金属箔制成，可以通过测量箔片在外力作用下的形变来推算出材料的应力和应变。
本实验旨在通过使用金属箔式应变片，了解其原理并掌握测量材料应力和应变的方法。
二、实验目的1.了解金属箔式应变片的原理和使用方法；2.熟悉测量材料应变的实验步骤和操作技巧；3.通过实验，掌握金属箔式应变片的线性度和稳定性。
三、实验器材1.金属箔式应变片2.可调节力臂的托盘3.数字万用表4.检测电缆5.基板四、实验步骤1.准备工作(1)将金属箔式应变片粘贴在基板上，确保其与基板良好接触。
(2)将检测电缆与金属箔式应变片焊接连接，确保连接良好。
(3)将托盘放在平稳的台面上，并将托盘的力臂调整至合适位置。
2.实验测量(1)将标准质量放置在托盘的力臂上，记录下其质量数值。
(2)通过将标准质量增加或减小，使得金属箔式应变片在不同的载荷下产生不同的应变。
(3)使用数字万用表测量金属箔式应变片上的电压输出值，并记录。
3.实验数据处理(1)将实验得到的电压输出值与标准质量进行对应，得到应变值。
(2)通过计算应变的变化率，得到材料的应力和应变关系。
(3)绘制应力-应变曲线，并用最小二乘法拟合出线性程度。
五、实验结果与讨论在实验中我们得到了金属箔式应变片的电压输出值和标准质量的对应关系，并通过计算得出了应变的变化率。
将应力与应变关系绘制成图表，通过拟合得出了线性程度。
在实验中，我们还观察了金属箔式应变片的稳定性，并分析了其受到外界条件变化的影响。
六、实验结论通过实验，我们了解了金属箔式应变片的原理和使用方法，并掌握了测量材料应变的实验步骤和操作技巧。
通过对实验数据的处理和分析，我们得出了金属箔式应变片的线性程度和稳定性，并得出了应力与应变的关系。
实验结果表明，金属箔式应变片可以有效测量材料的应变，并具有较好的线性度和稳定性，适用于材料应变的测量。
实验一金属箔式应变片实验报告
实验一-金属箔式应变片实验报告金属箔式应变片实验报告一、实验目的1.学习和了解金属箔式应变片的基本原理和应用。
2.掌握应变片的粘贴和测试方法。
3.通过实验数据分析，理解应变、应力和弹性模量的关系。
二、实验原理金属箔式应变片是一种用于测量物体应变的传感器，其工作原理基于电阻的应变效应。
当金属导体受到拉伸或压缩时，其电阻值会发生变化。
这种现象称为“应变效应”。
利用这一原理，可以将应变片粘贴在待测物体上，通过测量电阻值的变化来推算物体的应变。
三、实验步骤1.准备材料：金属箔式应变片、放大镜、砂纸、酒精、丙酮、吹风机、应变计、电阻表、加载装置（如砝码或液压缸）。
2.选定待测物体并清理表面。
对待测物体表面进行打磨、清洁和干燥处理，确保表面无油污和杂质。
3.粘贴应变片：将金属箔式应变片粘贴在待测物体表面，确保应变片与物体表面完全贴合，无气泡和褶皱。
使用放大镜观察应变片的位置和贴合程度。
4.连接电阻表：将应变片的引脚连接到电阻表上，确保连接稳定可靠。
5.加载待测物体：采用适当的加载装置对待测物体进行加载，使物体产生应变。
记录加载过程中电阻表读数的变化。
6.数据记录：在加载过程中，每隔一定时间记录一次电阻表读数，并观察应变片应变的规律。
当应变达到最大值时，停止加载并记录最终的电阻值。
7.数据处理和分析：根据记录的电阻值和已知的应变系数，计算出物体的应变值。
分析应变、应力和弹性模量之间的关系。
四、实验结果与分析1.应变测量结果：通过电阻表测量得到应变片的电阻值变化量，根据应变系数计算得到物体的应变值。
2.应力和弹性模量之间的关系：根据弹性力学的基本原理，应力和弹性模量之间存在一定的关系。
本实验中，通过测量物体的应变和应力，可以进一步计算出物体的弹性模量。
3.应变片灵敏度的分析：通过比较不同应变片在同一物体上的测量结果，可以分析应变片的灵敏度和精度。
五、实验总结通过本次实验，我们学习和了解了金属箔式应变片的基本原理和应用，掌握了应变片的粘贴和测试方法，并通过实验数据分析，理解了应变、应力和弹性模量的关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验一 金属箔式应变片实验
一、实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥、半桥和全桥测量电路的工作原理和性能。
二、实验仪器
双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、±5V 电源、差动放大器、电压放大器、万用表。
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
εK R
R
=∆ (1-1) 其中
为电阻丝阻值相对变化；
K 为应变灵敏系数
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，将四个金属箔应变片（R1、R2、R3、R4）分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。
图 1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图
通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。
电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图 1-2 所示 R6=R7=R8=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
R
R
R E U +∆=
140 (1-2) E 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%1002R
R
L ∆-
=
图 1-2 单臂电桥面板接线图
对于半桥差动，传感器的输出为
R
R E U ∆=
20 （1-3）
接线图为图1-3
图1-3 半桥差动接线图
对于全桥差动，电桥的输出为
R
R
E
U ∆=0 （1-4） 接线图为图1-4
图1-4 全桥差动接线图
四、实验内容与步骤
（1）单臂电桥
1．悬臂梁上的各应变片已分别接到调理电路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．按图1-2 只接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接数显电压表（选择200mV 档），开启直流电源开关。
将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使电压表显示为0V。
关闭直流开关电源。
（两个增益调节的位置确定后不能改动）
3．按图1-2 接好所有连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R6、R7、R8 构成一个单臂直流电桥。
电桥输出接到“差动放大器”的输入端，电压放大器的输出接数显电压表。
预热五分钟。
4．加托盘后调节Rw2 使电压表显示为零（采用200mV 档）。
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，记录实验数据填入表1-1。
表1-1
（2）半桥差动
1．应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。
2．按图1-3接好“差动放大器”和“电压放大器电路”。
“差动放大器”调零，参考单臂电桥；
3．按图1-3 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。
4．加托盘后电桥调零，参考单臂电桥实验步骤4。
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1-2。
（3）全桥差动
1．应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4均为应变片，可参考图1-1。
2．差动放大器调零，参考单臂电桥实验。
3．按图1-4 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。
4．加托盘后电桥调零，参考单臂电桥实验步骤4。
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1-3。
五、实验报告
1．根据实验所得数据计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU 输出电压变化量，ΔW 重量变化量）；
2．计算单臂电桥，半桥差动和全桥差动的非线性误差δf1=Δm/y F.S ×100％。
六、注意事项
实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。
因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5kg），以免造成应变传感器的损坏！。