2实验(二)金属箔式应变片：单臂 半桥 全桥比较
应变片实验报告
传感器实验-——-金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较【实验目得】了解金属箔式应变片，单臂单桥得工作原理与工作情况。
验证单臂、半桥、全桥得性能及相互之间关系。
【所需单元及部件】直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压/频率表、电源，重物加在短小得圆盘上。
【旋钮初始位置】直流稳压电源打到±2Ｖ挡,电压/频率表打到2V挡,差动放大增益最大.【应变片得工作原理】当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值将发生变化,这种现象称为金属得电阻应变效应。
设有一根长度为Ｌ、截面积为S、电阻率为ρ得金属丝，在未受力时,原始电阻为(１－1）当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时,将伸长ΔL，横截面积相应减小ΔS,电阻率因晶格变化等因素得影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔＲ。
对式(1-1)全微分,并用相对变化量来表示，则有:(1-2)【测量电路】应变片测量应变就是通过敏感栅得电阻相对变化而得到得。
通常金属电阻应变片灵敏度系数K 很小,机械应变一般在1０×１0－6～３000×1０－６之间，可见,电阻相对变化就是很小得。
例如,某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变-6，应变片得电阻值为,灵敏度系数Ｋ=2,则电阻得相对变化量为1０—6=0、００２，电阻变化率只有0、２％。
这样小得电阻变化，用一般测量电阻得仪表很难直接测出来,必须用专门得电路来测量这种微弱得电阻变化。
最常用得电路为电桥电路。
（a)单臂(b)半桥(ｃ）全桥图1—1 应变电桥直流电桥得电压输出当电桥输出端接有放大器时,由于放大器得输入阻抗很高,所以,可以认为电桥得负载电阻为无穷大，这时电桥以电压得形式输出。
输出电压即为电桥输出端得开路电压,其表达式为(1-3)设电桥为单臂工作状态，即为应变片,其余桥臂均为固定电阻。
当感受应变产生电阻增量时,由初始平衡条件得,代入式(1—3)，则电桥由于产生不平衡引起得输出电压为（1－４）对于输出对称电桥，此时,Ｒ´，当臂得电阻产生变化，根据式（1-4)可得到输出电压为(1—5)对于电源电桥，，´,当R1臂产生电阻增量时，由式(１-４）得(１-６)对于等臂电桥，当得电阻增量时,由式(1—10)可得输出电压为(１—7)由上面三种结果可以瞧出，当桥臂应变片得电阻发生变化时,电桥得输出电压也随着变化。
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。
传感器实验报告
传感器实验报告实验一金属箔式应变片单臂电桥实验数据处理线性拟合V=5.767*x-0.422 灵敏度为5.767思考题：（1） 本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。
直流稳压源输出应稳定，且不超过负载的额定值。
放大器应对差模信号有较好放大作用，无零漂或零漂小可忽略。
（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。
灵敏度将大幅度降低，线性性也将变差，电压随位移的变化将变得十分小。
因为横向补偿片原本是横向粘贴在悬梁臂上的，用于补偿应变片测量的横向效应。
在悬梁臂形变的时候，横向补偿片仅仅横向部分发生形变，而应变片敏感栅往往很粗而且有效长度短，因此阻值变化小。
实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验数据处理V=11.95*x+0.778灵敏度为11.95思考题：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。
在梁上下表面受力方向相反的应变片相当于将形变放大两倍，，因此，ΔV/ΔX大约是实验一中的两倍。
（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。
同方向的两片应变片相互抵消，输出为零。
（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥的灵敏度约是单臂的两倍。
实验三金属箔式应变片四臂电桥(全桥)的静态位移性能V=24.15*x+1.4灵敏度问24.15思考题：（1）如果不考虑应变片的受力方向，结果又会怎样。
对臂应变片的受力方向应接成相同，邻臂应变片的受力方向相反，否则相互抵消没有输出（2）比较单臂，半桥，全桥各种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。
实验四金属箔式应变片四臂电桥（全桥）振动时的幅频性能实验数据处理思考题：（1）在实验过程中，观察示波器读出频率与频率表示值是否一致，据此，根据应变片的幅频特性可作何应用。
不一致。
可以根据这个原理反向测出梁的震动频率，利用应变片读出峰值，在找到对应的频率值即可。
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。
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。
研究报告金属箔式应变片电桥性能实验
实验一金属箔式应变片电桥性能实验一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应；单臂电桥、半桥、全桥的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误差。
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。
对半桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/2。
对全桥而言，电桥输出电压，U01=EKε。
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。
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。
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。
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。
单臂、半桥、全桥比较实验
电子科技大学
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：
实验地点：主楼C2-111 实验时间：
一、实验室名称：电机与传感器实验室
二、实验项目名称：金属箔式应变片性能：单臂、半桥、全桥实验比较
三、实验学时：4
四、实验原理：
实验原理如图所示：
1、单臂时：R1、R
2、R3为固定电阻，RX为金属箔式应变片。
2、
半桥时：R1、R2为固定电阻，R3和RX为金属箔式应变片。
3、全挢时：桥内四个电阻均为金属箔式应变片。
五、实验目的：
系统地学习和了解金属箔式应变片的基本工作原理，基本分析方法，设计要求，测量电路及其主要应用。
六、实验内容：
单臂、半桥、全桥实验。
七、实验器材（设备、元器件）：
CSY-998型传感器系统实验仪、集成电路314、LF353、317、373、7815、7915、7805、LM324、555、8038、741、3140、74LS20等及联接线若干。
八、实验步骤：
(1)、了解所需元件、部件在实验仪上所在位置。
(2)、将差动放大器调零。
(3)、根据图接线。
(4)、调整测微头位置。
(5)、测取数据。
九、实验数据及结果分析：
1、单臂
十、实验结论：
十一、总结及心得体会：
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
报告评分：
指导教师签字：。
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。
实验一 金属箔式应变片 单臂、半桥、全桥性能比较实验
实验一 金属箔式应变片 单臂、半桥、全桥性能比较实验一、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、实验原理电阻丝在外力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ε⋅=∆k RR（1） 式中 RR∆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所示，将四个金属箔式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，则应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1 应变式传感器安装示意图三、主要实验设备1．应变传感器实验模块 2．托盘 3．砝码4．±15V 、±4V 电源 5．直流电压表 6. 万用表（自备）四、实验内容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。
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 RR EU ∆⋅+∆⋅=211/40 （2）其中，E 为电桥电源电压。
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Uo 接数显电压表（选择2V 档）。
将电位器调节放大倍数的Rw4调到适当位置（注意：不能置于逆时针最小位置！），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。
图2 单臂电桥面板接线图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。
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。
机械工程测试技术拓展实训实验教案实验二应变传感器性能实验
实验二：应变传感器性能实验实验2.1 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解金属箔式应变片的应变效应，应变式传感器的工作原理；2、掌握单臂测量电路的工作原理。
二、实验内容1、记录所加重量与电桥电压输出数据；2、计算灵敏度、非线性误差δ。
三、实验原理、方法和手段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：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。
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。
四、实验条件主机箱（±4V 、±15V 、电压表）、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、数显万用表。
五、实验步骤应变传感器实验模板说明：实验模板中的R 1、R 2、R 3、R 4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。
εK R R =∆/R R /∆L L /∆=ε4/01εEK U =图 2-1应变式传感器单臂电桥实验安装、接线示意图1、根据图2-1安装、接线。
应变式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、、、和加热器上。
传感器左上角应变片为；右下角为；右上角为；左下角为。
当传感器托盘支点受压时，、阻值增加，、阻值减小，可用数显万用表进行测量判别。
常态时应变片阻值＝＝＝＝，加热丝阻值为左右。
2、放大器输出调零：将图2-1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（V i ＝0），调节入放大器的增益电位器大约到中间位置（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到2V 档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器，使主机箱电压表显示为零。
传感器技术实验报告金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
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.应变片单臂电桥实验。
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
五、实验数据记录及分析
测得数据如下：
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
三、实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四、实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。
将实验模板上的放大器两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接（）；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档，合上主机箱电源开关，调节实验模块放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
二、基本原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥暑促灵敏度提高，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 。
三、实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四、实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。具体做法如实验一
3.电桥调零。具体做法如实验一
所以
=0.3636mv， =204mv，
所以
六、思考题
1.测量中，当两组对边电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。
答：（2）不可以。
2.某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，能否及如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
检测技术实验报告
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及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，通过它反映被测部位受力状态的变化。
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。
单臂电桥输出电压Uo1= EKε/4。
三、实验器材主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
图2-1 应变式传感器安装示意图如图2-1，将托盘安装到应变传感器的托盘支点上，应变式传感器（电子秤传感器）已安装在应变传感器实验模板上。
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。
如图2-2，应变传感器实验模板中的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的。
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。
可用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。
四、实验步骤1、根据图2-3 工作原理图、图2-2 接线示意图安装接线。
图2-2 应变传感器实验模板、接线示意图2、放大器输出调零:将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 档，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。
3 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥比较
3 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥比较
一、实验目的
验证单臂、半桥、全桥性能
二、实验设备
机头中的应变梁、振动台；主板中的F/V电压表、±4V电源、箔式应变片输出口、电桥、差动放大器、砝码；4位半数显万用表
三、需用器件与单元介绍
与实验2相同。
四、实验预习要求
1. 应变片测量原理；
2. 直流电桥转换原理；
3. 熟悉需用器件与单元在传感器箱中机头与主板的布置位置、使用方法。
五、预习思考题
1. 图1(a)是单臂电桥测量电路连线。
差动半桥、差动全桥测量时，应如何连线？试完成图1(b)、图1(c)中的电路连线。
图1(a) 单臂电桥连线
图1(b) 半桥连线图1(c) 全桥连线2. 同样的测试输入量，半桥、全桥输出与单臂比较，有什么变化（写出公式）
3.半桥测量时两片受力状态不同的电阻应变片应接在电桥的相对臂还是相邻臂?为什么?
16
六、实验步骤
1. 应变片半桥特性实验，原理图见图2。
2. 应变片全桥特性实验，原理图见图3。
图2 差动半桥图3 差动全桥
七、实验数据与分析
三种情况下，差动放大器的增益须相同。
1.根据实验数据在同一坐标里画出实验曲线，并分析实验结果。
八、思考题
1.应变片组桥时应注意什么问题?
17。
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电子信息工程学系实验报告
课程名称：传感器与检测技术
实验项目名称：实验（二）金属箔式应变片单臂半桥全桥 实验时间：
班级：测控091 姓名：陈云 学号： 实 验 目 的:
验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
实 验 环 境:
CSY -910型传感器实验仪：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。
实 验 内 容 及 过 程:
1、实验原理
已知单臂、半桥和全桥电路的ΣR 分别为△R/R 、2△R/R 、4△R/R 。
根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于ΣR.E4，电桥灵敏度Ku=Uo/△R/R ，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为E/4、E/2和E 。
由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
2、旋钮初始位置
直流稳压电源打到±2V 档，F/V 表打到2v 档，差动放大器增益打到最大。
3、实验步骤
(1)按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。
(2)使用一片应变片，组建单臂电桥。
按图l 接线，图中Rx=R4为工作片，r 及Wl 为电桥平衡网络。
完成接线与调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流电源打到±4V 档，选择适当的放大增益，然后调节W1，使F/V 显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。
记下此时的测微头的初始刻度。
（Rx 接↑的应变片）
(3)旋动测微头的调节旋钮，记下梁自由端的位移和F/V 表的示值。
旋转测微头，使梁移动，每隔1mm 读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。
(4)使用两片应变片，组建差动半桥，保持放大器增益不变，重复步骤（3）过程，记下所测得数据。
将R3固定电阻换为与R4（取↑应变片）受力方向相反的另一应变片（↓应变片），即取两片受力方向不同应变片，形成半桥。
调节测微头使梁到水平位置(目测)，调节电桥Wl 使F/V 表显示为零，重复(3)
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过程同样测得读数填入下表：
(5) 使用四片应变片，组建差动全桥，保持放大器增益不变，重复步骤（3）过程，再次记下所测得数据。
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(即Rl 换成↓，R2换成↑)。
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W ，同样使F/V 表显示零。
重复(4)过程将读出数据填入下表：
(6)在同一坐标纸上描出X-V 曲线，比较三种接法的灵敏度。
实 验 结 果 及 分 析：
图中紫色所对应的直线是单臂电桥的情况，黄色是半臂电桥的情况，褐色是全桥的情况。
通过比较可以发现它们的斜率依次是两倍的关系。
通过本次实验验证了单臂时，Ku=E/4; 半桥时Ku=E/2;全桥时Ku=E.
实验心得：
经过此次的实验，让我们了解不同电桥的特性和实现方法，以及了解单臂电桥特性、差动半桥特性和差动全桥特性和他们各自的工作原理和工作情况。
得知单臂电桥的灵敏度最低，差动半桥的灵敏度是单臂电桥的2倍和差动全桥的灵敏度为单臂电桥的4倍；以后的应用打下理论和实践基础。
附录：
注意事项
(1)在更换应变片时应将电源关闭。
(2)在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
(3)在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。
(4)直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。
(5)接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
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