金属箔式应变片
金属箔式应变片实验报告
一、实验目的1. 了解金属箔式应变片的工作原理和结构特点。
2. 掌握金属箔式应变片的安装方法及注意事项。
3. 通过实验验证金属箔式应变片的性能，包括灵敏度、非线性误差、温度系数等。
二、实验原理金属箔式应变片是一种将应变转换为电信号的传感器。
当应变片受到拉伸或压缩时，其电阻值发生变化，从而产生电压信号。
实验中，利用金属箔式应变片组成的电桥电路，通过测量电桥输出电压的变化，来反映应变片受到的应变。
三、实验仪器与材料1. 金属箔式应变片2. 电桥电路3. 稳压电源4. 电压表5. 数字多用表6. 加载装置7. 温度计8. 实验台四、实验步骤1. 将金属箔式应变片安装在实验台上，确保其固定牢固。
2. 将应变片接入电桥电路，连接稳压电源和电压表。
3. 在加载装置上施加一定的力，观察电压表读数的变化。
4. 记录不同加载力下的电压值。
5. 改变加载方向，重复步骤3和4，观察电压值的变化。
6. 测量应变片的温度，记录不同温度下的电压值。
7. 利用数字多用表测量应变片的电阻值。
五、实验结果与分析1. 灵敏度测试根据实验数据，绘制应变片电压值与加载力的关系曲线。
根据曲线斜率，计算应变片的灵敏度。
2. 非线性误差测试根据实验数据，绘制应变片电压值与加载力的关系曲线。
通过曲线拟合，得到线性拟合曲线，计算非线性误差。
3. 温度系数测试根据实验数据，绘制应变片电压值与温度的关系曲线。
通过曲线拟合，得到线性拟合曲线，计算温度系数。
六、实验结论1. 通过实验验证了金属箔式应变片的工作原理和结构特点。
2. 实验结果表明，金属箔式应变片具有较高的灵敏度和较好的线性度。
3. 温度对金属箔式应变片的影响较小，温度系数较小。
七、实验总结本次实验对金属箔式应变片进行了性能测试，了解了其工作原理和结构特点。
通过实验，掌握了金属箔式应变片的安装方法及注意事项。
实验结果表明，金属箔式应变片具有较高的灵敏度和较好的线性度，适用于各种应变测量场合。
箔式应变片性能实验报告
箔式应变片性能实验报告箔式应变片是一种常用于测量物体应变的传感器。
它的特点是薄而灵活，可以精确地测量物体在受力作用下的应变情况。
在工程领域和科学研究中，箔式应变片被广泛应用于材料力学性能测试、结构设计优化等方面。
本文将介绍箔式应变片的原理、性能及实验报告。
一、箔式应变片的原理箔式应变片是由金属箔制成的，通常采用铜或铬镍合金。
它的形状呈矩形或网格状，具有一定的弹性和导电性。
当箔式应变片受到外力作用时，其形状发生微小变化，从而导致电阻发生变化。
通过测量电阻的变化，可以间接地得到物体的应变情况。
二、箔式应变片的性能1. 灵敏度高：箔式应变片可以测量非常小的应变量，具有高灵敏度。
这使得它在材料力学性能测试中能够准确地捕捉到微小的变形情况。
2. 精度高：箔式应变片的测量精度非常高，可以达到亚微米级。
这使得它在工程设计和结构优化中成为不可或缺的工具，能够提供准确的应变数据，帮助工程师和科研人员做出合理的决策。
3. 可靠性强：箔式应变片具有良好的稳定性和可靠性。
在长时间使用过程中，其性能基本保持不变，不会因环境变化或疲劳损伤而产生较大误差。
三、箔式应变片的实验报告为了验证箔式应变片的性能，我们进行了一系列实验。
首先，我们选取了一块常见的金属材料作为被测物体，将箔式应变片粘贴在其表面。
然后，通过施加不同的力或加载不同的负荷，使被测物体发生应变。
接下来，我们使用电阻测量仪器对箔式应变片的电阻进行实时监测。
在加载过程中，我们记录了电阻值的变化，并与理论值进行比较。
实验结果显示，箔式应变片能够准确地反映被测物体的应变情况，并且与理论值吻合度较高。
此外，我们还进行了稳定性和可靠性测试。
通过长时间加载和卸载，我们观察到箔式应变片的性能基本保持不变，没有出现明显的漂移或损坏现象。
这表明箔式应变片具有较好的稳定性和可靠性，适用于长期使用。
综上所述，箔式应变片作为一种常用的应变传感器，具有高灵敏度、高精度和强可靠性的特点。
通过实验验证，我们证实了箔式应变片在测量物体应变方面的优秀性能。
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）。
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：单臂、半桥、全桥比较
一、简介一、FB716-II 型物理设计性（传感器）实验装置1．传感器实验台部分：装有双平行振动梁（包括应变片上下各2片、梁自由端的磁钢）、双平行梁测微头及支架、振动盘（装有磁钢、用于固定霍尔传感器的二个半圆磁钢、差动变压器的可动芯子），安装时可参考第三部分结构图片及安装说明。
2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）； 3．JK-20型频率振荡器部分：含音频振荡器和低频振荡器； 4．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源；5．处理电路模块部分：电桥模块（提供元件和参考电路，由学生自行搭建）、差动放大器、移相器等模块组成。
二、主要技术参数、性能及说明： 1．FB716-II 传感器实验台部分：双平行振动梁的自由端及振动盘装有磁钢，通过测微头或激振线圈接入低频振荡器0V 可做静态或动态测量。
应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。
传感器：（1）差动变压器：量程：mm 5≥；直流电阻：ΩΩ10~5；由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。
（2）应变式传感器：金属箔式应变片阻值：350Ω；应变系数：2 。
2．信号处理及变换（有电源极性接反保护）：（1）电桥模块：提供相关参数的器件，由学生根据实验需要自行搭建。
（2）差动放大器：通频带kHz 10~0可接成同相、反相、差动结构，增益为100~1倍的直流放大器。
3．振动梁、测微头：双平行式悬臂梁一副（装有应变片与振动盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。
4．19JK −型直流恒压电源部分：直流V 15±，主要提供给各芯片电源：V 6 ,V 4 ,V 2±±±分三档输出，提供给实验时的直流激励源； V 12~0：A 1ax Im =作为电机电源或作其它电源。
三、附录附录部分主要包括实验时的结构安装图示和各模块的电气连接图示说明，以及实验中的相关参考信息。
金属箔式应变片
实验二 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、 实验原理应变片的安装位置如图2-2所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。
传感器中各电阻应变片已接入到“THVZ-1 型传感器实验箱”上，从左到右依次为R1、R2、R3、R4。
可用万用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。
图2-2 应变式传感器安装示意图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：l R 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l l ∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×610mm mm -）。
若径向应变为r r ∆，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 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。
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 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＝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。
金属箔式应变片实验总结
金属箔式应变片实验总结
金属箔式应变片是一种常用的测量材料应变的工具，它由金属箔制成，通过测量金属箔的伸缩变形来间接测量材料的应变。
在实验中，我们将金属箔贴附在被测材料表面，当被测材料发生应变时，金属箔也会相应产生伸缩变形。
通过测量金属箔的变形量，我们可以推算出被测材料的应变量。
在实验过程中，我们需要注意以下几点：
1. 选择合适的金属箔：金属箔的材料要与被测材料具有相似的热膨胀系数，以确保金属箔能够准确地跟随被测材料的变形。
此外，金属箔的尺寸和厚度也要根据实际测量需求来选择。
2. 确保金属箔的安装牢固：金属箔与被测材料表面的贴合度要保持良好，以避免发生滑动或脱落而导致测量不准确。
3. 测量金属箔的变形量：我们可以使用光学测量方法（如光栅测量仪）或电阻应变计等设备来测量金属箔的伸缩变形。
在进行测量时，要确保测量设备的精度和灵敏度足够高，以获取准确的变形值。
4. 数据处理和分析：在进行数据处理时，我们需要将金属箔的变形量转换成对应的应变值。
根据金属箔的形状和尺寸，可以
采用不同的数学模型来进行计算。
金属箔式应变片实验是一种常用的测量材料应变的方法。
在实验中，我们需要注意选择合适的金属箔、确保安装牢固、准确测量金属箔的变形量，并进行数据处理和分析。
通过这些步骤，我们可以得到被测材料的应变值，为进一步研究材料的性能提供参考。
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。
金属箔式应变片传感器特性及应用实验
金属箔式应变片传感器特性及应用实验1.掌握金属箔式应变片的工作原理；2.掌握金属箔式应变片调理电路的工作原理；3.掌握电桥电路的工作特性。
1.分析测试电阻应变式称重传感器的电阻变化特性；2.连接传感器物理信号到电信号的转换电路；3.软件记录测传感器特性采样点，并绘制曲线；4.分析总结传感器的静态特性。
1.开放式传感器电路实验主板；2.双孔悬臂梁式称重传感器模块；3.差分放大器模块；4.砝码一套；5.跳线若干；6.万用表；7.一字螺丝刀。
金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感电阻丝。
它能转换被测部位受力状态的变化。
将应变片粘贴于被测物体表面上。
在外力作用时，被测物体表面发生微小的机械形变，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值会产生相应变化。
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。
电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是电阻应变效应。
描述电阻应变效应的关系式为：⁄K∙ε=ΔR R⁄为电阻丝电阻相对变化。
式中，ΔR RK为应变灵敏系数，通常金属丝的K为2左右。
ε为电阻丝长度相对变化：ε=ΔL L⁄电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化。
电桥电路的输出电压反映了应变片的受力状态。
在全桥测量电路中，将受力性质相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边。
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U=EK。
实验套件提供了最大量程为600g，应变片电阻阻值1k，贴有4片金属箔式应变片的双孔悬臂梁传感器一只。
传感器共有8条彩色连线，如图1-1左图所示。
上侧贴有两片应变片，下侧贴有两片应变片。
若要连接全桥电路，只需按图1-1右图所示的颜色连线就可以构成。
若需构成半桥或1/4桥，可对应电路，找到相应的桥臂，用对应颜色的连线连接，并切换对应的桥臂电阻开关即可。
图1-1 双孔悬臂梁与连线示意图金属箔式应变片原理图如图1-2所示，利用该原理图可以灵活的组成用于测量应变片的全桥、半桥、1/4桥电路。
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。
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。
金属箔式应变片
实验十一金属箔式应变片：单臂，半桥，全桥比较实验目的比较单臂，半桥，全桥的性能及相互之间的关系，了解其特点。
基本原理不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻臂，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U0=EKa/2，当四片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U0=EKa，E为电桥电源电压。
所需单元和部件直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源有关旋钮的初始位置直流稳压电源置于2V档，F/V表置于2V档，差动放大器增益置于最大实验步骤（1）将差动放大器调零后，关闭主、副电源。
（2）接线，R4=Rx为工作片，r及W1为电桥平衡网络。
（3）调整测微头是双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源置于4V档。
选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，是表头显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。
（4）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。
位移（mm）11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0电压（V）0.000 0.011 0.020 0.032 0.043 0.055 0.067 0.080 （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片应变片即取二片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表位移（mm）11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0电压（V）0.000 0.018 0.042 0.065 0.089 0.114 0.137 0.162 （6）保持放大器增益不变，将R1、R2电阻换为另两片受力应变片，组桥时只要掌握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。
金属丝应变片和箔式应变片
金属丝应变片和箔式应变片下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!金属丝应变片和箔式应变片是工程领域常用的测量设备，主要用于测量金属材料的应变情况。
实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥
实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥一、实验目的：1、了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。
2、掌握传感器的静态标定过程。
3、分析传感器的静态性能指标。
二、基本原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的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，电桥输出为零，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ΔR 1/ R 1、ΔR 2/ R 2、ΔR 3/ R 3、ΔR 4/ R 4，当使用一个应变片时，∑RRR ∆= ；当两个应变片组成差动状态工作，则有∑RRR ∆=2；用四个应变片组成两个差对工作，且R 1=R 2=R 3=R 4=R ， ∑RRR ∆=4。
由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三、需用器件与单元：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、 电压/频率表、主、副电源。
四、旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V 档， 电压/频率表(即电压/频率表)打到2V 档，差动放大增益最大。
当应变梁收到拉力时，各应变片电阻值变化图1五、实验步骤：1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下两片梁的外表面各贴两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，连接图如图1。
将差动放大器的输出端与 电压/频率表的输入插口V i 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 电压/频率表显示为零，关闭主、副电源。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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）被测量电量敏感元件 转换 元件 转换 电路式中：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。
静特性曲线可通过实际测试获得。
在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，因此引入各种非线性补偿环节。
如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性。
但如果传感器非线性的方次不高，输入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，如图1-2所示，使传感器输出—输入特性线性化。
所采用的直线称为拟合直线。
实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差（或线性度），通常用相对误差r L 表示，即 100%max L FS L r Y ∆=±⨯（1-2）式中：ΔL max ——最大非线性绝对误差；Y FS ——满量程输出。
从图1-2中可见，即使是同类传感器，拟合直线不同，其线性度也是不同的。
选取拟合直线的方法很多，用最小二乘法求取的拟合直线的拟合精度最高。
2．灵敏度灵敏度S 是指传感器的输出量增量Δy 与引起输出量增量Δy 的输入量增量Δx 的比值，即y S x ∆=∆ （1-3）（a ） 理论拟合 （b ）过零旋转拟合（c ） 端点连线拟合 （d ） 端点平移拟合图 1-2 几种直线拟合方法对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性的斜率，S=Δy/Δx 为常数，即： 0y -y S =x而非线性传感器的灵敏度为一变量，用S=dy/dx 表示。
传感器的灵敏度如图1-3所示。
（a ）线性传感器 （b ）非线性传感器图1-3 传感器的灵敏度3．迟滞传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞，如图1-4所示。
也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等。
产生这种现象的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件的弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。
迟滞大小通常由实验确定。
迟滞误差r H 可由下式计算：1100%2max H FS H r Y ∆=±⨯ （1-4）式中：ΔH max ——正反行程输出值间的最大差值。
图1-4 迟滞特性4．重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度，如图1-5所示。
重复性误差属于随机误差，常用标准偏差σ表示，也可用正反行程中的最大偏差ΔR max 表示，即：23100%R FS(~)r =Y σ±⨯ （1-5） 1100%2max R FS R r Y ∆=±⨯ （1-6）图1-5 重复性5．漂移传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。
其中，零点漂移或灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。
时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。
温度漂移是指环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。
传感器的动态特性传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。
当被测量随时间变化，是时间的函数时，则传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动特性来表示。
一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化规律，即具有相同的时间函数。
实际上除了具有理想的比例特性外，输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。
为了说明传感器的动态特性，下面简要介绍动态测温的问题。
在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的温度分布等情况下，都存在动态测温问题。
如把一支热电偶从温度为t0℃环境中迅速插入一个温度为t ℃的恒温水槽中（插入时间忽略不计），这时热电偶测量的介质温度从t0突然上升到t，而热电偶反映出来的温度从t0℃变化到t ℃需要经历一段时间，即有一段过渡过程，如图1-6所示。
热电偶反映出来的温度与介质温度的差值就称为动态误差。
造成热电偶输出波形失真和产生动态误差的原因，是因为温度传感器有热惯性（由传感器的比热容和质量大小决定）和传热热阻，使得在动态测温时传感器输出总是滞后于被测介质的温度变化。
如带有套管的热电偶的热惯性要比裸热电偶大得多。
这种热惯性是热电偶固有的，这种热惯性决定了热电偶测量快速温度变化时会产生动态误差。
影响动态特性的“固有因素”任何传感器都有，只不过它们的表现形式和作用程度不同而已。
图1-6 动态测温动态特性除了与传感器的固有因素有关之外，还与传感器输入量的变化形式有关。
也就是说，我们在研究传感器动特性时，通常是根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的。
虽然传感器的种类和形式很多，但它们一般可以简化为一阶或二阶系统（高阶可以分解成若干个低阶环节），因此一阶和二阶的传感器是最基本的。
传感器的输入量随时间变化的规律是各种各样的，下面在对传感器动态特性进行分析时，采用最典型、最简单、易实现的正弦信号和阶跃信号作为标准输入信号。
对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
1．瞬态响应特性传感器的瞬态响应是时间响应。
在研究传感器的动态特性时，有时需要从时域中对传感器的响应和过渡过程进行分析。
这种分析方法是时域分析法，传感器对所加激励信号的响应称瞬态响应。
常用激励信号有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。
下面以传感器的单位阶跃响应来评价传感器的动态性能指标。
（1）一阶传感器的单位阶跃响应在工程上，一般将下式：()()()dy t y t x t dt τ+= （1-7）视为一阶传感器单位阶跃响应的通式。
式中x (t )、y (t )分别为传感器的输入量和输出量，均是时间的函数，表征传感器的时间常数，具有时间“秒”的量纲。
一阶传感器的传递函数：()1()()1Y S H s X S s τ==+ （1-8） 对初始状态为零的传感器，当输入一个单位阶跃信号0,01,0t x(t)t ≤⎧=⎨>⎩ 由于x (t )=1(t )，x (s )=1/s ，传感器输出的拉氏变换为：111Y(s)=H(s)X(s)=s s τ⋅+ （1-9） 一阶传感器的单位阶跃响应信号为：t=1-e y(t)τ- （1-10）相应的响应曲线如图1-7所示。
由图可见，传感器存在惯性，它的输出不能立即复现输入信号，而是从零开始，按指数规律上升，最终达到稳态值。
理论上传感器的响应只在t 趋于无穷大时才达到稳态值，但实际上当t=4τ时其输出达到稳态值的98.2%，可以认为已达到稳态。
τ越小，响应曲线越接近于输入阶跃曲线，因此，τ值是一阶传感器重要的性能参数。
图1-7 一阶传感器单位阶跃响应四、实验内容：1、了解所需模块、器件设备等，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。
测微头在双平行梁后面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
安装测微头时，应注意是否可以到达磁钢中心位置；2、差动放大器调零：V+接至直流恒压源的+15V,V-接至-15V,调零模块的 GND 与差动放大器模块的 GND 相连，VREF与 VREF相连，V+与 V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端 VP（＋）、反相端 VN（－）与地短接。
用万用表测差动放大器输出端的电压；开启直流恒压源；调节调零旋钮使万用表显示为零；3、根据图 1 接线 R1、R2、R3 为电桥模块的固定电阻，R4 则为应变片；将直流恒压源的打至±4V 档，万用表置 20V 档。
开启直流恒压源，调节电桥平衡网络中的电位器 W1，使万用表显示为零；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）使万用表显示最小，再旋动测微头，使万用表显示为零（细调零），并记下此时测微头上的刻度值（要准确无误地读出测微头上的刻度值）。
5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移(X)记下万用表显示的值。
建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm 记一个数值填入表格中。
6、重复第五步骤，依次计算四组单电桥数据7、根据所的数据，用最小二乘法计算出斜率以及单桥的平均值k1。
8、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同一组受力应变片。
组桥时只要掌握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，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥 W1 同样使万用表显示为零。
重复步骤五测出半桥的两组数据。
9、根据所的数据，用最小二乘法计算出斜率以及半桥的平均值k2。
10、将剩余两个电阻全都换成应变片，重复第五组数据测出全桥的一组数据。