应变片性能实验
应变片 实验报告 灵敏
应变片实验报告灵敏引言应变片是一种常用于测试物体受力情况的传感器。
其具有灵敏性能的重要指标是其在不同受力情况下的响应能力。
本实验旨在测试应变片的灵敏性能，并分析实验结果。
实验材料和设备- 应变片- 电源- 数字示波器- 受力装置- 变阻器实验步骤1. 将应变片粘贴在要测试的物体表面，并保证其充分贴合。
2. 连接应变片与电源和数字示波器，确保电路连接良好。
3. 利用受力装置对测试物体施加不同大小的力，记录下力的大小和对应的应变片输出信号。
4. 根据实验需求，对应变片输出信号进行转换和调节，以便与数字示波器适配。
5. 将转换后的信号输入到数字示波器中，记录下实验数据。
数据分析通过实验记录的数据，我们可以对应变片的灵敏性能进行分析。
我们可以将施加的力与应变片输出的电压信号进行对比，以便确定其灵敏度和线性范围。
结果与讨论根据实验记录的数据，我们绘制了应变片的灵敏性能曲线。
曲线上的每个点表示施加不同大小力时应变片的输出电压信号。
通过对曲线进行分析，我们可以得到以下结论：1. 灵敏度：灵敏度是应变片的输出电压和外力之间的关系。
经实验测得，应变片的灵敏度为X mV/N，表明应变片对外力的变化相当敏感。
2. 线性范围：线性范围是指应变片在力作用下输出电压与力的关系保持线性的区间范围。
根据实验数据，我们可以确定应变片的线性范围为X N至Y N之间。
结论本实验通过测试应变片的灵敏性能，得出了应变片的灵敏度和线性范围等重要指标。
这些指标将有助于我们在实际应用中选择合适的应变片，并确保其测量结果的准确性。
参考文献[1] 张三, 李四. 应变片传感器的原理与应用. 科学出版社, 20XX.[2] 王五, 赵六. 传感器技术基础. 电子工业出版社, 20XX.。
应变片实验报告
应变片实验报告
实验名称：应变片实验
实验目的：通过应变片实验，研究材料在受力过程中的应变情况。
实验原理：
应变片是一种用于测量物体受力时产生的应变的传感器。
其原理基于电阻应变效应，即应变片在受力作用下会发生微小形变，从而改变其电阻值。
通过测量电阻值的变化，可以获知材料的应变情况。
实验仪器和材料：
1. 应变片
2. 电流源
3. 万用表
实验步骤：
1. 将应变片粘贴在需要测量应变的材料表面。
2. 将电流源与应变片相连，调整电流源的输出电流。
3. 使用万用表测量应变片上的电阻值。
4. 在材料上施加不同的受力，记录电阻值随受力变化的情况。
5. 根据电阻值的变化计算应变大小。
实验结果：
根据实验数据记录的电阻值随受力变化的情况，可以得到应变片的应变曲线。
根据应变曲线可以分析材料在受力过程中的应
变行为，如线性弹性应变、屈服应变等。
根据测得的电阻值变化，还可以计算出材料的应变量。
实验结论：
通过应变片实验，可以获知材料在受力过程中的应变情况，并分析材料的力学性能。
应变片作为一种常用的力学测试传感器，具有灵敏度高、测量精度高等优点，在工程领域有着广泛的应用。
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:ρρ∆+∆-∆=∆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 RR10-6=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。
输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为U R R R R R R R R U ))((432142310++-=（1-3）设电桥为单臂工作状态，即1R 为应变片，其余桥臂均为固定电阻。
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，∑∆=RRR ；当二个应变片组成差动状态工作，则有2RR R∆=∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2 = R3 = R4 = R ，4RR 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。
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。
实验2：应变片全桥性能实验
实验2 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。
二、基本原理：1. 应变片的基本原理：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。
2. 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：2ρρπ==g L L R A r ..................(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：2ρρ=-+dR dL dr d R L r ..................(1-2) 式中：dL/L 为导体的轴向应变量εL ; dr/r 为导体的横向应变量εr 。
由材料力学知识可得：εL = - μεr ..................(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：()12ρμερ=++dR d R ..............(1-4)，该式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。
3. 半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
应变片实验
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=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=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。
应变片电桥性能实验报告
应变片电桥性能实验报告应变片电桥性能实验报告引言：应变片电桥是一种常见的测量应变和力的传感器。
它通过将应变片安装在被测物体上，利用应变片的应变与被测物体受力之间的线性关系，通过电桥电路来测量应变片的电阻变化，从而得到被测物体的应变和力的信息。
本实验旨在研究应变片电桥的性能，包括灵敏度、线性度和温度补偿等方面。
实验装置和方法：实验使用了一套标准的应变片电桥装置，包括应变片、电桥电路和数据采集系统。
首先，将应变片粘贴在被测物体上，并通过电缆将应变片连接到电桥电路。
然后，通过电源提供电桥所需的电压，同时使用数据采集系统记录电桥的输出电压。
在实验过程中，通过施加不同的力或应变来改变被测物体的状态，以观察电桥输出的变化。
实验结果与分析：1. 灵敏度：灵敏度是指电桥输出电压与被测物体应变或力之间的比例关系。
为了研究电桥的灵敏度，我们分别施加不同大小的力，并记录相应的电桥输出电压。
实验结果显示，电桥输出电压与施加的力呈线性关系，且随着力的增加而增加。
这表明应变片电桥具有较高的灵敏度，能够准确测量被测物体的应变和力。
2. 线性度：线性度是指电桥输出电压与被测物体应变或力之间的线性关系程度。
为了研究电桥的线性度，我们施加不同大小的力，并记录电桥输出电压。
实验结果显示，电桥输出电压与施加的力之间存在一定的偏差，但整体呈现较好的线性关系。
这表明应变片电桥具有较好的线性度，能够准确测量被测物体的应变和力。
3. 温度补偿：温度对应变片电桥的性能有较大影响，因此需要进行温度补偿。
为了研究电桥的温度补偿效果，我们在实验过程中改变环境温度，并记录电桥输出电压。
实验结果显示，随着温度的变化，电桥输出电压存在一定的漂移。
通过对漂移进行补偿，可以减小温度对电桥的影响，提高测量的准确性。
结论：通过本实验的研究，我们得出以下结论：1. 应变片电桥具有较高的灵敏度，能够准确测量被测物体的应变和力。
2. 应变片电桥具有较好的线性度，能够准确反映被测物体应变和力之间的关系。
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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。
七、预习要求
实验前学生必须自学有关仪器设备的使用方法及工作原理，明确实验内容及实验目的，须持实验预习报告后，方可进入实验室进行实验。
八、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、应变测量电路、差动放大器祖成。
实验板中R1、R2、R3、R4为称重传感器应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，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电源输入口，做应变片温度影响实验时用。
多心插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动试验时用。
1.将托盘安装到传感器上，如1-1图所示。
图1-1 传感器托盘安装示意图
2. 设定旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大器增益打到最大（顺时针轻轻转到底）。
3. 差动放大器调零：用实验线将差放的正负输入端与地端连接在一起，然后将电源端与直流稳压电源±15V连接起来，最后将输出端接到电压表的输入插口。
检查接线无误后合上主机箱的电源开关，调节放大器的增益电位器RW3到合适位置（逆时针回转一圈）后，在调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零之后，关闭主机箱电源。
（注意：RW3、RW4位置一旦确定就不能改变，直到做完实验为止）
4. 应变片单臂电桥实验：按照图1-1的单臂电桥实验原理接好线。
图1-2应变片单臂电桥性能实验接线示意图
5. 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，调节实验木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，记下实验数据填入下表后，关闭主机箱电源。
6. 应变片半桥性能实验：如图1-3连接半桥电路，重复步骤5。
图1-3 应变片半桥特性实验接线示意图
表1-2 应变片半桥特性实验数据
7. 应变片全桥性能实验：如图1-4连接全桥电路，重复步骤5。
图1-4 应变片全桥性能实验接线示意图
表1-3 应变片全桥特性实验数据
8. 根据表1-1、1-2和1-3的数据作出曲线并计算系统的灵敏度V
S W
∆=
∆ （W ∆是重量变化量，V ∆是电压变化量）和非线性误差/100%m yFS δ=∆⨯ ，式中m ∆为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS 满量程输出平均值，此处为200g 。
实验完毕，整理好实验台。
九、实验报告要求
1. 按表格要求记录实验数据，并进行数据处理，绘制关系曲线。
2. 根据实验数据处理结果和关系曲线，对传感器的性能进行分析。
十、思考题
1. 根据实际测试的数据与理论上推导的公式相比较，结论如何？
2. 对桥路测量线路有何特别的要求？为什么？
注意事项：
1. 在更换应变片时应将电源关闭，以免损坏应变片。
2. 在实验过程中如果发现电压表发生过载，应将量程扩大或将差放增益减小。
3. 直流稳压电源不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。
4. 接全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向，保证R1与R3工作状态相同，R2与R4工作状态相同。
5. 在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。