应变片单臂特性实验报告
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。
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。
《检测与转换技术》实验二 应变片单臂特性实验
示范实验举例实验一应变片单臂特性实验一、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。
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εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：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：（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。
金属箔式应变片单臂电桥性能实验报告
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单臂电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：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..实验内容：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＝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= EKε/4..输出电压 Uo1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、41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、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Vi ＝0；调节放大器的增益电位器RW3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RW4;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RW1;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..实验结果：表1重量g20406080100120 140160180200电压mv481419232832384247特性曲线4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔWΔU输出电压变化量;ΔW重量变化量和非线性误差δ;×100％=2/200x100%=1%解：S=200/47=4.225g/mv δ=Δm/yFSδ=Δm/y×100％式中Δm为输出值多次测量时为平均值与拟合直线的最FS大偏差：y满量程输出平均值;此处为200g或500g..实验完毕;关闭电源FS。
现代检测技术实验报告
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，掌握单臂电桥工作原理和性能。
二、实验内容将应变式传感器的其中一个应变片接入电桥作为一个桥臂，构成直流电桥，利用应变式传感器实现重量的测量。
三、实验所用仪表及设备应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源数、±4V电源、数字万用表。
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左上方的R1、R2、R3、R4标志端。
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，加热丝阻值约为50Ω左右。
图1-1 应变片传感器安装示意图2、实验模板差动放大器调零，方法为：（1）接入模板电源±15V，检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置；（2）将差放的正、负输入端与地短接，V o1输出端与数显电压表输入端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)，完毕后关闭主控台电源。
3、参考图1-2接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，检查接线无误后，合上主控台电源开关，用数字万用表测量主控台到应变式传感器模块上的±5V、±15V电压值是否稳定？若电压波动值大于10mV，应反复拔插相应的电源连接线，直至电压稳定，不再波动为止，然后粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
4、在传感器托盘上放置1只砝码，读取数显表显示值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表1-1。
图1-2 应变片传感器单臂电桥实验图5、根据表1-1计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW（ΔV为输出电压平均变化量，ΔW为重量变化量）；计算非线性误差：δf =Δm / y FS×100%，其中Δm为输出电压值（多次测量为平均值）与拟合直线最大电压偏差量，y FS为满量程时电压输出平均值，这里YFS取180g时对应的输出电压值。
实验一_应变片单臂特性实验
实验一应变片单臂特性实验一、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变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。
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εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：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：（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。
实验一应变片
课程 传感器原理及应用 学号 姓名 成绩 实验名称 实验一 单臂、半桥、全桥应变片特性实验 一、实验目的：了解电阻应变片的应变效应；比较单臂、半桥、全桥应变片的灵敏度；掌握数据处理的方法。
二、实验原理：图1为全桥应变片特性实验电路，平衡时，R 4R 2=R 1R 3，电压表指示为0。
当应变片受力时，应变电阻的阻值将会发生变化，即：R 4+∆R 、R 2+∆R 、R 3-∆R 、R 1-∆R ，此时电桥不平衡，电压表有指示，将应力转换成电压。
为了克服桥臂电阻不一致形成的误差，设置了W 1和r 的调零环节。
当R 1、R 2为普通电阻时，实验电路为半桥应变电路，其输出电压是全桥的一半。
当R 1、R 2、R 3均为普通电阻时，实验电路为单臂应变电路，其输出电压是半桥的一半。
三、实验设备：传感器实验箱1台、20克砝码10个、连接线若干。
四、实验预习要求：复习教材中应变式传感器章节。
五、实验步骤 1、实验箱通电预热。
2、将差分放大器模块的同相输入端V +和反相输入端V -均接地，输出端接实-4V +4V图1R 1 R 2R 3R 4rW 1验箱的电压表，调节“调零”电位器，使差分放大器模块输出为零。
“增益”电位器顺时针调到最大后再逆时针回调半圈。
3、将图1接成单臂应变电路，调节平衡电位器“W 1”，使电压表指示最小。
4、将10个20克的砝码依次放在应变梁托盘上，将电压表的示值填入表1。
5、将图1接成半桥应变电路，调节平衡电位器“W 1”，使电压表指示最小，按步骤4的要求完成表1的内容。
6、按图1全桥应变电路，调节平衡电位器“W 1”，使电压表指示最小，按步骤4的要求完成表1的内容。
7、按表1的原始数据分别进行数据处理：（1）作应力/电压特性图；（2）计算电压灵敏度WUK ∆∆=，其中U ∆为输出电压平均变化量，W ∆为重量变化量；（3）用平均选点法拟合直线bx a y +=，其中1212x x y y b --=，22b a -==11b -，而5511∑==i iUy ，5511∑==i iWx ，51062∑==i iUy ，51062∑==i iWx 。
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应变片单臂特性实验报告
实验报告: 应变片单臂特性
引言
本次实验旨在探究应变片单臂的特性，并通过数据的分析实现
对应变片单臂特性的理解与应用。
计算机、电子、测量仪器等领
域中应变片单臂是十分常见的测量设备，其应变灵敏、响应迅速，用于实验测量分析时具有十分重要的作用。
实验目的
1.掌握应变片单臂的工作原理及其特性
2.理解应变片单臂的测量误差
3.探究应变片单臂的灵敏度与各项数据的关系
实验设备
1.单臂应变片
2.直流电源
3.电压表
4.导线
实验过程
1.组装设备并调整到正确位置
2.用直流电源测试应变片单臂的灵敏度
3.收集应变片单臂的各项数据，并使用电压表进行测量
4.分析应变片单臂的测量误差并计算得出相应的灵敏度数据
实验结果
1.不加力时，应变片单臂的电位差为0.14V。
2.施加1 N力时，应变片单臂的电位差为0.43V。
3.施加2 N力时，应变片单臂的电位差为0.87V。
4.根据数据分析得出应变片单臂的灵敏度：0.15V/N。
实验结论
通过本次实验可以得出应变片单臂的特性及其灵敏度。
实验结
果表明：应变片单臂的电位差与施加力成正比。
应变片单臂的灵
敏度为0.15V/N，表明其灵敏度高，适用于要求较高的实验测量。
此外，实验还表明应变片单臂的测量误差也受到一些因素的影响，如光线、温度等条件。
参考文献
1. “应变片单臂测量中误差的分析”，蔡秀群，Journal of 温州
医科大学，2019
2. “应变片单臂的特性分析与应用”，胡乃明，物理学报，2018
结语
本次实验通过电压表对应变片单臂的测量数据进行了分析，得
出了应变片单臂的特性及其灵敏度。
此过程中，我们也发现实验
测量误差也很重要，需要针对实验的具体情况进行充分的考虑。
应变片单臂因其应变灵敏、响应迅速等特点被广泛应用于计算机、电子、测量仪器等领域。