四臂全桥性能实验
应变片单桥、半桥及全桥性能实验
安康学院电子与信息工程系实验报告一、实验目的1.掌握应变片单桥、半桥及全桥的电路形式及性能；2.理解温度效应对应变片测量电桥的影响。
二、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 RR=∆ （公式1） 式中R R ∆为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ll∆为电阻丝长度相对变化。
电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，其输出电压反映了相应的受力状态，单桥、半桥及全桥的比例关系分别为：εεεEK U EK U EK U ===32124 （公式2） 电阻应变片受温度效应的影响，当温度变化时，在被测体受力状态不变时，电桥输出会有变化。
三、实验内容及步骤1.单臂电桥连接图及测量结果图1 单桥连线图2.半桥连线图及测量结果图2 半桥连线图3.半桥连线图及测量结果图3 全桥连线图4.应变片电桥的温度影响对图3中的半桥电路，放置200g砝码于托盘上，记录下电桥输出电压值U，将5V直流稳压电源接于实验模板的加热器插孔上，数分钟1o后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数U。
2oU01=231mv U02=239mv5.实验数据处理及分析1.三种电桥灵敏度及非线性误差的计算2.温度变化产生的相对误差的变化电阻应变片受温度效应的影响，当温度变化时，在被测体受力状态不变时，电桥输出会有变化。
3.分析（主要写根据数据能验证哪些结论）电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化从而通过电桥的作用完成电阻到电压变化，改变了电阻丝电阻，应变灵敏系数K,l 。
电阻丝长度l四、思考题1.单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：A：正（受拉）应变片B：负（受压）应变片C：正、负应变片均可以。
答：C2.半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：A：对边B：邻边答：B3.应变式传感器可否用于测量温度？答：应变传感器不可用于测量温度。
单臂半桥全桥实验报告
单臂半桥全桥实验报告单臂半桥全桥实验报告引言：单臂半桥和全桥是电子电路中常见的电路拓扑结构，它们在电力转换和电子设备中起着重要的作用。
本实验旨在通过实际搭建和测试单臂半桥和全桥电路，探究其工作原理和特性。
实验目的：1. 理解单臂半桥和全桥的拓扑结构和工作原理；2. 学习使用电子元件和测试设备搭建电路；3. 测试和分析单臂半桥和全桥电路的性能。
实验器材：1. 电源：提供所需的电压和电流；2. 电阻：限制电流和调节电路参数；3. 开关：控制电路的通断；4. 电容：存储和释放电荷；5. 二极管：实现电流的单向导通；6. 电感：储存和释放电能；7. 示波器：观察电路的电压和电流波形。
实验步骤：1. 单臂半桥电路搭建：a. 将电源接入电路，并通过电阻限制电流；b. 连接开关和二极管，以控制电流的方向；c. 添加电容和电感，以实现能量的储存和释放。
2. 全桥电路搭建：a. 在单臂半桥的基础上，再添加一个对称的半桥电路；b. 连接两个半桥电路的交流端口，形成全桥电路。
3. 实验测试：a. 连接示波器，观察电路中的电压和电流波形；b. 分别开关单臂半桥和全桥电路，记录并比较波形数据；c. 测量电路中各元件的电压和电流数值，分析其特性。
实验结果：1. 单臂半桥电路：a. 在开关控制下，电流可以单向流动，实现了电力的转换；b. 电容和电感的加入，使电路具备了储存和释放能量的能力；c. 示波器显示出电流和电压的波形，验证了电路的工作状态。
2. 全桥电路：a. 通过两个对称的半桥电路，电流可以在四个电阻间交替流动，实现了更高效的电力转换；b. 全桥电路的输出波形更加平稳，具有更好的电压和电流调节性能；c. 测试数据显示，全桥电路的效率较单臂半桥电路更高。
实验分析：1. 单臂半桥和全桥电路都是常见的电力转换拓扑结构，能够将电能转换为其他形式的能量；2. 单臂半桥电路适用于小功率应用，而全桥电路适用于大功率应用；3. 电容和电感的加入，能够提高电路的能量储存和释放效果；4. 通过示波器观察波形，可以判断电路的工作状态和性能。
实验一应变片：单臂、半桥、全桥比较
实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
所需单元及部件：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。
旋钮初始位置：2V挡，F/V表打到2V挡，差动放大增益最大。
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。
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。
根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
R x= R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V挡，F／V表置20V挡。
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挡，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。
图１3．将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（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。
4．往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下F／V 表显示的值。
建议电桥平衡网络差动放大器直流电压表每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F／V表显示的电压相应变化）。
5．实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
注意事项：1．电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
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。
实验一 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的: 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性误差，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为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。
（E为供桥电压）。
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（每只约20g）、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。
2、实验模板差动放大器调零，方法为:①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，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端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)，完毕关闭主控箱电源。
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(即模板左上方的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)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，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）。
实验一金属箔式应变片——单臂半桥全桥性能实验
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、大体原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生转变，这确实是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝电阻相对转变，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对转变，金属箔式应变片确实是通过光刻、侵蚀等工艺制成的应变灵敏元件，通过它转换被测部位受力状态转变、电桥的作用完成电阻到电压的比例转变，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取得改善。
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：一、依照图(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 应变式传感安装示用意二、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，将实验模板调剂增益电位器R w3顺时针调剂大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方式为将差放的正、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，调剂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。
实验二 应变片半桥
实验二应变片半桥、全桥性能比较实验一、实验目的：了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能，了解应变片全桥工作特点及性能。
二、基本原理：应变片基本原理参阅实验一。
应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。
不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。
其桥路输出电压Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE 。
应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。
应变片全桥测量电路中，将应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，其桥路输出电压Uo≈(△R／R)E＝KεE。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。
图2—1 应变片半桥特性实验原理图图2—2应变片全桥特性实验接线示意图三、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。
四、实验步骤：1、按实验一（单臂电桥性能实验）中的步骤1和步骤3实验。
2、关闭主机箱电源，除将图1—7改成图2—2示意图接线外，其它按实验一中的步骤4实验。
读取相应的数显表电压值，填入表2中。
3、全桥实验步骤与方法（除了按图3—2示意接线外）参照实验二，将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。
要求：1、根据表2实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。
2、根据表3实验数据作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。
五、思考题：思考：1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。
2、测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
单臂半桥全桥实验报告
单臂半桥全桥实验报告实验报告：单臂半桥与全桥一、实验目的本实验旨在探究单臂半桥与全桥的工作原理，以及比较两者的性能差异。
二、实验器材1.电源：直流电源1台2.测量仪器：（1）多用表1台（2）示波器1台（3）电阻箱1个（4）焊接设备1套三、实验原理1.单臂半桥单臂半桥是一种半桥变换器，能够将直流电压变换为交流电压，主要由四个MOS管Q1-Q4和负载RL组成。
当MOS管Q1开关导通时，电源正极直接连接到负载RL上，负极连接到地线上。
此时，电路是闭合的，电流流经负载。
当MOS管Q2开关通，负极与地线相连，电压下降至0，电路断开。
由于RL中仍有能量，通过一个自由轮二极管D1流过RL。
接下来，关闭Q1和Q2，打开Q3和Q4，将电源正极连接到RL上，负极连接到地线上。
此时，电流流经RL，稍后会流经D2。
2.全桥全桥变换器由四个MOS管和四个二极管组成，如图所示。
它将直流电压转换为交流电压，提供改变电源电压和频率并在负载侧提供电气隔离的能力。
四、实验过程1.单臂半桥实验（1）将RL与MOS管Q1连接，正极与Q2连接。
（2）将MOS管Q1和Q2的控制信号连接到多用表上。
（3）打开直流电源，将电压设置为20V。
（4）测量MOS管Q1和Q2的电流和电压。
（5）测量RL的电压和电流。
2.全桥实验（1）将MOS管与二极管连接，将负载和电容连接。
（2）将MOS管和二极管的控制信号连接到多用表上。
（3）打开直流电源，将电压设置为20V。
（4）依次测量MOS管和二极管的电流和电压。
（5）测量RL的电压和电流。
五、实验结果在单臂半桥实验中，当MOS管Q1和Q3均为开通状态时，RL 电压偏正，当Q2和Q4均为开通状态时，RL电压为负。
相反，当Q1和Q4均为开通状态时，RW电压是相反的，当Q3和Q2均为开通状态时，RL电压仍为相反的。
在全桥实验中，当MOS管Q1和Q4均为断开状态时，RL电压相反；当Q2和Q3均为断开状态时，RL电压相反。
惠斯登电桥物理实验结论与心得
惠斯登电桥物理实验结论与心得
结论：惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。
通用的惠斯通电桥电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。
当G无电流通过时，称电桥达到平衡。
平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。
惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。
非平衡电桥一般用于测量电阻值的微小变化，例如将电阻应变片（将电阻丝做成栅状粘贴在两层薄纸或塑料薄膜之间构成）粘固在物件上，当物件发生形变时，应变片也随之发生形变，应变片的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R，这时检流计通过的电流Ig也将变化，再根据Ig与△R的关系就可测出△R，然后由△R与固体形变之间的关系计算出物体的形变量。
用这种方法可测量应变、拉力、扭矩、振动频率等。
心得：惠斯通电桥是一种检测电路，虽然它的结构简单，但它的准确度和灵敏度都比较高，在医学诊断和检测仪器中有广泛的应用。
惠斯通电桥的测量灵敏度在科学研究,生产应用中都具有重大意义。
惠斯通电桥在当代科学测量中的应用非常广泛，同时也广泛地被应用在自动控制中。
惠斯通电桥也广泛应用在称重检测元件上等。
单臂半桥全桥实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过单臂、半桥和全桥电路的搭建与实验，加深对电阻应变片工作原理和应变测量方法的理解，掌握应变片在单臂、半桥和全桥电路中的性能特点，以及如何根据实际需求选择合适的电路结构。
二、实训内容1. 单臂电路搭建与实验（1）搭建单臂电路：将电阻应变片接入电路的一臂，其余三臂接入固定电阻。
（2）实验步骤：①调整电路参数，确保电路正常工作；②施加不同拉力，观察应变片电阻变化；③测量应变片电阻变化量，计算应变值。
2. 半桥电路搭建与实验（1）搭建半桥电路：将电阻应变片接入电路的两臂，其余两臂接入固定电阻。
（2）实验步骤：①调整电路参数，确保电路正常工作；②施加不同拉力，观察应变片电阻变化；③测量应变片电阻变化量，计算应变值；④比较单臂和半桥电路的输出电压，分析电路性能差异。
3. 全桥电路搭建与实验（1）搭建全桥电路：将电阻应变片接入电路的相邻两臂，其余两臂接入固定电阻。
（2）实验步骤：①调整电路参数，确保电路正常工作；②施加不同拉力，观察应变片电阻变化；③测量应变片电阻变化量，计算应变值；④比较单臂、半桥和全桥电路的输出电压，分析电路性能差异。
三、实验结果与分析1. 单臂电路实验结果与分析通过实验发现，单臂电路在受力时，电阻应变片的电阻变化量较小，导致输出电压变化较小。
因此，单臂电路的灵敏度较低，不适用于精度要求较高的应变测量。
2. 半桥电路实验结果与分析实验结果表明，半桥电路在受力时，电阻应变片的电阻变化量较大，导致输出电压变化较大。
与单臂电路相比，半桥电路的灵敏度有所提高，但仍然较低。
3. 全桥电路实验结果与分析实验结果显示，全桥电路在受力时，电阻应变片的电阻变化量最大，导致输出电压变化最大。
与单臂和半桥电路相比，全桥电路的灵敏度最高，适用于精度要求较高的应变测量。
四、结论1. 单臂、半桥和全桥电路均适用于电阻应变片的应变测量，但灵敏度不同。
其中，全桥电路的灵敏度最高，适用于精度要求较高的应变测量。