实验一应变片单臂电桥性能实验8页
传感器原理,,单臂桥实验报告
传感器原理,,单臂桥实验报告单臂半桥全桥传感器实验报告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：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Uo1= EKε/4。
图1-1 应变式传感器安装示意图三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1．根据图（1-1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2．接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源（注意：当Rw3、Rw4的位置一旦确定，就不能改变。
一直到做完实验三为止）。
3．将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±4V（从主控台引入），此时应将±4地与±15地短接。
实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
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、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=K ε，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=RR 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⋅∆⋅-RR 。
四、实验内容与步骤（略）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．数据处理１．实验数据如下表所示：表1－1２．最小二乘法计算如下所示：３．数据计算结果（1）由上图可得系统灵敏度：S=ΔV/ΔW=1.243mV/g（2）由上图可得非线性误差：Δm =0.527mV(最大的点)y FS=249mVδf =Δm / yFS×100%=0.21%。
实验一应变片单臂电桥性能实验
实验一应变片单臂电桥性能实验
实验一：应变片单臂电桥性能实验
实验设备：
1. 应变片：选择合适的应变片，并保证其表面干净、光滑。
2. 悬挂支架：用于固定应变片。
3. 变压器：提供所需的电源电压。
4. 电压表：用于测量电压值。
5. 多用表：用于测量电阻、电流等参数。
实验步骤：
1. 将应变片固定在悬挂支架上，使其能够受到外力引起的变形。
2. 将应变片连接到单臂电桥电路中，其中三个电阻分别为R1、R2、R3。
3. 通过调节R3的阻值，使得电桥平衡，即电桥两个输出端的
电压为零。
4. 测量R3的阻值。
5. 给电桥施加一定的外力，观察电桥的输出电压变化情况。
6. 根据电桥输出电压的变化，计算应变片的应变值。
实验原理：
应变片是一种可以将外力作用下的应变转化为电阻变化的器件。
在单臂电桥电路中，由于应变片的变形导致其电阻值发生变化，从而引起电桥不平衡，产生输出电压。
通过调节R3的阻值，
使得电桥平衡，即电桥两个输出端的电压为零，可以得到应变片的相对电阻变化量。
根据此相对电阻变化量，可以计算出应变片的应变值。
实验注意事项：
1. 应保证应变片的表面光滑，并且避免应变片受到过大的外力导致破坏。
2. 在进行电桥平衡调节时，应谨慎调节R3的阻值，以避免短路或断路的情况发生。
3. 在测量电桥输出电压变化时，应注意观察其变化趋势，并保证测量的准确性。
4. 在计算应变值时，应根据实验所使用的应变片的特性曲线进行计算，以获得更为准确的结果。
金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
金属箔式应变片是一种测量物体应变的传感器。
它由金属箔制成，其形状和尺寸随应变恒定地改变。
通常，金属箔式应变片被粘贴到物体上，以测量该物体的应变。
为了实现测量，必须将应变片作为电桥的一部分，以便以电信号的形式测量物体的应变。
单臂电桥是一种含有一根臂的常规电桥，这个臂是一个金属箔式应变片。
单臂电桥常用于测量物体的微小应变，因为它能够提供极高的灵敏度和精度。
在本次实验中，我们将测量单臂电桥的性能，并研究如何使用它来测量物体的应变。
实验步骤：
1.将单臂电桥接入一个稳定的电源电路。
2.将一个金属杆或物体加入电桥电路，在物体上粘贴一个应变片。
3.使用数字多用表（DMM）检测电桥的电阻，并记录其值。
4.施加一个已知的应变到应变片上（例如用千分尺或细度卡测量），并记录DMM的值。
5.再次检测电桥的电阻，并将其记录下来。
重复以上步骤，测量不同大小的应变并记录结果，并绘制应变与电桥电阻的关系曲线。
结果分析：
根据获得的数据，可以绘制出应变与电桥电阻的关系曲线。
这个曲线应该是线性的，因为应变片对一个物体的应变是线性的。
此曲线可用于测量未知应变的物体。
通过测量电桥电阻并使用该曲线，我们可以计算出未知物体的应变值。
总之，单臂电桥是一种灵敏和高精度的应变测量工具，可用于测量各种应用场景中的多种物体的微小应变。
在进行实验时，应注意实验室安全，并根据实验结果和所使用的工具及设备的说明书，确定测量值的准确性和可靠性。
山东交通学院实验一 金属箔式应变片性能一单臂电桥
实验一金属箔式应变片性能一单臂电桥一、实验目的：了解金属箔式应变片及单臂电桥的工作原理。
二、实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥工作原理：箔式应变片是最常用的测力传感元件，使用时应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测试体受力发生形变时，应变片的敏感栅长度也随同发生变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，将应变片电阻的变化变成电信号输出，完成力（非电量）与电量的转换。
差动电桥电路是应变片最常用的测量电路，当桥路4个电阻处于对臂阻值乘积相等时，电桥平衡，输出为零。
设：桥臂四个电阻分别是R1、R2、R3、R4，各电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，如:R1=R2=R3=R4=R、ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR、ΔR＜＜R, 则：桥路输出电压（Vo）为：Vo=Vi×(ΔR1/R1+ΔR2/R2+ΔR3/R3+ΔR4/R4)/4 = Vi×(ΔR/R)/4，注：Vi——供桥电压，由此可知当使用一个应变片（单臂电桥）时：Vo=Vi（ΔR/R）/4；当使用二个应变片（半桥）时：Vo=Vi（ΔR/R）/2；当使用四个应变片（全桥）时：Vo=Vi（ΔR/R）；因此在差动电桥电路中单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三、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（998A 和N型适用）或应变悬臂梁（998B型适用）、砝码、F/V表。
四、旋钮初始位置：直流稳压电源置±4V档，F/V表置2V档，差动放大增益最大。
五、实验步骤：1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察称重传感器（998A和N型适用）或应变悬臂梁（998B型适用）上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。
2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器正（+）、负（-）端对地短接。
差动放大器输出端与F/V表的输入插口Vi相连；差动放大器增益旋至最大，开启主电源，然后调整差动放大器调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主电源。
金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
实验1 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：1、了解金属箔式应变片的应变效应2、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：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V 电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R 1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右图1－1 应变式传感器安装示意图2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。
关闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4的位置一旦确定，就不能改变。
一直到做完实验为止）。
3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。
检查接线无误后，合上主控台电源开关。
实验一 应变片单臂、半桥、全桥实验
实验一金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥性能实验一、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。
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。
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，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2。
全桥测量电路中其桥路输出电压U03=KEε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤：1、根据图(1-1)应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
图1-1 应变式传感安装示意图2、接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器R w3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)。
关闭主控箱电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好)，接好电桥调零电位器R w1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。
实验1 金属箔式应变片单臂电桥性能实验
实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验
一、实验目的：
比较单臂电桥与全桥的不同性能,了解单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：
将全桥桥的三个邻边用固定电阻替代, 只用一片应变片工作，电桥输出灵敏度进一步降低，非线性进一步增大。
桥路输出电压U03=EK/4ε，比全电桥灵敏度降低1/4。
三、需用器件与单元：
同上
四、注意事项：
1）务必保持Rw1，Rw2, Rw3 ,Rw4不变。
2) 单臂电桥调零时数显电压表需从20V档逐步换成2V档。
五、实验步骤：
1) 保持实验十四过程,取下5只砝码，抬起应变式传感器R2, R3开关, 将应变式传感器接成单臂电桥，调Rw5使数显电压表指示应为零, 务必保持Rw1，Rw2, Rw3 ,Rw4不变。
2）每加1只砝码，记下电压表读数，填入表8：（也可用特性实验PC数据采集软件操作）。
表8：
3）作出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ.
4）与全桥作一对比，有何关系？。
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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)
式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。
将式（1—3）代入式（1—2）得：
（1—4）
式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。
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。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
半导体材料之所以具有较大的电阻变化率，是因为它有远比金属导体显著得多的压阻效应。
在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
不同材质的半导体材料在不同受力条件下产生的压阻效应不同，可以是正（使电阻增大）的或负（使电阻减小）的压阻效应。
也就是说，同样是拉伸变形，不同材质的半导体将得到完全相反的电阻变化效果。
半导体材料的电阻应变效应主要体现为压阻效应，其灵敏度系数较大，一般在100到200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应变片结构图
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，与丝式应变片工作原理相同。
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。
5、测量电路
为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。
电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。
能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。
电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。
因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。
基本电路如图1—2（a）、（b）、（c）所示。
（a）单臂（b）半桥（c）全桥
图1—2 应变片测量电路
（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
(b)、双臂(半桥)
同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE
(C)、全桥
同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE
6、箔式应变片单臂电桥实验原理图
图1—3 应变片单臂电桥性能实验原理图
图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻，R1为应变片； RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源±4V。
桥路输出电压Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE 。
差动放大器输出为Vo。
三、需用器件与单元：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；4
1位数显万用表（自备）。
2
四、实验步骤：
应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。
实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是
350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。
加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。
多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。
图1—4 传感器托盘安装示意图
2、测量应变片的阻值（不要求）：当传感器的托盘上无重物时，分别
测量应变片R1、R2、R3、R4的阻值。
在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片：阻值变大，受压的应变片：阻值变小。
）。
图1—5测量应变片的阻值示意图
3、实验模板中的差动放大器调零：按图1—6示意接线，将主机箱上
的电压表量程切换
开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器RW3合适位置(先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈)后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
图1—6差动放大器调零接线示意图
4、应变片单臂电桥实验：关闭主机箱电源，按图1—7示意图接线，将±2V～±10V可调电源调节到±4V档。
检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。
图1—7应变片单臂电桥实验接线示意图
应变片单臂电桥性能实验数据
5、实验完毕，关闭电源。
希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：
1、有志者自有千计万计，无志者只感千难万难。
2、实现自己既定的目标，必须能耐得住寂寞单干。
3、世界会向那些有目标和远见的人让路。