应变片讲义单臂、半桥、全桥性能实验
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、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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、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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压Uo= EKε/4。
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U o＝EKε／2。
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U o＝KE ε。
三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘砝码。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的5 个电阻符号下面是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用表2K 电阻档进行测量判别。
金属箔式应变片性能比较.单臂、半桥、全桥
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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、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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U o= EKε/4。
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U o＝EKε／2。
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U o＝KEε。
三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘砝码。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的5 个电阻符号下面是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用表2K 电阻档进行测量判别。
应变片单臂、半桥、全桥性能实验
• 基本电路单臂、双臂和全桥。
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（a）单臂
• 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。
（b）半桥
（c）全桥
（a）单臂 Uo＝U①－U③ ＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E ＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／ 〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E
设 R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K为灵敏度系数。 则 Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE
应变片单臂、半桥、全桥性能实验
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1
实验目的
• 了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片 测量电路。
• 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。 • 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。
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2
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。
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。
应变片单臂、半桥、全桥性能实验PPT课件
• Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE
2•020差/2/2动6 放大器输出为Vo。
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7、应变片半桥特性实验原理图
• 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 。
• 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。对式全微分得电阻变化率 dR/R为：
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：εr= - μεL 代入上式
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。
在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码尽量靠近托盘的中心点放置读取相应的数显表电压值记下实验数据填入表1202022620应变片单臂电桥性能实验数据5根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度sv输出电压变化量w重量变化量和非线性误差myfs100式中输出值多次测量时为平均值与拟合直线的最大偏差
应变片单臂、半桥、全桥性能实验
2020/2/26
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3、实验模板中的差动放大器调零
• 按图示接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档 ，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电 位器RW3合适位置(先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈) 后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显 示为零。
2020/2/26
（b）半桥
（c）全桥
（a）单臂 Uo＝U①－U③ ＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E ＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／ 〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E
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。
检测技术实验2 金属箔式应变片 单臂、半桥、全桥性能实验
上海电力学院检测技术实验金属箔式应变片——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、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。
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得到改善。
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 应变式传感安装示意图2、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R w3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。
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。
实验一 应变片单臂、半桥、全桥实验
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、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。
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得到改善。
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：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 应变式传感安装示意图2、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R w3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。
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。
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。
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、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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、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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压Uo= EKε/4。
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U o＝EKε／2。
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U o＝KE ε。
三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘砝码。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的5 个电阻符号下面是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用表2K 电阻档进行测量判别。
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）。
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（b）双臂(半桥) 同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE
（c）全桥 同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE
6、箔式应变片单臂电桥实验原理图
• 图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻，R1为应变片； • RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源±4V。 • 桥路输出电压 • Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE • 差动放大器输出为Vo。
4、箔式应变片的基本结构
• 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0.025mm左右的金属丝或金属箔制成
(a) 丝式应变片
(b) 箔式应变片
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，与丝式应变片工作原理相同。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。
5、测量电路
• 为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信 号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电 路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易 实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求， 因此在应变测量中得到了广泛的应用。
• 电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂 工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂 的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂 时的四倍，性能最好。因此，为了得到较大的输出电压信 号一般都采用双臂或全桥工作。
• 基本电路单臂、双臂和全桥。
（a）单臂
（b）半桥
（c）全桥
（a）单臂 Uo＝U①－U③ ＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E ＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／ 〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E
设 R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K为灵敏度系数。 则 Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE
• 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。
7、应变片半桥特性实验原理图
• 不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE 。
8、应变片全桥特性实验原理图
• 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。
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 • 4位数显万用表（自备）。
• 半导体材料的电阻应变效应主要体现为压阻效应，其灵 敏度系数较大，一般在100到200左右。
3、贴片式应变片应用
• 在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片 ，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不 好而且易损坏）很少应用。一般半导体应变采用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。
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：εr= - μεL 代入上式
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。
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
• 主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。半导体材料之所以 具有较大的电阻变化率，是因为它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，这种物理现象称之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（使电阻增大）的或负（使电阻减小）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。
应变片单臂、半桥、全桥性能实
精品jin
实验目的
• 了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片 测量电路。
• 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。 • 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。
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。
• 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
• 其灵敏度系数为：
•
K=
• 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。金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)半导体的应变灵敏度：
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
• 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。对式全微分得电阻变化率 dR/R为：