实验一 金属箔式应变片
实验一 金属箔式应变片实验报告
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．基本原理金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为R=ρL/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，L L /∆=ε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。
输出电压：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UO14/εEK =。
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UO22/εEK =。
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 O3εEK =。
三．需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。
()()ER R R R R R R R U O 43213241++-=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左上方的BF 1、BF 2、BF 3、BF 4。
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 BF3= R BF4=350Ω，加热丝阻值为50Ω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。
1实验(一)金属箔式应变片性能-单臂电桥
1实验(一)金属箔式应变片性能-单臂电桥
金属箔式应变片是一种检测应变的设备，它可以测量在物体表面的微小的变形，以此
作为绘制应力应变的数据源。
它的基本原理是所测量的物体表面会发生变形，随之介质
（金属）会形成一个电容，从而用电容的变化来反应物体表面变形的程度，从而用来检测
应力和形变。
金属箔式应变片常用于测量应变等物理量。
单臂电桥测量应变片的特点是它可以测量
微小的电阻变化值。
在使用单臂电桥测量应变片时，由于应变片材料中存在着金属箔，可
以使得箔片电阻匹配单臂电桥，也可以消除外部干扰。
金属箔片是电路负载的一种元器件，它可以完成不同的测量，检测电阻变化。
为了测量微小的电阻，要求金属箔的材料非常薄，这样能够得到更精确的测量结果。
在使用金属箔式应变片的测量过程中，要求被测物体弯曲的幅度越小越好，这样可以
更好地达到更精确的测量结果，同时测量时间也会更短。
此外，为了准确测量应变片，在
装配时也要十分谨慎，为了避免出现短路或漏电等问题，在大多数情况下，专业的技术人
员会配合单臂电桥的调试工作，保证安装的牢固可靠。
总的来说，金属箔式应变片可以用来测量物体表面的小变形，是重力加载、压力加载、风压加载和扭转加载等因素变形分析的首选应变测试仪器。
单臂电桥测量应变片具有测量
结果精准灵敏、成本低、操作方便和测量过程简单等优点，在微小变形测量方面应用广泛，是一种成熟且可靠的应力应变测量工具。
金属箔式应变片实验
表1-1电桥输出电压与所加负载重量值 重 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 量 (g)
电压 19.6 39.0 58.9 78.8 98.6 118.3 137.8 157.2 176.7 196.5 (mV)
重 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 量 (g)
实验一 金属箔式应变片实验
1、 实验目的
了解金属箔式应变片的应பைடு நூலகம்效应，掌握直流全桥电桥的工作原理及
工作性能，理解电阻式传感器的工作原理与工作特性，加深实际测量系
统设计中桥式电路应用的认识。
二、实验仪器
应变式传感器实验单元、砝码、直流电压表、±15V电源、±4V电 源，传感器调理电路挂件。
三、实验原理
四、实验内容与步骤
1．应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实 验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、 R4，可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。
图1-1 应变式传感器安装示意图
图1-2 应变式传感器全桥实验接线图 2．把直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误 后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中 间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差 动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表，调节实 验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源 开关。（注意：当Rw4的位置一旦确定，就不能改变。）
金属的电阻表达式为： （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长，横截面积相应减 小，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化。对式 （1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： （2） 若径向应变为，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为， 因为=2（），则（2）式可以写成： （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。称金属电阻的灵敏系数，从式 （3）可见，受两个因素影响，一个是（1+），它是材料的几何尺寸变 化引起的，另一个是，是材料的电阻率随应变引起的。对于金属材料而 言，以前者为主，则，对半导体，值主要是由电阻率相对变化所决定。 实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比 例。通常金属丝的灵敏系数=2左右。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作 用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形， 其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变 化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值，而根据应力应变关 系： （4） 可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、 压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成 各种应变式传感器。
金属箔式应变片与电桥测量电路
金属箔式应变片与电桥测量电路实验一金属箔式应变片与电桥测量电路本实验包含两个部分:(1) 单臂电桥说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况，(2) 单臂、半桥、全桥特性比较。
实验1.1 单臂电桥一、实验原理:况。
本实验说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在被测件表面上。
当被测件受力变形时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。
通过测量电路，将其转换为电压或电流信号输出。
电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。
当电桥平衡时，即 R1=R2 、R3=R4 ，电桥输出为零。
在桥臂 R1 、 R2 、 R3 、 R4 中，电阻的相对变化分别为? R1/R1 、? R/R 、? R2 , R2 、? R/3R3 、? R4/R4 。
桥路的输出与当使用一个应变片时，当使用二片应变片时，如二片应变片工作，差动状态。
则有用四片应变片组成二个差动对工作，R1=R1=R3,R4=R ，于是，所以，由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。
二、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头，电压表(毫伏表)三、实验步骤1. 按图 1 所示将全部部件连接其中差动放大器和毫伏表使用前都要调零，(电压表可不必调零)。
毫伏表放在500mV 一挡比较合适，图1 电桥电路连接2. 将差动放大器调零方法是用导线正负输入端连接起来，然后将输出端接到毫伏表的输人端，调整差动胶大器的增益旋钮，使增益尽可能大，同时调整差动放大器上的调零按钮，使毫伏表指示到零，调好后旋钮就不可再动。
3. 确认接线无误时开启电源4. 在测微头离开悬臂梁，悬臂梁处于水平状态的情况下，通过调整电桥平衡电位器，系统愉出为零。
5. 装上侧微头，调整到系统输出为零，此时测微头读数为梁处于水平位置( 自由状态)，然后向上旋动测微头，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，继续往下悬臂梁，一直到水平下 7 一 8mm为止，并记下对应位置的电压表的值。
金属箔式应变片
实验一 传感器综合实验-金属箔式应变片一、实验目的1、了解金属箔式应变片，单臂单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关系。
二、所需模块及仪器设备：直流恒压源 DH-VC2、电桥模块（只提供器件）、差动放大器（含调零模块）、电桥模 块、测微头及连接件、应变片、万用表、九孔板接口平台和传感器实验台一。
旋钮初始位置：直流恒压源 DH-VC2±4V 档，万用表打到 2V 档，差动放大增益中间位置。
三．实验原理：传感器是实验测量获取信息的重要环节，通常传感器是指一个完整的测量系统或者装置，他能感受规定的被测量的信号并按一定的规律转化成输出信号。
传感器给出的是电信号。
传感器的组成传感器由图1-1所示的几部分组成。
其中，敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
图1-1 传感器的组成由半导体材料制成的物性性传感器基本是敏感元件与转换元件二合一，直接能将被测量转换为电量输出，如压电传感器、光电池。
热敏电阻等。
传感器的静态特性传感器的静态特性是指当被测量的值处于稳定状态时的输入输出关系。
只考虑传感器的静态特性时，输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。
衡量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度，迟滞和重复性等。
1．线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。
从传感器的性能看，希望具有线性关系，即具有理想的输出输入关系。
但实际遇到的传感器大多为非线性，如果不考虑迟滞和蠕变等因素，传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示：01122n n y a a x a x ...a x =++++ （1-1）式中：a 0——输入量x 为零时的输出量；a 1，a 2，…，a n ——非线性项系数。
各项系数不同，决定了特性曲线的具体形状各不相同。
传感器实验1_金属箔式应变片性能
一、实验目的：了解金属箔式应变片，单臂、半桥、全桥电桥的工作原理。
二、实验原理：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工程结构件的内部变形转化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的各种物理量的检测。
贴片式应变片的应用：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。
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左右的金属丝或者金属箔制成，如下图所示：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。
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。
描述电阻应变效应的关系式为△R/R=Kε。
式中△R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△L/L为电阻丝长度相对变化。
电桥是完成电阻到电压的比例变化，测取电压值。
(1)单臂电桥: 输出电压U01=EKε/4，输出信号最小，线性、稳定性较差。
(2)半桥：选用不同受力方向的应变片接入电桥作为邻边。
当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EKε/2，整体性能比单臂有所改善。
(3)全桥：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，其桥路输出电压U03=KEε。
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。
(4)比较：量程不同，精度不同，选用比较多的是半桥或全桥。
三、使用仪器、材料：可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、电压/频率表、主、副电源；准备导线；副电源管下面电路部分。
实验一金属箔式应变片实验报告
实验一金属箔式应变片实验报告一、引言金属箔式应变片是一种常用的测量材料应变的传感器。
它由一层金属箔制成，可以通过测量箔片在外力作用下的形变来推算出材料的应力和应变。
本实验旨在通过使用金属箔式应变片，了解其原理并掌握测量材料应力和应变的方法。
二、实验目的1.了解金属箔式应变片的原理和使用方法；2.熟悉测量材料应变的实验步骤和操作技巧；3.通过实验，掌握金属箔式应变片的线性度和稳定性。
三、实验器材1.金属箔式应变片2.可调节力臂的托盘3.数字万用表4.检测电缆5.基板四、实验步骤1.准备工作(1)将金属箔式应变片粘贴在基板上，确保其与基板良好接触。
(2)将检测电缆与金属箔式应变片焊接连接，确保连接良好。
(3)将托盘放在平稳的台面上，并将托盘的力臂调整至合适位置。
2.实验测量(1)将标准质量放置在托盘的力臂上，记录下其质量数值。
(2)通过将标准质量增加或减小，使得金属箔式应变片在不同的载荷下产生不同的应变。
(3)使用数字万用表测量金属箔式应变片上的电压输出值，并记录。
3.实验数据处理(1)将实验得到的电压输出值与标准质量进行对应，得到应变值。
(2)通过计算应变的变化率，得到材料的应力和应变关系。
(3)绘制应力-应变曲线，并用最小二乘法拟合出线性程度。
五、实验结果与讨论在实验中我们得到了金属箔式应变片的电压输出值和标准质量的对应关系，并通过计算得出了应变的变化率。
将应力与应变关系绘制成图表，通过拟合得出了线性程度。
在实验中，我们还观察了金属箔式应变片的稳定性，并分析了其受到外界条件变化的影响。
六、实验结论通过实验，我们了解了金属箔式应变片的原理和使用方法，并掌握了测量材料应变的实验步骤和操作技巧。
通过对实验数据的处理和分析，我们得出了金属箔式应变片的线性程度和稳定性，并得出了应力与应变的关系。
实验结果表明，金属箔式应变片可以有效测量材料的应变，并具有较好的线性度和稳定性，适用于材料应变的测量。
实验一金属箔式应变片实验报告
实验一-金属箔式应变片实验报告金属箔式应变片实验报告一、实验目的1.学习和了解金属箔式应变片的基本原理和应用。
2.掌握应变片的粘贴和测试方法。
3.通过实验数据分析，理解应变、应力和弹性模量的关系。
二、实验原理金属箔式应变片是一种用于测量物体应变的传感器，其工作原理基于电阻的应变效应。
当金属导体受到拉伸或压缩时，其电阻值会发生变化。
这种现象称为“应变效应”。
利用这一原理，可以将应变片粘贴在待测物体上，通过测量电阻值的变化来推算物体的应变。
三、实验步骤1.准备材料：金属箔式应变片、放大镜、砂纸、酒精、丙酮、吹风机、应变计、电阻表、加载装置（如砝码或液压缸）。
2.选定待测物体并清理表面。
对待测物体表面进行打磨、清洁和干燥处理，确保表面无油污和杂质。
3.粘贴应变片：将金属箔式应变片粘贴在待测物体表面，确保应变片与物体表面完全贴合，无气泡和褶皱。
使用放大镜观察应变片的位置和贴合程度。
4.连接电阻表：将应变片的引脚连接到电阻表上，确保连接稳定可靠。
5.加载待测物体：采用适当的加载装置对待测物体进行加载，使物体产生应变。
记录加载过程中电阻表读数的变化。
6.数据记录：在加载过程中，每隔一定时间记录一次电阻表读数，并观察应变片应变的规律。
当应变达到最大值时，停止加载并记录最终的电阻值。
7.数据处理和分析：根据记录的电阻值和已知的应变系数，计算出物体的应变值。
分析应变、应力和弹性模量之间的关系。
四、实验结果与分析1.应变测量结果：通过电阻表测量得到应变片的电阻值变化量，根据应变系数计算得到物体的应变值。
2.应力和弹性模量之间的关系：根据弹性力学的基本原理，应力和弹性模量之间存在一定的关系。
本实验中，通过测量物体的应变和应力，可以进一步计算出物体的弹性模量。
3.应变片灵敏度的分析：通过比较不同应变片在同一物体上的测量结果，可以分析应变片的灵敏度和精度。
五、实验总结通过本次实验，我们学习和了解了金属箔式应变片的基本原理和应用，掌握了应变片的粘贴和测试方法，并通过实验数据分析，理解了应变、应力和弹性模量的关系。
应变实验
综合实验一金属箔式应变片实验（一）金属箔式应变片――高精度单臂电桥性能实验一、实验目的利用CSY2000型应变式传感器实验模板，了解由金属箔式应变片构成的高精度单臂电桥的应变效应，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= EKε/4。
应的受力状态。
对单臂电桥输出电压 Uo1三、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、412位数显万用表（自备）。
图2-1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图四、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2-1安装接线。
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进行测量判别。
常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。
2．放大器输出调零：将图4-1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(Vi ＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V挡，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
实验一金属箔式应变片
实验一金属箔式应变片一、实验目的：1.了解应变的基本概念和物理意义；2.掌握应变片的安装方法和使用原理；3.了解测试数据的处理方法。
二、实验原理应变是物体在外力作用下产生的形变量与物体原来长度或形状的比值。
在力学中，应变定义为一个物体相对于初始状态的形变量与初始状态的形状或尺寸的比值。
表示应变的符号为ε。
应变与应力是材料力学中的两个重要参数。
应力是指材料在受外力作用下，单位面积内所受的力，表示材料的强度；而应变则是指材料在承受力的作用下所发生的变形。
应变片又称应变计，是一种能够测量物体表面应变量的精密传感器。
在应变片上会产生一定的电势差，这个电势差与应变有直接的关系。
应变片是一种基于皮尔森效应的电性传感器，其基本原理是：挽联金属箔条被粘贴（或沉积）在被测介质物体表面上，外接电路中流过的电流及周期特征决定着挽联箔片上测量出的电势差，由这个电势差可以反推出应变值。
三、实验材料和装置材料：金属箔式应变片、模拟应变片、贴纸。
装置：计算机、应变数据采集卡、信号调理器、电源、电压表、安装工具等。
四、实验步骤1.测量项选择打开计算机，在数据采集卡软件界面上选择“应变片”项，并进入“加工”功能界面。
2.应变片安装用贴纸将金属箔式应变片贴在一块平整的金属表面上，注意箔片两端的导线应向空间内侧引出，以避免外界剪切力影响测量结果。
保护箔片贴在表面时，必须防止其脱落和移位，必要时可利用胶水将其牢固地固定在表面上。
3.参数配置在软件界面的“参数配置”中，设置好所测对象的参数，包括应变片的灵敏度、桥路电阻、补偿电阻、预加重系数，以便进行数据采集和信号处理。
4.调零和推力校准在应变片和设备的接线均正确的前提下，点选“联校”功能，进行调零和推力校准。
通过增大或减小推力，使“预测值”尽量接近真实值，以达到最佳测量效果。
5.检验测量结果打开软件界面的“数据列表”、“数据曲线”等功能，以检验实验结果，并进行数据筛选和分析处理。
五、实验注意事项1.应变片在安装时，应尽量避免受到外力的干扰和损坏，以保证测量准确度；2.应变数据采集和信号处理，要同时进行调零和推力校准，这是保证实验结果准确的一项重要措施；3.在实验中要仔细检查设备的接线和软件的参数设置，以保证工作和结果的可靠性；4.实验结束后，应及时完成数据分析和处理，并注意保存测量结果。
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。
自动化传感器实验报告一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
广东技术师范学院实验报告学院： 自动化 专业： 自动化 班级： 08自动化 成绩：姓名： 学号：组别：组员： 实验地点： 实验日期： 指导教师签名：实验一 项目名称： 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、 基本原理金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：lR Sρ= （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ∆，横截面积相应减小S ∆，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ∆，故引起电阻值变化R ∆。
对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：R l S R l S ρρ∆∆∆∆=-+ （2） 式中的ll ∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×610mmmm-）。
若径向应变为rr∆，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为l r r lμ∆∆=-（），因为S S ∆=2（r r ∆），则（2）式可以写成： 01212R l l l k R l l l lρρρμμρ∆∆∆∆∆∆=++=++=∆（）（） （3）式（3）为“应变效应”的表达式。
0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是ρρε∆（），是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。
对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。
通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。
通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系：εσE = （4）式中 σ——测试的应力；E ——材料弹性模量。
【精品】实验一 金属箔式应变片性能
【精品】实验一金属箔式应变片性能实验目的：探究金属箔式应变片的性能，包括灵敏度、线性性以及温度特性。
实验步骤：1. 准备实验所需材料和仪器：金属箔式应变片、应变测量仪、电阻箱、电流表、交流电源、温度计。
2. 将金属箔式应变片放置在被测物体上，确保箔片与测量物体紧密接触。
3. 将应变测量仪连接到金属箔式应变片上，并设置合适的测量范围。
4. 通过电阻箱和电流表连接一个稳定的电流源，并将电流流过金属箔式应变片。
5. 记录应变测量仪显示的电压值，并结合电流和电阻计算出应变值。
6. 测量不同应变下的电压和应变值，并记录数据。
7. 分析数据，计算出金属箔式应变片的灵敏度，即电压与应变之间的比例关系。
8. 进行线性性测试，通过改变电流大小，测量不同应变下的电压，并绘制电压-应变曲线。
9. 测量金属箔式应变片在不同温度下的性能，并记录数据。
10. 计算出温度对金属箔式应变片性能的影响。
实验注意事项：1. 在进行实验前，保证仪器和设备正常工作，测量范围和设置正确。
2. 实验过程中应注意安全，谨防电流过大导致触电风险。
3. 在记录数据时要准确无误，避免误差产生。
4. 在测量温度时，使用合适的温度计，并保证测量准确。
5. 实验结束后要及时关闭电源并安全处理实验废弃物。
实验结果分析：通过实验可以得出金属箔式应变片的灵敏度、线性性以及温度特性等性能。
根据实验数据，可以计算出灵敏度，并绘制出电压-应变曲线。
同时，通过测量不同温度下的性能数据，可以分析温度对金属箔式应变片性能的影响。
这些结果对于金属箔式应变片在工程应用中的选择和设计具有重要的指导作用。
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。
实验一 金属箔式应变片
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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V 、±4V 电源、万用表（自备）。
三、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ε⋅=∆k RR （1-1）式中 R R ∆为电阻丝电阻相对变化；k 为应变灵敏系数；ll ∆=ε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组件。
如图1-1所示，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图通过这些应变片转换弹性体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，如图1-2所示R5=R6=R7=R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压RR R R E U∆⋅+∆⋅=211/4（1-2）E为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-RR 。
图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．差动放大器调零。
从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。
将电位器Rw4调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3使电压表显示为0V。
关闭主控台电源。
（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）3．按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
4．加托盘后电桥调零。
实验一 金属箔式应变片性能
实验一金属箔式应变片性能——单桥臂电桥一、实验目的了解金属箔式应变片，单桥臂的工作原理和工作情况。
二、实验原理本实验说明箔式应变片及单桥臂直流电桥电源的原理和工作情况。
应变片是最常用的测力传感元件。
当用应变片测试时，应变片要牢牢的粘贴在测力体表面，当测件受力发生变形时，应变片敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变形，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，桥路对桥臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/R1、△R2/R2、△R3/R3、△R4/R4，当使用一个应变片时，ΣR=△R1/R1；当第二个应变片组成差动状态工作，且R1=R2=R3=R4=R，ΣR=4△R1/R1。
由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三、实验单元及部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平衡梁、测微头、一片应变片、F/V 表头、主副电源。
旋钮初始化位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表头2V档，差动放大增益最大。
四、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，应变片尾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、负电源；调接差动放大器增益到最大位置，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；Rx=R4为应变片。
将稳压电源的切换开关置±4V 档，F/V 表置20V 档。
调节测位头脱离双平行梁，开关主、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，在调节电桥W1（慢慢地调），使F/V 表显示为零。
实验一 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
实验步骤：1、应变式传感器已装于设备顶板右侧，传感器中各应变片已接入设备顶板左下侧的“应变力传感器”标志端，应变片阻值R1=R2=R3=R4=350Ω；加热丝也接于模块上，加热丝阻值约为50Ω左右，可用万用表进行测量判别。
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；差动放大器增益旋至最大。
开启主电源；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，关闭主电源。
3、根据图5接线。
R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；R4=R x为应变片。
将稳压电源的切换开关置±4档，F/V表置20V档。
开启主电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V 表显示为零，等待数分钟后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。
如数值不稳定，请减小差动放大器增益。
4、在传感器托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入表一。
根据所得结果计算系统灵敏度S=∆V/∆W，并作出V-W关系曲线，∆V为电压变化率，∆W为相应的重量变化率。
5、保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入表二。
6、保持差动放大器增益不变，将R1、R2两个固定电阻换成另两片受力应变片，组桥时只要对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节电桥W1同样使F/V表显示零。
重复（3）过程将读出数据填入表三。
7、在同一坐标系上描出X-Y曲线，比较三种接法的灵敏度。
图5。
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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、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V 、±4V 电源、万用表（自备）。
三、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
ε⋅=∆k R
R
（1-1） 式中
R
R
∆为电阻丝电阻相对变化； k 为应变灵敏系数； l
l
∆=ε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组件。
如图1-1所示，
将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，
应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图
通过这些应变片转换弹性体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，如图1-2所示R5=R6=R7=R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压
R
R R
R E U ∆⋅
+∆⋅=
211/4
0 （1-2）
E 为电桥电源电压；
式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-
R
R 。
图1-2 单臂电桥面板接线图
四、实验内容与步骤
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．差动放大器调零。
从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。
将电位器Rw4调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3使电压表显示为0V。
关闭主控台电源。
（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）
3．按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
4．加托盘后电桥调零。
电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。
5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表。
重量(g)
电压(mV)
6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
五、实验报告
1．根据实验所得数据计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）；2．计算单臂电桥的非线性误差δf1=Δm/y F..S ×100％。
式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；y F·S为满量程（200g）输出平均值。
六、注意事项
实验所采用的弹性体为双孔悬臂梁式称重传感器，量程为1kg，最大超程量为120％。
因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
实验二 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优点。
二、实验仪器：同实验一。
三、实验原理：
全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出
Uo=R R
E ∆⋅
（3-1）式中E 为电桥电源电压。
R
R ∆为电阻丝电阻相对变化； 式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。
四、实验内容与步骤
1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。
2．差动放大器调零，参考实验一步骤2。
3．按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。
4．加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。
5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g 砝码加完，记下实验结果，填入下表。
重量(g)
电压(mV)
6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
五、实验报告
根据实验数据，计算灵敏度L=ΔU/ΔW 和全桥的非线性误差δf 3。
六、思考题
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，是否可以组成全桥？
图3-1 全桥面板接线图
实验三直流全桥的应用——电子称实验
一、实验目的：
了解直流全桥的应用及电路的定标
二、实验仪器：
同实验一
三、实验原理：
电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。
四、实验内容与步骤
1．按实验三的步骤1、2、3接好线并将差动放大器调零。
2．将10只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（满量程时的增益），使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。
3．拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将差动放大器调零和加托盘后电桥调零。
4．重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重。
5．将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表。
6．去除砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过1Kg），记录电压表的读数。
根据实验数据，求出重物的重量。
重量(g)
电压(V)
7．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
五、实验报告
根据实验记录的数据，计算电子称的灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δf4。