电阻应变片直流电桥测量电路的攻略

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直流电桥电阻应变片式力测量系统原理及配置方案

直流电桥电阻应变片式力测量系统原理及配置方案作者：冯国涛来源：《中国科技博览》2018年第29期[摘要]厂机械以及零部件使用过程中必然会发生应力应变变化，对其这种变化的精确测量时设备使用的基础，电阻式应变片是测量应变的一种较为简易的装置，其测量值经过直流电桥电路，放大器，A/D转化器便可以实现测量从而实现对机械设备的监控。

[关键词]应变片电阻直流电桥放大器 A/D转化器中图分类号：S462 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0031-01引言应变的测量线路一般采用电桥来完成，工程测量中，测量电桥有直流电桥和交流电桥两种接法。

由于机械应变一般都很小，要把微小应变引起的应变片阻值的变化测量出来。

在电桥后面必须接专门的放大电路。

由于直流放大器容易产生温漂，因此长期以来，应变测量电桥多采用交流电桥。

但交流电桥结构相对复杂，而采用可变增益放大器构成的直流电桥测量线路结构简单，可靠性高同时具有非常高的共模抑制比，从而很好地解决了直流电桥的温漂问题。

本文就应变一系列问题进行探讨与解决。

一、应变片工作原理以及型号选择电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料或者金属材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。

应变片材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。

应变片有很多种类。

一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16μm）上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅（3-6μm），然后再覆盖上一层薄膜做成迭层构造。

电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。

将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。

Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。

电阻应变计在电桥中的接线方法

测量电桥的特性及应用一、测量电桥的基本特性和温度补偿在结构强度的实验分析中，构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变计粘贴在构件表面，并正确地接入测量电路，从而得到构件表面的应变。

应变电测法的基本测量电路是电桥。

测量电桥是由应变计作为桥臂，作用是将应变计的电阻变化转化为电压或电流信号。

在测量时，将应变计粘贴在各种被测试件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。

1. 测量电桥的基本特性设电桥的四个桥臂接上应变计,电阻分别为1234R R R R R ====(见图一)，如果桥臂电阻改变1234R R R R ∆∆∆∆、、、,则输出电压为： 0312412344i u R R R R u R R R R ⎛⎫∆∆∆∆=--+ ⎪⎝⎭(1)式中：0u 为电桥的桥压，i u 为电桥的输出电压。

若四个桥臂上的应变计的灵敏系数均为K ，即ii R K Rε∆=，则输出电压： ()012344i uu K εεεε=--+ (2)式中：1234εεεε、、、分别为应变计1234R R R R 、、、所感受的应变值。

应变仪的输出应变为：123404id u u Kεεεεε==--+ (3) 由式(3)可见，电桥有下列特性：(1)两相邻桥臂上应变计的应变相减。

即应变同号时，输出应变为两邻桥臂应变之图一电桥差；异号时为两相邻桥臂应变之和。

(2) 两相对桥臂上应变计的应变相加。

即应变同号时，输出应变为两相对桥臂应变之和；异号时为两相对桥臂应变之差。

应变仪的输出应变实际上就是读数应变，所以合理地、巧妙地利用电桥特性，可以增大读数应变，并且可测出复杂受力杆件中的内力分量。

2. 温度的影响与补偿在测量时，被测构件和所粘贴的应变计的工作环境是具有一定温度的。

当温度发生变化时，应变计将产生热输出t ε。

显然，热输出t ε不包含结构因受载而产生的应变，即使结构处在不承载且无约束状态,t ε仍然存在。

静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法

静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法
试验步骤 1、选片
①首先根据试验的材料性质及对试验结构应力分布梯度的估计，选择电阻应变片的标距，根据工作条件选用应变片的类型，包括形状、片基材料等。 ②检查应变片的外观及电阻值。外观有损伤或电阻值相差较大的均不得选用。
2、粘结剂的选择
①抗剪强度高，能正确传递应力；②绝缘良好； ③变形能力大；④蠕变小；⑤粘贴固化工艺简单方便。
（2）确定应变片的准确位置
在试件表面上画出测点中心线，用十字画画出。注意要画在处理过的表面范围以外。
静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法
（3）涂胶贴片在试件表面及应变片背面均匀涂上一层胶，按画好的十字线贴好应变片，用手轻压，将多余的胶和空气挤出，并按压一定时间，以使胶固化。 4、检查贴片质量检查内容包括： ①电阻值；②绝缘电阻；③贴片位置。 5、焊接导线 6、作防潮、防水处理
静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法
应变片的粘贴工艺
构件表面打磨画出中心线涂胶贴片检查贴片质量
贴接线端子
焊接引出线
焊接导线
做防潮防水处理
静态电阻应变仪的使用和应变片在电桥中的接桥方法
（二）半桥及全桥量测的接桥方法 1、半桥单补
一个工作片R1接入AB 桥臂，BC桥臂接入温度补偿片R，其它桥臂由仪器内部连接，温度补偿由温度补偿片单独补偿。应变仪读数为构件实际应变。 KU ΔU BD = ε1 4
3、全桥互补
四个工作片R1、 R2、 R3、 R4、全部接入桥路，各个工作片间相互补偿温度的影响。相邻桥臂的应变片一正一负，相对桥臂正负相同。应变仪读数为构件实际应变的4倍。

电阻应变片直流电桥测量电路攻略

在复杂的机械系统中，研究其功耗和性能，设计它们的结构以及研究各模块组间的润滑状态，测量各器件间的摩擦力等重要参数，多年来，一直被人们所重视。

由于机械内部运动复杂，环境恶劣，摩擦力相对很小，给测量带来了很大困难，如何精确地测量出这些数据就显得格外重要。

采用立创无线收发方式，利用传感器信号通过无线收发电路进行信号传输，可以先存储数据再把存储卡里面的数据读入到计算机进行分析，为复杂及数据要求精确的系统的数据采集提供了新的方法。

另外，在采集频率较高时，数据量比较大，这对采集系统中处理器处理速度、射频无线传输速度、接口传输速度、A/D 转换速度以及功耗等都有很高的要求，加上机械系统内部尺寸的限制，困难较大。

这样一来，数据采集电路板的设计成为该数据采集系统的关键，我们需要设计专门的数据采集和无线收发装置。

测量系统原理系统由传感器、电源、信号调理电路、信号处理电路和PC 机组成在实际测量时，传感器安装在运动件上，由于采用引线装置传递信号会限制机械部件的运动，因此可采用无线收发电路传输数据，也可采用存储方式进行数据采集，即先把数据保存到存储卡，数据采集完之后再拿出存储卡读入到计算机，测量系统原理如图1 所示。

气压传感器和应变片经过信号调理电路输出0～2.5V 的电压，可通过信号处理电路把模拟信号转化为数字信号再存入存储卡，热电偶经过信号调理电路输出12 位SPI 格式的数字信号，可由单片机直接把信号存入存储卡。

存储卡的容量应能保证采集信号的时间要求（在采集频率为3000Hz 时，选择512M以上的存储卡可保证采集时间不少于25 分钟）。

而该测量系统中电阻应变片直流电桥测量电路的设计是一个关键，下面我们将对这一部分进行详细的分析和设计。

电阻应变片直流电桥测量电路应变片调理电路由升压芯片（为芯片提供工作电压）、电压基准（稳压）、电桥、滤波、放大等部分组成，如图2 所示。

测量电路所选用应变片型号350-2AA，应变灵敏系数K=2.18（无量纲正数），名义电阻350Ω，丝栅尺寸：2×2mm；考虑到连杆体上空间小的特点，尽可能安装少量的传感器，因此采用直流单臂电桥来实现电阻到电压的转换。

自动化检测实验指导

自动化检测实验指导实验一应变片单臂、半桥、全桥特性比较一、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。

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，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。

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，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

三、需用器件与单元：机头中的应变梁的应变片、测微头；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应变片、调理电1位数显万用表（自备）。

路单元中的电桥、差动放大器；42五、实验步骤：1位数显万用表2kΩ电阻档测量所有在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用42应变片阻值；在应变梁受力状态（用手压、提梁的自由端）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况(标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片)。

如下图1—7所示。

图1—7观察应变片阻值变化情况示意图差动放大器调零点：按下图1—8示意接线。

将F／V表(或电压表)的量程切换开关切换到2V档，合上主、副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆向回转一点点(放大器的增益为最大，回转一点点的目的：电位器触点在根部估计会接触不良)，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示电压为零。

差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。

图1—8差放调零接线图3、应变片单臂电桥特性实验：⑴将±2V～±10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片)与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路，电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中(W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端)，如图1—9示意接线(粗细曲线为连接线)。

测试技术-3.4 电阻应变片的测量电路

• 设桥臂比 n R2 / R，1 由于并考虑到平衡条件
R1 = ，R1 分母中
R1可/ R忽1 略，
R2 / R1， R则4 / R式3 （3-33）可写为
•
(3-34)
• 电桥电压灵U敏o 度(1定nn义)2 为RR11 E
•
•
SU

Uo R1

n (1 n)2
E
(3-35)
R2

R3 R（3R43-42）
• 若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，则得
•
Uo

E 2
R1 R1
（3-43）
• 由式（3-43）可知，Uo与ΔR1/R1成线性关系，差动电桥无
非线性误差，而且电桥电压灵敏度 SU=E/2，是单臂工作时的两倍，同时还具有温度补偿作用。
3.4 电阻应变片的测量电路
• 当E值确定后，n取何值时才能使 S最U 高。
• 由 dSU / dn 0求的SU 最大值，得
•
dSU dn

1 n2 (1 n)3
0
（3-36）
3.4 电阻应变
确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最
高，此时有
3.4 电阻应变片的测量电路
• 3.4 电阻应变片的测量电路
• 3.4.1 直流电桥
• 1. 直流电桥平衡条件
• 电桥电路如图3-9所示，图中 E为电源电压，R1、R、2 R及3 R4
• 为桥臂电阻，RL 为负载电阻。当 RL→∞时，电桥输出电压为
• •
Uo

E

R1 R1 R2

R3R3R（4 3-31）
压为

直流电桥的原理与应用步骤

直流电桥的原理与应用步骤一、直流电桥的原理直流电桥是一种测量电阻、电容、电感等元件的电路，其原理基于电桥平衡条件。

在电桥平衡时，电桥电路中的电压为零，可以通过调节电桥中的电阻或变化待测元件的电阻来实现平衡。

直流电桥的原理可以用以下几点来描述：1.电桥平衡条件：在电桥平衡时，电桥回路中的电压为零。

这意味着，电桥电路中的电阻比例满足特定的关系。

2.电桥电路构成：直流电桥由四个电阻组成，通常被称为“臂”。

两个电阻被称为“比例臂”，另外两个电阻被称为“样品臂”。

样品臂上连接待测元件。

3.平衡电桥的条件：为了实现电桥平衡，比例臂上的电阻比和样品臂上的电阻比需要满足特定条件。

4.测量未知电阻：通过调整比例臂上的电阻，直到电桥平衡，可以测量未知电阻。

二、直流电桥的应用步骤直流电桥经常被用于测量电阻、电容和电感等元件的值。

下面是使用直流电桥进行测量的一般步骤：1.准备工作：在开始测量之前，确保电桥电路中的电源已经接通，并且元件的接线正确。

2.调整平衡：根据实验要求，调整比例臂上的一个或多个电阻，以便在待测元件加入电路后，使整个电桥能够达到平衡状态。

3.连接待测元件：将待测元件正确地连接到样品臂上。

根据测量要求，可以连接电阻、电容或电感。

4.调节比例臂上的电阻：通过调节比例臂上的电阻，使整个电桥电路能够达到平衡状态。

调节比例臂上的电阻直到电桥电路中的电压为零。

5.测量结果：一旦电桥达到平衡状态，如果比例臂上的电阻发生了变化，那么久可以通过测量比例臂上的电阻变化来计算待测元件的值。

6.记录结果：记录测量结果，并做必要的单位转换。

确保记录准确并可靠。

7.分析和解释：分析测量结果，并根据实验要求解释测量结果的意义。

三、直流电桥的扩展应用除了测量电阻、电容和电感的值，直流电桥还可以扩展应用于其他方面，如：1.测量温度：使用热敏电阻或热电偶作为待测元件，直流电桥可以用来测量温度。

2.测量应变：使用应变片作为待测元件，直流电桥可以用来测量物体的应变。

电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量

对于全桥接法，如应变片R1和R3（正面受拉）与R2和R4 （反面受压）接成全桥如图2（c），则应变仪输出应变为： r 1 2 3 4 1p T ( 2 p T ) 3 p T ( 4 p T ) 41p
(∵ 1p 2 p 3 p 4 p)。
除此之外，还有其他形式接成半桥和全桥，可自行设计练习。
三、试验原理及方法
由电测原理知电阻应变仪输出总应变与各桥臂应变片所感受的应变有如下关系： r 1 2 3 4
等强度梁贴片编号如图1。
Ｒ1,2
Ｒ0
Ｒ3,4
图1 布片图
对于半桥接法：如应变片R1（正面受拉应变）与温度补偿片 R0接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定电阻R，如图2（a）,
则应变仪输出应变为： r 1 2 = 1p T T 1p
r 1 2
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量
如应变片R1与梁下表面应变片R2（反面受压应变）接成半桥，另外半桥仍为应变仪内部固定桥臂电阻，如图2（b）,则应变仪输ห้องสมุดไป่ตู้应变为：
r 1 2 = 1p T ( 2 p T ) 1p 2 p 21p ，(∵1p 2 p )
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量
（a） r 1p
（b） r 21p (c) r 41p
图2 应变片的接桥
等强度梁（等应力梁）是按等强度的原则设计的一种变截面悬臂梁（除梁身外，还有底座、支架、和加载机构），当对其施加载荷时，可在梁身的上下表面产生一个均匀的单向应力场，实验中除用电测法可测出其应变外，还可根据材料力学知识计算出理论值，两者进行比较。
电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量电阻应变片在电桥中的接法和静态应变测量应变片的接桥等强度梁等应力梁是按等强度的原则设计的一种变截面悬臂梁除梁身外还有底座支架和加载机构当对其施加载荷时可在梁身的上下表面产生一个均匀的单向应力场实验中除用电测法可测出其应变外还可根据材料力学知识计算出理论值两者进行比较

实验二金属电阻应变片与电桥测量电路的特性理.

实验二金属电阻应变片与电桥测量电路的特性一、实验目的1．进一步认识应力、应变和电阻的相对变化的关系2．观察了解应变片的结构和粘贴方式。

3．比较各桥路间的输出关系二．实验器材主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码四．心得体会电阻应变效应: 导体、半导体材料在外力作用下发生机械形变，导致其电阻值发生变化的物理现象1. 单臂电桥输出电压 Uo1= UiKε/4。

2.半桥测量电路：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UO2＝UiKε／2。

3.全桥测量电路：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。

当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U03＝UiKε。

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。

(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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。

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、421位数显万用表（自备）。

四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：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。

1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。

实验四电阻应变片在电桥中的接法

实验四电阻应变片在电桥中的接法应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。

在实际构件中，这个应变可能是由多种内力因素造成的。

有时，只需测出由某种内力因素造成的应变，而要求把其余部分的应变从结果中排除掉。

诚然，应变片本身不会分辩它示值中的各应变成分，但只要合理选择贴片位置，方位把应变片合理地接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测出指定成分而排除其它成分。

一、实验目的1、掌握在静载荷下使用电阻应变仪的单点测量方法。

2、学会应变电桥的半桥，全桥接法。

3、测定弯扭组合构件中的弯矩M 及扭矩T 并与理论值对照。

二、仪器和设备1、弯扭组合装置2、静态电阻应变仪三、实验原理与方法电阻应变仪的电桥输出电压U 与各桥臂应变片的指示应变1e 有下列关系1234()4EK U e e e e =-+- 其中1e 、2e 、3e 、4e 分别为各桥臂应变片的指示应变，K 为应变片灵敏系数，E 为桥压。

对于弯扭组合构件，(见图4-1)我们根据材料力学中组合变形知识，可得出各点的应力为弯曲与扭转的组合M T s s s =+，那么，我们可以通过电桥的不同连接，把其分离，从而分别测出其e 弯、e 扭算出其弯矩及扭矩。

图4-1四、实验步骤1、利用I-I 截面上、下两个直角应变花设计出分别用电桥的全桥、半桥连接方法。

测量弯矩e 弯、扭矩e 扭2、按设计连接方法接入电阻应变仪。

3、分级加载50N P =、100N 、150N 、200N(P ∆=50N)加卸载三次测量出e 弯、e 扭。

五、实验报告要求1、画出电桥连接方法图。

2、画出测试结果表。

3、计算出弯矩M 及扭转T 值。

4、分析引起误差的主要因素。

电阻应变测量原理及方法

目录电阻应变测量原理及方法 (2)1. 概述 (2)2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 (2)2.1 电阻应变片的工作原理 (2)2.2 电阻应变片的构造 (4)2.3 电阻应变片的分类 (4)3. 电阻应变片的工作特性及标定 (6)3.1 电阻应变片的工作特性 (6)3.2 电阻应变片工作特性的标定 (10)4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (12)4.1 电阻应变片的选择 (12)4.2 电阻应变片的安装 (13)4.3 电阻应变片的防护 (14)5. 电阻应变片的测量电路 (14)5.1 直流电桥 (15)5.2 电桥的平衡 (17)5.3 测量电桥的基本特性 (18)5.4 测量电桥的连接与测量灵敏度 (19)6. 电阻应变仪 (24)6.1 静态电阻应变仪 (24)6.2 测量通道的切换 (26)6.3 公共补偿接线方法 (27)7. 应变-应力换算关系 (28)7.1 单向应力状态 (28)7.2 已知主应力方向的二向应力状态 (29)7.3 未知主应力方向的二向应力状态 (29)8. 测量电桥的应用 (31)8.1 拉压应变的测定 (31)8.2 弯曲应变的测定 (34)8.3 弯曲切应力的测定 (35)8.4 扭转切应力的测定 (36)8.5 内力分量的测定 (36)电阻应变测量原理及方法1. 概述电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。

该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。

电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。

电阻应变测量及方法

第二章电阻应变测量及方法
▪§ 2.1 概述 ▪§ 2.2 电阻应变计 ▪§ 2.3 应变片测量电路 ▪§ 2.4 直流式电阻应变仪 ▪§ 2.5 应变片在构件上的布置和组桥 ▪§ 2.6 静态应变测量
§ 2.1 概述
电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
(
R R
)y
Kxx
K y y
轴线
x
式中：
R R
R ( R )x
(
R R
)
y
Kxx
K y y
(
R R
)
x
、( R R
)
y
分别为
x和
y引起的敏感栅电阻的相对变化。
Kx、Ky 分别为应变片轴向和横向灵敏系数。
Kx
(R R)x
x
Ky
(R R)y
y
横向灵敏系数与轴向灵敏系数的比值称为横向效应系数H。
H Kx 100% Ky
四、电阻应变片工作特性的标定
（一）灵敏系数的标定
注意：
K= R R
（1）单向应力状态 ——故采用纯弯梁；
（2）应变片轴线应平行单向应力——注意贴片方向；
（3）标定材料为钢梁——标定梁泊松比为。
标定思路：
（1）由三点挠度仪测 f
（纯弯曲上下表
面的轴向应变为：
hf
(a )2 f 2 hf
2
其中：f为由三点挠度仪上千分表测出的挠度值；
若电阻应变仪灵敏系数和读数应变分别为K0和 d表示，
则： R R K0d
得应变片的灵敏系数为：
K= R
R
K0d

实验二电桥测试(电阻式传感器的单臂、全桥电桥性能)实验

实验二电桥测试（1）电阻式传感器的单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。

2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。

3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥，差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路1、电阻应变式传感如图1-1 所示。

传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、（双臂）半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm 。

2 13+5VR R4R R51─外壳2─电阻应变片3─测杆4─等截面悬臂梁5─面板接线图图 1-1电阻应变式传感器2、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为： R/ R＝ K L/ L=K ε， R 为电阻丝变化值， K 为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量 L/ L 。

通过施加外力引起应变片变形，测量电路将电阻变化转换为电流或电压的变化。

1 dK S(1 2)对于金属应变片，Ks 主要取决于式中的第一项。

金属的泊松比通常在0.3 左右，对于大多数金属K s 取 2。

本实验采用直流电桥来测量金属应变片的工作特性。

3．电桥的工作原理和特性（1）电桥的工作原理图2 是一个直流电桥． A、C端接直流电源，称供桥端，Uo称供桥电压； B、D端接测量仪器，称输出端U BD=U BC+U CD=U O[R3/(R 3+R4)-R 2/(R 1+R2)]1）由式（ 1）可知，当电桥输出电压为零时电桥处于平衡状态．为保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡（称为预调平衡）．（2）电桥的加减特性电桥的四个桥臂都由应变片组成，则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化( 电阻拉伸时，阻值增加；电阻压缩时，阻值减小) ，电桥也将有电压输出．当供桥电压一定而且△R i<<R i时，d U=( U/ R1) d R1+( U/ R2) dR2+( U/ R3) dR3+( U/ R4) dR42)其中U U BD．对于全等臂电桥， R =R =R =R =R，各桥臂应变片灵敏系数 K相同，上式可简1234化为d U=0.25U O(d R1 / R1- d R2 / R2+ d R3 / R3- d R4 / R4)3）当△ Ri<<R 时，此时可用电压输出增量式表示U=0.25 U O ( R1 / R1-R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)4）式（ 4）为电桥转换原理的一般形式，现讨论如下：（a）当只有一个桥臂接应变片时（称为单臂电桥），桥臂R1为工作臂，且工作时电阻由R 变为R+△R，其余各臂为固定电阻R（△R2=△R3=△R4=0），则式（ 4）变为U=0.25 UO (R / R)= 0.25 U Kε5）O（b）若两个相邻臂接应变片时（称为双臂电桥，即半桥），（见图3）即桥臂R1、R2为工作臂，且工作时有电阻增量△R1、△ R2，而 R3和 R4臂为固定电阻 R （ R3 = R4=0）．当两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时，则有△ R1=△ R2=△R，由式（4）可得△U=0．当一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，则有△ R1=△ R，△R2=－△ R，由式（ 4）可得U0.25 U O ( R / R)0.25 U O Kε]6)（c）当四个桥臂全接应变片时（称为全桥），（见图 4）， R1=R2=R3=R4=R，都是工作臂，△ R1=△ R3 =△ R，△R2=△R4=－△ R，则式（ 4）变为U0.25 U O ( R / R)0.25 U O Kε]7)此时电桥的输出比单臂工作时提高了四倍，比双臂工作时提高了二倍．（3）电桥的灵敏度电桥的灵敏度 Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小S u= U/(R/ R)= 0.25 U O (R1 / R1-R2 / R2+R3 / R3- R4 / R4)/ ( R/ R)8)令 n= ( R112233449)则S u/R- R /R+ R /R- R/R)/( R/R)O10)=0.25n U式中， n 为电桥的工作臂系数．由上式可知，电桥的工作臂系数愈大，则电桥的灵敏度愈高，因此，测量时可利用电桥的加减特性来合理组桥，以增加 n 及测量灵敏度．3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2 所示，图中 R1、R2、R3为固定， R 为电阻应变片，输出电压U=EKε11）E---电桥转换系数：单臂 E= U0/4半桥（双臂） E= U 0/2全桥 E= U04.由 10）11）可知： S u、 U 均与电桥的工作臂数、 Uo 供桥电压成正比；但 Uo 供桥电压过大会使应变片的温度变大。

4-2电阻应变片测量电桥电路

1r2r11rr??22rr??3r4r33rr??44rr????????????????????????????rrrrrrrrrrrrrab21212121212?????????????????rrrrrrbc43210????????????????dacdrrrr????????????????????????????????????????????????????????????????rrrrrrrrerrrrrrrreudacdbcab4321212144101?krr???202?krr??303?krr??404?krr??????????????????????????????????????????4321043212121421214????ekrrrrrrrreu13??????24????????????????????????????????21021021411214???????ekeku??????????????????????????rrrrrrrreu432121214?????1仪p此方案既排除了载荷偏心的影响又使应变仪的读数增加了1倍比方案一的测量精度高
R1 R2 R3 R4 ER1 R3 R R R R 2 3 4 1
同理，将分式的分母展开，同样代入 R1 R3 R2 R4 ，可得：
2 r R2 R3 1 R1 R4 R1R3 1 r 分母 R1R3 1 R 1 r R r 1 r R R R R 3 4 1 3 1 2 R2 r 1 其中： R1 全桥电路 R1 R2 R3 R4 应变电桥有两种方案半桥电路 R1 R2
R3 K 0 3 R3

电阻应变片粘贴技术及测量电桥连接方发实验报告模板39;

电阻应变片粘贴技术及测量电桥连接方发实验报告模板'篇一：电阻应变片粘贴与电桥电路实验一电阻应变片的粘贴技术与电桥电路学院：土木工程班级：小组成员：指导老师:实验报告（一）电阻应变片的粘贴技术与电桥电路一、实验目的:1．初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术；2．为后续电测实验做好在试件上粘贴应变片，接线、检查等准备工作。

3.比较全桥，半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。

二、实验设备和器材:1、常温用电阻应变片，电阻应变花。

2、万用表（测量应变片电阻值等用）。

3、兆欧表（测量应变片绝缘电阻用）。

4、等强度梁试件，同质温度补偿块。

5、电烙铁，镊子，锉刀，502粘接剂等工具。

6、丙酮，脱酯棉等清洗器材。

7、测量导线，接线端子若干。

三、电阻应变片的工作原理:1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。

2、当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。

三、电桥电路工作原理:1、把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出有较高灵敏度和较好的非线性，当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压KUUBDAC =4(?1??2)。

（U均为电桥供电电压）。

2、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，当应变片初始值：R1=R2=R3=R4，其变化值△R1=△R2=△R3=△R4时，其桥路输KUAC出电压△UBD=4(?1??2??3??4)。

3、 1/4桥电路，用于量测应力场里的单个应变，即只有R1变化，而R2、R3KUAC和R4不变化，则UBD=4?11/4桥电路四、温度补偿和温度补偿片贴有应变片的构件总是处于某一温度场中，当温度变化时，应变片敏感栅的电阻会发生变化。

另外，由于电阻丝栅的线膨胀系数与构件的线膨胀系数不一定相同，温度改变时，应变片也会产生附加应变。

应变片式电阻传感器的测量电路

应变片式电阻传感器的测量电路电阻应变计可把机械量转变转换成电阻转变，但电阻转变量一样很小，用一般的电子仪表很难直接检测出来。

例如，常规金属应变计的灵敏系数k 值一样在1.8~4.8之间，机械应变ε在10~6000με之间，那么电阻相对转变量/R R k ε∆=就很小。

例1设某被测试件在额定负载下产生的应变成1000με，粘贴的应变计阻值为120R =Ω，灵敏系数为2k =，那么其电阻的相对转变（电阻转变率）为6/21000100.002R R k ε-∆==⨯⨯=可见，电阻转变率仅为0.2%，如此小的电阻转变，必需用专门的电路才能测量。

测量电路把微弱的电阻转变转换为电压的转变，电桥电路确实是实现这种转换的电路之一。

一直流电桥1 直流电桥平稳条件图直流电桥直流电桥电路如图（a ）所示，不接负载电阻L R 时的开路电压为()()314231012341234R R R R R R U U U R R R R R R R R ⎛⎫-=-= ⎪++++⎝⎭ 由戴维宁定理，任何复杂的二端网络都能够化成一个等效的实际电压源，其电动势为该网络开路电压，其内阻为该网络的输出电阻。

可将电桥看成一个实际电压源，其内阻为1234////R R R R +，其电动势为0U 。

接入负载L R 后，流过负载电阻的电流为1234////L LU I R R R R R =++()()()()1423123412343412L R R R R U R R R R R R R R R R R R R -=++++++所有电桥在利用前都用调平稳，使得0L I =。

如此取得电桥平稳条件为1423R R R R =（或1234//R R R R =）即相对两臂电阻的乘积相等（或相邻两臂电阻的比值相等）。

2 直流电桥的电压灵敏度电阻应变片工作时的电阻转变很小，相应的电桥输出电压也很小，必需要对电压进一步放大，故需了解/R R ∆与输出电压之间的关系。