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，掌握单臂电桥工作原理和性能。

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：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电源数、±5V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、R
2、R
3、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：δ f =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200g 时对应的输出电压值。

五、实验结果分析与处理：
1、记录数显表数值如下：
表1-1：单臂测量时，输出电压与负载重量的关系：
2、由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下：
图1-3 单臂电桥传感器特性曲线
由图可知，传感器特性曲线呈非线性，因为电阻变化率ΔR/R不完全是线性的。

3、（1）计算系统灵敏度：
ΔV=（17-9）+（25-17）+∙
∙+（85-75）/9=（85-9）/9=8.44mV
∙
ΔW=20g
S=ΔV/ΔW=0.422mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm =（9+17+25+34+42+50+58+66+75+85）/10=46.1mV
y FS=85mV
δf =Δm / yFS×100%=54.2%
六、思考题
单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受拉）应变片；（3）正、负应变片都可以。

答：正、负应变片都可以，因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响。