传感器实验报告-- 实验一 金属箔式应变片性能—半桥、全桥单臂电桥

北京XX大学

实验报告

课程（项目）名称：金属箔式应变片性能—半桥、全桥单

臂电桥

学 院： 自动化 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 成 绩：

2013年12月10日

实验一

一、任务与目的

了解金属箔式应变片，差动半桥的工作原理和工作情况。

二、原理（条件）

金属箔式应变片是一种敏感器件，当它在外力作用下发生机械变形时，其电阻丝阻值发生变化，这就是电阻应变效应，通过它将被测部位的受力状态变化转化为阻止的变化。再通过电桥可以把电阻的变化转化为电压的变化，从而其输出反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压

。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Uo＝EKε／2。

三、内容与步骤

（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。

（3）根据图4接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx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（粗调），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（细调）。

图4

（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并记下这个刻度值。

（5）——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。建议每旋 动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入表格中。

（6）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）。

（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。

四、数据处理（现象分析）

（1）当往下或往上旋动测微头使梁的自由端产生位移，记下F／V表显示的值见下表：

／V表显示的电压相应变化） 将数据输入Excel电子表格，经计算 S平均值=0.041 V/mm =41mV/mm

实验二

一、任务与目的

了解金属箔式应变片，差动全桥的工作原理和工作情况。

二、原理（条件）

金属箔式应变片是一种敏感器件，当它在外力作用下发生机械变形时，其电阻丝阻值发生变化，这就是电阻应变效应，通过它将被测部位的受力状态变化转化为阻止的变化。再通过电桥可以把电阻的变化转化为电压的变化，从而其输出反映了相应的受力状态。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Uo＝KEε。

三、内容与步骤

（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。

（3）根据图4接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx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（粗调），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（细调）。

图4

（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并记下这个刻度值。

（5）——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。建议每旋 动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入表格中

（6）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）。

（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。

四、数据处理（现象分析）

（1）当往下或往上旋动测微头使梁的自由端产生位移，记下F／V表显示的值见下表：

（2）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）。

利用Excel电子表格计算得出S平均值

=0.079 V/mm =79mV/mm

五、结论

通过实验进一步了解了金属箔式应变片配和电桥使用的工作原理，并且观察了实过程中的工作状况，通过对实验数据的整理计算，分别测得使用不同种类的电桥下实验仪器的灵敏度。通过比较单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度可得出差动全桥的灵敏度大约是是差动半桥的两倍。且通过Excel对两组实验数据分别绘制图表可以发现，差动全桥的线性度要好于差动半桥。

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