金属箔式应变片-电桥性能实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压Uo= EKε/4。
半桥测量电路中，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 o＝EKε／2。
全桥测量电路中，将受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。
其桥路输出电压U o＝KE ε。
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。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：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。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、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表2K 电阻档进行测量判别。
金属箔式应变片性能实验报告
1 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。
金属箔式应变片性能实验报告
1 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。
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――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。
金属箔式应变片与电桥测量电路
金属箔式应变片与电桥测量电路实验一金属箔式应变片与电桥测量电路本实验包含两个部分:(1) 单臂电桥说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况，(2) 单臂、半桥、全桥特性比较。
实验1.1 单臂电桥一、实验原理:况。
本实验说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在被测件表面上。
当被测件受力变形时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。
通过测量电路，将其转换为电压或电流信号输出。
电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。
当电桥平衡时，即 R1=R2 、R3=R4 ，电桥输出为零。
在桥臂 R1 、 R2 、 R3 、 R4 中，电阻的相对变化分别为? R1/R1 、? R/R 、? R2 , R2 、? R/3R3 、? R4/R4 。
桥路的输出与当使用一个应变片时，当使用二片应变片时，如二片应变片工作，差动状态。
则有用四片应变片组成二个差动对工作，R1=R1=R3,R4=R ，于是，所以，由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。
二、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头，电压表(毫伏表)三、实验步骤1. 按图 1 所示将全部部件连接其中差动放大器和毫伏表使用前都要调零，(电压表可不必调零)。
毫伏表放在500mV 一挡比较合适，图1 电桥电路连接2. 将差动放大器调零方法是用导线正负输入端连接起来，然后将输出端接到毫伏表的输人端，调整差动胶大器的增益旋钮，使增益尽可能大，同时调整差动放大器上的调零按钮，使毫伏表指示到零，调好后旋钮就不可再动。
3. 确认接线无误时开启电源4. 在测微头离开悬臂梁，悬臂梁处于水平状态的情况下，通过调整电桥平衡电位器，系统愉出为零。
5. 装上侧微头，调整到系统输出为零，此时测微头读数为梁处于水平位置( 自由状态)，然后向上旋动测微头，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，继续往下悬臂梁，一直到水平下 7 一 8mm为止，并记下对应位置的电压表的值。
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。
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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！
（二）半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
二、实验仪器：同实验（一） 三、实验原理：
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。
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
Uo=EK ε/2 =
R
R
E ∆⋅2 （2-1） E 为电桥电源电压，式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
图2-1
四、实验内容与步骤
1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。
2．差动放大器调零，参考实验（一）步骤2。
3．按图2-1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实验（一）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，计下实验结果，填入下表，关闭电源。
表2-1
重量(g) 电压(mV)
五、实验报告
根据表2-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW ，非线性误差δf 2
六、思考题
引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？。