实验二箔式应变片三种桥路的性能比较(实验讲义)

箔式应变片和半导体应变片的性能(大学医学传感器实验报告)

XX大学实验报告
课程名称：生物医学传感器及应用
实验项目名称：箔式应变片和半导体应变片的性能
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指导教师：
报告人：学号：班级：
实验时间：
实验报告提交时间：
教务部制
实验目的：
1.了解箔片应变片的结构及粘贴方式；
2.2.测试应变梁变形的应变输出；
3.掌握应变片的静态特性；
4.比较应变片三种桥路性能。
导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。电阻值将发生变化这种现象称为“应变效应”.根据应变效应将应变片粘贴于被测材料上被测材料受到外界作用产生的应变就会传送到应变片上使应变片的电阻值发生变化通过测量应变片电阻值的变化就可得知被测机械量的大小。
在一块半导体的某一轴向施加一定的应力时，其电阻率产生变化的现象。
2.箔式应变片的单臂、半桥和全桥电路的灵敏度与理论上求得的灵敏度是否相符？分析其产生误差的可能原因？
3.本实验对直流电源和差动放大器有什么要求？
深圳大学学生实验报告用纸
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字：
年月日
备注：
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
实验所需部件：
直流稳压电源（4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁、称重砝码、电压表、加热器、温度计（可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考）。
实验原理及相关电路原理图：
实验主要步骤（简述）：
实验数据的记录和分析：
实验结论：
思考题：
1.什么是应变效应？什么是压阻效应？利用应变效应和压效应解释箔式应变片和半导体应变片的工作原理。

金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验

金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验本实验旨在通过测试金属箔式应变片的不同结构（单臂、半桥、全桥）对应变的检测效果进行比较。

实验采用了五个不同力值的负载，并通过相应的电桥电路将应变信号转化成电压信号进行读数。

实验过程中，我们首先制备了三种不同结构的金属箔式应变片。

单臂应变片的结构只有一个箔片悬挂在支架上，一端连接到外接电路中，另一端用隔绝材料与支架接触。

半桥应变片由两个箔片组成，一端紧贴在支架上，另一端则悬挂在外接电路中。

全桥应变片则是由四个箔片组成的，互相垂直组成一个正方形，四个角分别连接外接电路。

制备完成后，我们将三种结构的应变片依次进行了负载实验。

实验结果显示，三种类型的应变片在不同力值下的电压变化情况基本类似，但不同结构之间仍存在着一定差异。

在相同情况下，半桥和全桥应变片的电压输出量均高于单臂应变片。

当负载力值增大时，差别也更加明显。

数据分析后，我们认为这是由于半桥和全桥结构的电桥电路更为复杂，能够更好地抵消环境中的噪声影响，从而提高了测量精度。

在实验中，我们还发现了一个问题，即金属箔式应变片在不同应变方向下的电性能并不相同。

我们在测试中对金属箔的垂直方向和水平方向分别进行了测试，结果表明，垂直方向的应变片输出电压更稳定、更大。

我们分析认为，这是因为垂直方向对应的应变载荷更加均衡，能够更好地发挥应变片本身的性能。

总的来说，本实验通过比较不同结构的金属箔式应变片，揭示了应变载荷和电桥电路复杂性对应变检测的影响。

这有助于我们在实际测量和应用中更好地选择和使用相应的结构来满足不同的检测需求，提高测量精度和可靠性。

实验01(金属箔式应变片)实验报告

实验一金属箔式应变片测重及三种直流电桥性能比较实验实验1：金属箔式应变片单臂电桥测重实验一、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/全桥的不同性能，了解其特点。

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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

对单臂电桥输出电压Uo1= EKε/4。

三、实验器械主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4 2 1 位数显万用表（自备）。

四、实验接线图五、实验数据记录和数据处理实验数据如下：实验数据拟合图像如下由图像可见系统灵敏度S＝ΔU/ΔW=0.2162δ=Δm/yFS ×100％=1.904/45.3×100％=4.203％六、思考题1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。

答：正负皆可，因为应变片的受力都会直接导致电阻的变化，从而检测到相应的电压变化。

实验2：金属箔式应变片三种桥路性能比较实验一、实验目的比较单臂/半桥/全桥的不同性能，了解其特点二、实验原理半桥测量电路中，将两只应变片接入组成电桥，电桥输出灵敏度比单臂桥路有所提高，非线性也得到了改善，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。

全桥测量电路中，将R1、R2、R3、R4四个箔式应变片按它们的受力方向以一定的规律接入组成电桥，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UO3＝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得到改善。

实验二_金属箔式应变片性能

实验报告姓名：学号：班级：实验项目名称：实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥，半桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况；：验证单臂、半桥性能及相互之间关系。

实验原理：单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、全部四个桥臂（用应变片）阻值都随被测物理量而变化。

电桥的灵敏度：电桥的输出电压（或输出电流）与被测应变在电桥的一个桥臂上引起的电阻变化率之间的比值，称为电桥的灵敏度。

如图是直流电桥，它的四个桥臂由电阻R1、R2、R3、R4组成，U。

是供桥电压，输出电压为：当R1×R3=R2×R4则输出电压U为零，电桥处于平衡状态。

如果将R4换成贴在试件上的应变片，应变片随试件的受力变形而变形，引起应变片电阻R4的变化，平衡被破坏，输出电压U发生变化。

当臂工作时，电桥只有R4桥臂为应变片，电阻变为R＋R，其余各臂仍为固定阻值R,代入上式有组桥时，R1和R3，R2和R4受力方向一致。

实验步骤（电路图）：（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，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１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

R4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，然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），图1金属箔式应变片性能—单臂电桥电路使F／V表显示为零。

（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。

金属箔式应变片-单臂,半桥,全桥比较实验报告

金属箔式应变片-单臂,半桥,全桥比较实验报告实验目的
本实验旨在比较单臂、半桥和全桥金属箔式应变片三种桥式应变测量方式的各项性能
指标，以确定实验系统采用哪种应变电阻测量方式更为合适。

实验原理
金属箔式应变片是一种通过钢带和金属铋素材以及其他电子组件构成的应变测量系统，它以电阻变化反映外力作用于它所处位置上应变参数比如应力、压力、位移等的变化。

桥
式应变测量系统主要把箔式传感器通过桥式电路连接，采用桥式方式结成形成的放大系统，以及与之相配的信号处理装置，能够检测更小的微小应变，从而实现压力、位移等多变量
的实时测量。

实验装置
在实验中，我们使用了一台微工控机，一台注塑机（模具温度可调），10只单臂、半桥和全桥金属箔式应变片，三种不同的应变测量系统，以及一套由计算机驱动的数据采集
系统。

实验方法
1.首先，我们调节注塑机的温度到所测试的温度等级，保持它处于恒定的温度状态。

2.然后，给定三种桥式应变片金属箔所处的表面位置，将10只应变片分别安装在相
同位置，连接到同一个微控机上。

3.在测试温度范围内，做240次应力波动，每次应力值为奇数，持续时间为一小时。

4.计算一小时内每只应变片的平均应变值，并记录三种应变测量方式的误差。

5.回算比较三种金属箔式应变片的应变特性，最终选出最佳的应变测量方式。

实验结果
在实验中，通过比较计算得出的结果，可以看到半桥式箔式应变片的平均应变值小于
单桥式和全桥式，误差也最小，使用效果最好。

因此在实际系统中采用半桥式的应变测量
更为合适，能够取得更高的测量精度和可靠性。

实验一金属箔式应变片实验报告

传感器实验报告厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验项目：实验一、二、三金属箔式应变片单臂、半桥、全桥实验台号：专业：物联网工程年级：2014 级班级：1班学生学号：ITT4004学生姓名：黄曾斌实验时间：2016 年5 月20 日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。

.基本原理金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为 R= p L/S 。

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：式中 R/R 为电阻丝电阻的相对变化， K 为应变灵敏系数，；八L/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的受力状态变化，电桥的作用是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。

1. 单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；输出U ”EK /4。

2. 双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；半桥电压输出 U 。

2二EK ；/2。

3. 全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。

全桥电压输出U 。

3二EK ；。

CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±5V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。

实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验R R 4 - R 2 R 3输出电压:ER i R 2 R 3 R 4四.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块上。

传感器中各应变片已接入模块的图1-1应变式传感器安装示意图左上方的BF「BF2、BF3、BF4。

加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R BF1=R BF2=R B F3= R BF4 =350 Q，加热丝阻值为50 Q左右。

2 .差放调零3 •电桥调零4. 在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完。

金属箔式应变片——全桥性能实验实验报告4页

金属箔式应变片——全桥性能实验实验报告4页实验目的：1. 熟悉金属箔式应变片的工作原理及其使用方法；2. 了解电桥测量原理，实现全桥测量方案设计；4. 实验中应用全桥电路，得到金属箔式应变片的应变-电压输出特性曲线。

实验仪器：1.金属箔式应变片；2.电桥测量仪；3.电压源；4.万用表；5.螺旋卡尺；6.计算机。

实验原理：金属箔式应变片的特点是：采用金属箔片的变形特性，制成微小的电阻应变片，常用的箔片材料有：钨、铂等。

当应变片在受力作用下发生形变，其电阻值也会发生变化，因此可通过测量电阻变化量，了解应变片的应变量。

校准金属箔应变片：由于金属箔片家质差异及加工差异，未校准时其输出电压未知，因此需要校准，以获得稳定的输出结果。

全桥电路：全桥电路采用4个电阻绕成的“Wheatstone电桥”，使用电压源提供电能，经过测量电桥的电阻差值、电压差值等，即可计算测量量的值。

实验步骤：1. 通过螺旋卡尺测量样品上要粘贴应变片的长度和宽度；2. 将样品清洗干净，待干；3. 粘贴金属箔式应变片，注意对粘贴区域的清洁和紧密接触；4. 使用电桥测量仪进行电路连接，根据电桥测量仪的要求连接电源，连接电阻箱；5. 按照测量仪器的测量提示，进行校准，获得标准应变值；6. 施加预测荷载，观察电荷随荷载的变化。

根据荷载下应变的变化率，计算出样品中的应力值；7. 通过计算机记录所测量的电荷值和应变值，描绘出应变—电荷输出特性曲线。

实验结果和分析：1. 实验得到的应变-电荷输出特性曲线如下：2. 通过该特性曲线可以反映金属箔式应变片在各种荷载下的响应情况，具有重要的工程应用价值；3. 实验结果证实，金属箔式应变片是一种灵敏度高、稳定性好、响应速度快的应变传感器，具有广泛的应用前景。

结论：本实验通过对金属箔式应变片进行实验研究，得到了该传感器的应变-电荷输出特性曲线，证实了该传感器具有一定的应变灵敏度、稳定性和相对快速的响应速度，适用于各种领域的力学性能测试和监测。

自动化传感器实验报告二金属箔式应变片——半桥性能实验

自动化传感器实验报告二金属箔式应变片——半桥性能实验篇一：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、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。

ug?eK(?1??2??3??4)4对单臂电桥输出电压u01=eKε/4；对等臂电桥输出电压u01=eKε/2；对全电桥输出电压u01=eKε。

电桥的非线性误差??K??(K?)2?(K?)3???121?K?21418三、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。

四、实验步骤：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，将实验模板调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、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)。

关闭主控箱电源。

2、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Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。

检查接线无误后，合上主控箱电源开关。

调节Rw1，使数显表显示为零。

3、在电子称上放置一只砝码，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砝码加完。

金属箔式应变片三种桥路性能比较的实验原理和方法

金属箔式应变片三种桥路性能比较一、实验目的：1、了解金属箔片式应片及应变电桥的原理和性能；2、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互间的关系；3、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、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。

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2r L A L R ⋅==πρρ（3-1）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（3—1）全微分得电阻变化率dR /R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2（3-2）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 （3-3）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（3—3）代入式（3—2）得：()ρρεμd R dR ++=21（3-4）式（3—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()l R dR εμ21+≈（3-5）其灵敏度系数为：()με21+==RdR K l 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。

实验报告

HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY《传感器原理及应用》课程实验报告班级学号姓名机械与汽车工程学院机械电子工程系二零一零年三月实验概况一实验地点传感器实验室——合肥工业大学机械楼南楼226室二实验时间2010年4月日下午2:30～5:50三实验小组第小组四实验台名称CSY2001/2001B型传感器实验台五实验内容1. 金属箔式应变计三种桥路性能比较；2. 双孔应变传感器——称重实验；3. 光栅传感器衍射演示实验；4. 微机检测与转换——数据采集处理。

实验一金属箔片应变计三种桥路性能比较一实验目的1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；2、测试应变梁变形的应变输出；3、比较各桥路间的输出关系；4、通过对单臂、半桥、全桥三种测量桥路的输出关系的分析比较，掌握直流惠斯通电桥的结构形式及特点。

二实验所需部件直流稳压电源（±4V）、应变式传感器实验模块、贴于悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。

三数据及计算结果四按实验指导书要求绘制特性曲线在同一坐标系上绘出3条U – X曲线，并分别计算灵敏度S。

五实验结果分析比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。

六思考题从理论上分析三种桥路的灵敏度之间的关系？实验二双孔应变传感器的称重实验一实验目的1、观察了解电阻应变片的结构及粘贴方式；2、了解双孔悬臂梁式称重传感器的结构及工作原理；3、认识差动电桥的输出特性。

二实验所需部件直流稳压电源（±4V）、双孔悬臂梁式称重传感器、应变式传感器实验模块、称重砝码（20克/个）、数字电压表。

三数据及计算结果四按实验指导书要求绘制特性曲线在坐标系上绘出U – W曲线，并计算灵敏度S。

五实验结果分析六思考题1）此称重传感器是否具有温度补偿作用？为什么？2）桥路输出电压与被测质量之间是否存在线性关系？实验三光栅传感器衍射演示实验一实验目的1、观察了解光栅的结构；2、掌握光栅传感器测距的原理和方法；3、了解莫尔条纹形成的机理和特点。

金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较(自检实验一)

实验报告实验项目名称：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较同组人试验时间年月日，星期，节实验室K2，508传感器实验室指导教师一、实验目的1、了解金属箔式应变片，单臂、半桥、全桥的工作原理和工作情况。

2、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。

二、实验原理电阻丝在外来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：式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。

同时，由于应变片敏感栅丝的温度系数的影响，以及应变栅线膨胀系数与被测试件的线膨胀系数不一致，产生附加应变时，在被测体受力状态不变时，由于温度影响，输出会有变化。

金属箔式应变片是用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅，箔栅厚一般在0.003-0.01mm之间，箔材表面积大，散热条件好。

金属箔式应变的电阻变化范围很小，用欧姆表测量其阻值的变化十分困难，所以我们一般会用电桥来测试金属箔式应变的变化，将电阻的变化量转换成电压的变化量。

图6.1 应变电桥电路由于电压源电桥的测试精度受电源电压波动影响，测量灵敏度也随之变化，所以本实验是有恒流源供电:,（2-1）图6.1（a）为单臂电桥电路，R1为应变片电阻，R2、R3、R4为固定电阻,,代入式（2-1）。

图6.1（b）为半桥电桥电路，R1、R2为应变片电阻，R3、R4为固定电阻,,代入式（2-1）。

图6.1（c）为全桥电桥电路，R1、R2、R3、R4为应变片电阻，,,代入式（2-1）。

三、所需单元及部件STIM-01模块、STIM-05模块;±15V电源、万用表;电子连线若干四、实验步骤一、单臂电桥性能实验1、按图6.2连接好各模块，接上模块电源。

2、称重盘上不放任何东西，使STIM-01模块差动放大器上的增益调节到最大，调节STIM-05模块上的电位调节旋钮，使STIM-01模块差分放大输出OUT1接近于0V（用万用表测得）。

金属箔式应变片三种桥路性能比较的实验原理和方法

金属箔式应变片三种桥路性能比较一、实验目的：1、了解金属箔片式应片及应变电桥的原理和性能；2、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互间的关系；3、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、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。

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2r L A L R ⋅==πρρ（3-1）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（3—1）全微分得电阻变化率dR /R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2（3-2）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 （3-3）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（3—3）代入式（3—2）得：()ρρεμd R dR ++=21（3-4）式（3—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()l R dR εμ21+≈（3-5）其灵敏度系数为：()με21+==RdR K l 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。

研究报告实验二箔式应变片三种桥路的性能比较（实验讲义）

实验二箔式应变片三种桥路性能的比较一、实验目地：1．了解金属箔式应变片的的原理、结构以及粘贴方式。

2．了解电阻应变片测量电桥的工作原理，比较直流单臂电桥、半桥差动电桥和全桥差动电桥的性能。

二、实验所需部件：（CSY 10B型传感器系统实验仪）直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁称重传感器、称重砝码（20g×10个）、电压表（2V档）。

三、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过非平衡电桥测量电路，可以将待测量转换成电信号输出显示。

如图所示。

直流单臂电桥测量电路中只有R1为电阻应变片。

半桥差动电桥中电阻应变片R1和R2构成差动形式。

全桥差动电桥中由四个应变片组成两个差动对工作。

采用差动电桥测量电路，不仅可以提高电桥的灵敏度，还可以进行温度补偿和消除非线性误差。

(a) 直流单臂电桥(b) 半桥差动电桥(c) 全桥差动电桥四、实验步骤：1．差动放大器调零。

开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表（2V 档）。

用“差动调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化。

调零后关闭仪器电源。

2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。

桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。

直流激励电源为 ±4V 。

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

调整电桥W D 电位器，使测试系统输出为零。

图（1）4．在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，记录差动放大器输出电压值，并列表。

5. 在此基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R 1、R 2、R 3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。

金属箔式应变片——全桥性能实验实验报告

金属箔式应变片——全桥性能实验实验报告一．实验目的：了解全桥测量电路的优点。

二．基本原理：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，受力方向不同的接入邻边，当应变片初始阻值：1234R R R R ===，其变化值1234R R R R ∆=∆=∆=∆时，其桥路输出电压3o U 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．需用器件和单元：应变单元电路、应变式传感器、砝码、数显表（实验箱上电压表）、±4V 电源、万用表。

四．实验步骤：图1 应变式传感器全桥实验接线图1. 保持单臂、半桥实验中的3Rw 和4Rw 的当前位置不变。

2. 根据图1接线，实验方法与半桥实验相同，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，将实验结果填入表1；进行灵敏度和非线性误差计算。

表1 全桥输出电压与加负载重量值3. 根据表1计算系统灵敏度S ，/S u W =∆∆（u ∆输出电压变化量；W ∆重量变化量）；计算非线性误差：1 /100%f F S m y δ⋅=∆⨯，式中m ∆为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，F S y ⋅满量程输出平均值。

五．实验结果计算1．计算系统灵敏度S ，/S u W =∆∆（u ∆输出电压变化量；W ∆重量变化量）表2 全桥测量灵敏度2．计算非线性误差：1 /100%f F S m y δ⋅=∆⨯，式中m ∆为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，F S y ⋅满量程输出平均值。

实验时，测的最大重量为80()g ，因此，0.157()F S y ⋅=电压表测得、=0.15293(LABVIEW )F S y ⋅测得（1）由电压表测得数据拟合得到的方程为：0.00170.0185y x =+拟合得到数据：拟合得到图像：01020304050607080计算得到非线性误差为：表3 电压表测得数据计算得到非线性误差由LABVIEW 测得数据拟合得到的方程为：0.00170.0182y x =+拟合得到数据：拟合得到图像：01020304050607080计算得到非线性误差为：表4 LABVIEW 测得数据计算得到非线性误差六．试验后感通过本次实验，我了解了用全桥电路对物体侧重的方便性，以及全桥电路的高灵敏性，相信通过本次实验可以帮助我在以后的实验以及生活中更好地运用全桥电路。

箔式应变片三种桥路的性能比较

箔式应变片三种桥路的性能比较
彪陈波中２２１１１６孙国矿业大学理学院要ＣＳＹ系【摘】本文利用应变效应，通过列传感器实验仪完整的测试系统将箔式应变片的应变转换成电阻变化，再根据应变片个数不同借助三种测量电路将电阻变化转换成各电桥灵敏度大小，经过比较进一步验证了全桥电路的灵敏度最高，半桥次之的结论，从而加深学生对所学知识的理解，并且还为利用箔式应变片测量力、加速度等物理参数提供了很好的依据。测ＣＳＹ灵【关键词】应变效应量电路敏度１引Ｕ言ｎＫ＝＝Ｅ ΔＲ（应变片是最常用的测力传感元件。电阻应变片的工作原１＋ｎ）Ｒ理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产ｄＫ生机械形变时，其阻值相应发生变化。当用应变片测试时，应＝０求ｎ＝１时Ｋ为当值确定后，利用得，最大值，即供ｄｎ变片要牢固地粘贴在测试体的表面，当测件受力发生形变，应Ｒ＝Ｒ＝Ｒ＝Ｒ时电压确定后，，电压灵敏度最高，此时有：变片的敏感删随变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过桥 ΔＲＥＥ测量电路，转换成电信号输出显示。Ｋ＝４列传感器系统实验仪是用于检测仪表类课程教学Ｕ＝Ｒ４，ＣＳＹ系 ΔＲＥＥ实验的多功能教学仪器，其特点是集被测体、各种传感器、信号Ｕ＝Ｋ＝对于半桥电路则是：，Ｒ２２激励、处理电路和显示器于一体，可以组成一个完整的测试系Ｒ Δ 统，可使学生对各种不同的传感器及测量电路的原理和组成有同理对于全桥电路则是：，Ｕ＝ＥＫ＝ＥＲ直观、感性的认识。性曲线的测量３特２三种桥路电压灵敏度下面利用系列传感器系统实验仪来测量差动放大器ＣＳＹ直流电桥电路根据应变片的个数不同可以将桥路分为三３输出电压值的特性曲线，实验装置接线图如图所示。种电桥，即单臂、半桥、全桥路。

双臂电桥实验报告(金属箔式应变片)

金属箔式应变片实验报告一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，1/4桥电桥工作原理和性能。

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。

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形变，然后由电阻应变片将弹性元件的形变转化为电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或者电流变化信号输出。

它可用于能转化成形变的各种物理量的检测。

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的作用下发生应变而其电阻值也会产生相应的改变。

应变灵敏度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。

金属导体的应变灵敏度K主要取决于其几何效应，半导体的应变灵敏度主要取决于其压阻效应, 半导体材料之所以具有较大的电阻变化率，是因为它具有远比金属导体显著得多的压阻效应。

在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理变化称为半导体的压阻效应。

不同材质的半导体材料在不同受力条件下产生的压阻效应不同，可以是正或者负的压阻效应。

也就是说，同样是拉伸变形，不同材质的半导体将得到完全相反的电阻变化效果。

在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片半导体应变片很少应用（温漂、稳定性、线性度不好且易损坏），一般半导体应变片采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（压阻效应）传感器。

金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025 mm左右的金属丝或者金属箔制成。

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，与丝式应变片工作原理相同。

电阻丝在外力的作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。

电路电桥按其工作方式分有1/4桥、半桥、全桥三种如图17 -2所示，1/4桥工作输出信号最小，线性、稳定性较差；半桥输出是1/4桥的2倍，性能比1/4桥有所改善；全桥工作时的输出是1/4桥的4倍，性能最好。

金属箔式应变片交流全桥实验报告

金属箔式应变片交流全桥实验报告篇一：自动化传感器实验报告三__金属箔式应变片——全桥性能实验实验三项目名称：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的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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?。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

图3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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＝1KE?。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

表3-1全桥输出电压与加负载重量值图3-1 应变式传感器全桥实验接线图2五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

金属箔式应变片半桥性能实验

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，并了解其特点。

二、基本原理不同方向受力的两片应变片接入点桥作为邻边，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，比单臂电桥灵敏度提高一倍。

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、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，Vo1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。

2、根据图2-1接入传感器，R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力相反（一片受拉，一片受压），接入桥路电源+5V，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

注意保持增益不变。

图2-1 应变片半桥性能实验接线图3、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2-1。

五、实验结果分析与处理1、记录数显表数值如下：表2-1：半桥测量时，输出电压与负载重量的关系：重量（g）20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mV）18.3 34.8 51.5 68.4 85.4 101.6 118 135.1 151.4 167.82、由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下：图2-2 半桥传感器特性曲线由图可知，半桥的传感器特性曲线非线性得到了改善，电桥输出灵敏度提高。

但是曲线起点不是零点，可能没有做到真正的调零。

3、（1）计算系统灵敏度：ΔV=（34.8-18.3）+（51.5-34.8）+•+（167.8-135.1）/9=（167.8-18.3）/9=16.61mV••ΔW=20gS=ΔV/ΔW=0.831mV/g（2）计算非线性误差：Δm =（18.3+34.8+51.5+68.4+85.4+101.6+118+135.1+151.4+167.8）/10=93.23mVy FS=167.8mVδf =Δm / yFS×100%=55.6%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点桥时，应放在：（1）对边？（2）邻边的位置？答：应放在邻边。

金属箔式应变片交流全桥实验报告doc

金属箔式应变片交流全桥实验报告篇一：自动化传感器实验报告三__金属箔式应变片——全桥性能实验实验三项目名称：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的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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?。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

图3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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＝1KE?。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

表3-1全桥输出电压与加负载重量值图3-1 应变式传感器全桥实验接线图2五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

箔式应变片性能――应变电桥

箔式应变片性能――应变电桥一、实验目的：1. 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2. 测试应变梁变形的应变输出。

3. 比较各桥路间的输出关系。

二、实验原理：本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电压输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为△R 1/R 1、△R 2/R 2、△R 3/R 3、△R 4/R 4，当使用一个应变片时，∑=R R △；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑=R R R △2;用四个应变片组成二个差动对工作，且R 1=R 2=R 3=R 4=R,∑=RR R △4。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

三、实验仪器：直流稳压电源（4±V 档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微仪、电压表。

四、实验步骤：1．调零。

开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居 “零”位。

拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。

调零后关闭仪器电源。

2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测式桥路。

桥路中R 3、R 4和W D 电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 1、R 2为应变片。

直流激励电源为±2V 。

图（1）测微仪装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。