传感器实验报告

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，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，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。

三、实验器材

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

实验中用到的应变传感器实验模板连接图如图 1 应变式传感器单臂电桥实验连接图图1所示。

图 1 应变式传感器单臂电桥实验连接图

安装传感器，将IC1和IC2的同相端接地后，调节Rw4使得数显表显示为0后（即将差动放大器调0），再将电路的电桥部分按图中所示接入电路后，调节Rw1，使数显表为0。

然后在电子称上放置砝码读取数显表的数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值。

五、 实验结果与分析

实验结果如表格 1所示。

表格 1 单臂电桥性能实验数据记录表

由以上实验结果知：

平均电压变化量：

∆u=[(28.5-4.6)/5+(33.3-8.8)/5+(37.7-14.2)/5+(42.5-18.8)/5+(47.3-23.6)/5]/5≈4.77mv 平均重量变化量：∆W=20g

系统灵敏度：S1=∆u/∆W=0.2386mv/g 线性误差：

1/100%f F s m y ∙δ=∆⨯=≈0.67%-

六、 思考题

单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片的选用时正、负应变片均可使用，换成负应变片时，所得的电压值为负值，需做一定的变换后方能比较直观。

七、 总结与感想

本次实验让我了解了应变片的以及单臂电桥的工作原理，并对单臂电桥的性能有了一个定量的了解，这对后续学习将会有较大帮助。

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验

一、 实验目的

比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。

二、实验原理

不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2。

三、实验器材

同实验一。

四、实验步骤

同实验一，将差动放大器调0，电桥部分如图2所示，其他与实验一同。

图 2 半桥实验接线图

接入电源，调节调零电位器Rw1进行桥路调零，然后在电子称上放置砝码读取数显表的数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值。

五、实验结果与分析

实验结果如表格2所示。

表格 2 半桥性能实验数据记录表

由以上实验结果知：

输出电压变化量的平均值：

∆u=[(-56.3+9.0)/5+(-65.2+18.5)/5+(-75.1+28.1)/5+(-84.4+37.2)/5+(-95.4+46.6)/5]/5=-9.48mv 平均重量变化量：∆W=20g

系统灵敏度：S2=∆u/∆W=-0.474mv/g。

非线性误差：

2/100%f F s m y ∙δ=∆⨯≈0.59%。

六、 思考题

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，应放在邻边，因为这样可以保证电桥输出电压值达到最大，若在对边，则得到的输出电压值最小。

2、

桥路测量时存在非线性误差，是因为应变片应变效应是非线性的，其中单臂桥路的非线性还与其测量方法有关。

七、 总结与感想

本实验让我对半桥电路有了较为深刻的了解，与实验一的单臂电桥相比起线性误差减小了。

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验

一、 实验目的

了解全桥测量电路优点。

二、 实验原理

全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对

边，不同的接入邻边，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U03=KE ε。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。

三、 实验器材

同实验一。

四、 实验步骤

安装传感器，将差动放大器调零，电桥部分如图 3所示，其他与实验一同。

图 3 全桥实验线路图

接入电源，调节调零电位器Rw1进行桥路调零，然后在电子称上放置砝码读取数显表的数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值。

五、 实验结果与分析

实验结果如所示。

表格 3 全桥性能实验数据记录表

输出电压变化量的平均值：

∆u=[(-113.0+19.0)/5+(-131.9+37.8)/5+(-151.0+56.8)/5+(-169.8+75.4)/5+(-190.9+94.1)/

5]/5=-18.94mv

平均重量变化量：∆W=20g

系统灵敏度：S3=∆u/∆W=-0.947mv/g 。 非线性误差：

3/100%f F s m y ∙δ=∆⨯≈0.154%。

六、 思考题

1、 全桥测量中，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，仍可组成全桥，但在电路处理时需注意偏移量的存在。 2、 某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图 4所示，如

何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。