实验一 金属箔式应变计性能—应变电桥
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。
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）。
实验1 应变电桥实验
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，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，Vo1=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块(应变式传感器已安装在上面)、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、如需要请自便万用表。
四、实验步骤：1、根据,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，“”、“”分别表示应变片的受力方向，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。
图(1-1)2、实验模块仪表放大器调零：方法为:①接入模块电源±15V和“⊥“(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块仪表放大器增益调节电位器Rw3顺时针调节最大位置，②将仪表放大器的正、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，仪表放大器增益电位器Rw3适中，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，数字电压表置20V档，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调Rw1，再细调R W4使数显表显示为零，并将数字电压表转换到2V档再调零,如数字显示不稳,可适当减小放大器增益。
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。
传感器检测技术实验报告
传感器与检测技术实验报告姓 名： 学 号： 院 系：仪器科学与工程学院 专 业： 测控技术与仪器 实 验 室： 机械楼5楼 同组人员： 评定成绩： 审阅教师：传感器第一次实验实验一 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形变时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应;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 1/4o U EK ε=,其中K 为应变灵敏系数,/L L ε=∆为电阻丝长度相对变化;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;3. 电桥调零;4. 应变片单臂电桥实验;测得数据如下,并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线性拟合曲线：由matlab 拟合结果得到,其相关系数为,拟合度很好,说明输出电压与应变计上的质量是线性关系,且实验结果比较准确; 系统灵敏度S =ΔU ΔW=0.0535V/Kg 即直线斜率,非线性误差=Δm yFS=0.0810.7×100%=0.75%五、思考题单臂电桥工作时,作为桥臂电阻的应变片应选用：1正受拉应变片；2负受压应变片；3正、负应变片均可以;答：1负受压应变片；因为应变片受压,所以应该选则2负受压应变片;实验三 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、基本原理全桥测量电路中,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1234R R R R ∆=∆=∆=∆时,其桥路输出电压3o U EK ε=;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都得到了改善;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;3.电桥调零;4.应变片全桥实验数据记录如下表所示,并且使用Matlab的cftool工具箱画出实验点的线性拟合曲线：由matlab拟合结果得到,其相关系数为,比上个实验中的单臂电桥线性度差,跟理论存在误差;系统灵敏度S=ΔUΔW = 0.2232V/Kg 即直线斜率,非线性误差δ= ΔmyFS=0.4945×100%1.1%,可见全桥的灵敏度是单臂电桥的4倍可以看出,但非线性度却高于单臂电桥;按照实验结果,对于灵敏度的测量时符合理论值的,但是非线性误差是有误的,分析其原因可能是测量过程中的仪器调节、读数误差、以及仪器本身存在的问题;我们在做实验的过程中,仪器存在一定问题,总是很难调节或者得到稳定的数据,不够精准;五、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;因为电桥平衡的条件为：R1×R3=R2×R4;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,如图2-8,能否如何利用四组应变片组成电桥,是否需要外加电阻;图2-8 受拉力时应变式传感器圆周面展开图答：能够利用它们组成电桥;a图中 4个应变片对称分布于测试棒上,检测试件横向拉力,如果已知试件泊松比则可知试件纵向应变;任意选取两个电阻接入电桥的对边,输出为两倍的横向应变,并选取外加电阻使电桥平衡；b图中R3、R4应变片检测试件纵向拉力,R1、R2检测横向拉力,可以选取R3、R4接入电桥对边,输出为两倍的纵向应变;需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥;3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较基本原理如图2-9a、b、c;比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度,根据实验结果和理论分析,阐述原因,得出相应的结论;注意：比较实验中,a、b、c放大电路的放大器增益必须相同;a单臂 b半桥 c全桥图2-9 应变电桥①单臂U0 ＝ U1－U3＝〔R1＋△R1/R1＋△R1＋R2－R4/R3＋R4〕E＝〔1＋△R1/R1/1＋△R1/R1＋R2/R2－R4/R3/1＋R4/R3〕E设R1＝R2＝R3＝R4,且△R1/R1<<1;U0≈1/4△R1/R1E所以电桥的电压灵敏度：S＝U0/△R1/R1≈kE＝1/4E②半桥U0≈1/2△R1/R1ES ＝1/2E ③ 全桥 U0≈△R1/R1E S ＝E答：由以上可以看出,在灵敏度方面全桥的灵敏度最高,半桥次之,单臂最差,非线性度,单臂的非线性度最高即线性度最差,全桥的线性度最好 线性度：单臂>单桥>全桥 理论上： 灵敏度： 单臂 4E S = ,半桥 2ES = ,全桥 S E =; 非线性度：单臂100%2K K εδε=⨯+,半桥 0δ=,全桥 0δ=; 如前所述,由于外界因素,导致我们的非线性误差的计算存在很大偏差,但是就根据理论分析来看,全桥利用差动技术,能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差;全桥利用差动技术,能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差; 4、金属箔式应变片的温度影响电阻应变片的温度影响主要有两个方面;敏感栅丝的温度系数,应变栅的线膨胀系数与弹性体或被测试件的线膨胀系数不一致而产生附加应变;当温度变化时,即使被测体受力状态不变,输出也会有变化;① 按照全桥性能实验步骤,将200g 砝码放在砝码盘上,在数显表上读取数值Uo 1; ② 将主机箱中直流稳压电源＋5V 、地⊥接于实验模板的加热器＋6V 、地⊥插孔上,数分钟后待数显表电压显示基本稳定后,记下读数Uo t ;U ot -U 01即为温度变化的影响; 温度变化产生的相对误差：②如何消除金属箔式应变片温度影响答：可以采用温度自补偿法或者桥路补偿法;实验五差动变压器的性能实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性;二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成,根据内外层排列不同,有两段式和三段式,本实验采用三段式;当被测物体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移,从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化;将两只次级反向串接,引出差动电势输出;其输出电势反映出被测物体的移动量;三、实验器材主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等;四、实验步骤1.按照接线图连接线路;2.差动变压器L1的激励电压从主机箱中的音频振荡器的Lv端引入,音频振荡器的频率为4~5KHz,本次实验选取4561Hz,输出峰峰值为2V;3.松开测微头的紧固螺钉,移动测微头的安装套使变压器次级输出的Vp-p较小;然后拧紧螺钉,仔细调节测微头的微分筒使变压器的次级输出Vp-p为最小值零点残余电压,约为,定义为位移的相对零点;4.从零点开始旋动测微头的微分筒,每隔微分筒转过20格从示波器上读出示波器的输出电压Vp-p,记入表格中;一个方向结束后,退到零点反方向做相同的实验;5.根据测得数据画出Vop-p —X曲线,做出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差;数据表格如下：实验曲线如下：从图可以看出,数据基本呈线性,关于x=0对称的,在零点时存在一个零点误差,即零点残余电压,在15mv左右;位移为1mm时, 灵敏度为151V/m,非线性度δ= ΔmyFS =5.67286×100%=1.98%；位移为-1mm时,灵敏度为m,非线性度δ= ΔmyFS =3.89263×100%=1.48%由上式得到的非线性度可知,差动式变压器输出的非线性较好;五、思考题1.用差动变压器测量,振动频率的上限受什么影响答：受导线的驱肤效应和铁损等的影响,若频率过大超过某一数值时该值视铁心材料而定将会导致灵敏度下降;2.试分析差动变压器与一般电源变压器的异同答：相同点：都利用了电磁感应原理;不同点：一般变压器为闭合磁路,初、次级间的互感为常数；差动变压器为开磁路,初、次级间的互感随衔铁移动而变,且两个次级绕组按差动方式工作;传感器第二次实验实验九电容式传感器的位移实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点;二、基本原理利用电容C＝εA／d的关系式,通过相应的结构和测量电路,可以选择ε、A、d三个参数中保持二个参数不变,而只改变其中一个参数,就可以组成测介质的性质ε变、测位移d变和测距离、液位A变等多种电容传感器;本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器,如图3-6所示：由二个圆筒和一个圆柱组成;设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x,则电容量为C=ε2 ｘ／lnR／r; 图中C1、C2是差动连接,当图中的圆柱产生X位移时,电容量的变化量为C=C1－C2=ε2 2 X／lnR／r,式中ε2 、lnR ／r为常数,说明C与位移X成正比,配上配套测量电路就能测量位移;图3-6 电容式位移传感器结构三、实验器材主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头;四、实验步骤图3-7 电容传感器位移实验原理图1、按图3-8将电容传感器装于电容传感器实验模板上,实验模板的输出Ｖo1接主机箱电压表的Ｖin;2、将实验模板上的Rw调节到中间位置方法：逆时针转到底再顺时传３圈;3、将主机箱上的电压表量程显示选择开关打到2v档,合上主机箱电源开关；旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示0v ,再转动测微头向同一个方向5圈,记录此时测微头读数和电压表显示值,此点为实验起点值；此后,反方向每转动测微头1圈即△x=位移读取电压表读数,共转10圈读取相应的电压表读数单行程位移方向做实验可以消除测微头的回差；将数据填入表3-7并作出x-v实验曲线;结构：传感器为上下两个极板,谷物从传感器之间穿过;考虑因素：感应器是否与谷物接触的充分、谷物是否均匀的从传感器之间穿过以及直板传感器的边缘效应;实验十一压电式传感器振动测量实验一、实验目的了解压电传感器的测量振动原理和方法;二、基本原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成;工作时传感器感受与试件相同的振动频率,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶体上产生正比于运动速度的表面电荷;三、实验器材主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器;四、实验步骤1、按照连线图将压电传感器安装在振动台上,振动源的低频输入接主机箱的低频振荡器,其它连线按照图示接线;2、合上主机箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动,观察低通滤波器输出波形;3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入和输出波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台,同时观察输出波形的变化;4、改变振动源的频率,观察输出波形的变化;低频振荡器的幅度旋钮固定至最大,调节频率,用频率表监测,用示波器读出峰峰值填入表格;实验曲线：五、思考题根据实验结果,可以知道振动台的自然频率大致是多少传感器输出波形的相位差大致为多少答：根据实验曲线可知,振动台的自然频率大约为11Hz;×360°=17°t=5ms T=106ms φ=5106实验十二电涡流传感器位移实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性;二、基本原理通过交变电流的线圈产生交变磁场,当金属体处于交变磁场时,根据电磁感应原理,金属体内产生电流,该电流在金属体内自行闭合,并呈旋涡状,故称为涡流; 涡流的大小与金属体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属表面的距离x等参数有关;电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量,从而改变激磁线圈阻抗,涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的;电涡流工作在非接触状态,当线圈与金属体表面的距离x以外的所有参数一定时可以进行位移测量;三、实验器材主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体铁圆片;四、实验步骤1、观察传感器结构,根据示意图安装测微头、被测体、电涡流传感器并接线;2、调节测微头使被测体与传感器端部接触,将电压表显示选择开关切换到20V档,检查接线无误后开启主机箱电源开关,记下电压表读数,然后每隔0.1mm读一个数,直到输出几乎不变为止;将数据填入下表：3、画出V-X 曲线,根据曲线找出线性区域及正、负位移测量时的最佳工作点即曲线线性段的中点;试计算测量范围为1mm 与3mm 时的灵敏度和非线性度可以用端点法或其他拟合直线;1415161718192021xv测量范围1mm ：非线性度：v =0.007v yFs= 所以测量范围3mm ：非线性度：v =0.056v yFs=五、思考题1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,如果需要测量±5mm 的量程应如何设计传感器答：电涡流传感器的量程就是传感器的线性范围,它受到线圈半径;被测体的性质及形状和厚度等因素影响;2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程使用选用传感器 答：所测量的位移在所选的传感器量程范围内;传感器第三次实验实验十五 直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的了解霍尔式传感器原理与应用;二、基本原理根据霍尔效应,霍尔电势H H B U K I =•,当霍尔元件处在梯度中运动时,它的电势会发生变化,利用这一性质可以进行位移测量;三、实验器材主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头;四、实验步骤图5-1 霍尔传感器直流激励实验原理图1、按图5-2示意图接线实验模板的输出Vo1接主机箱电压表的Vin,将主机箱上的电压表量程显示选择开关打到2v 档;2、检查接线无误后,开启电源,调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置,再调节Rw1使数显表指示为零;3、向某个方向调节测微头2mm 位移,记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头,每增加0.2mm 记下一个读数建议做4mm 位移,将读数填入表5-1;表5-1作出V－X曲线,计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差;实验完毕,关闭电源;灵敏度：7277,4V mV X mm∆=∆=所以非线性度：207Vm mV∆=5983.8yFs=所以五、思考题本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化答：反映的是磁场的变化;实验十七霍尔转速传感器测量电机转速实验一、实验目的了解霍尔转速传感器的应用;二、基本原理利用霍尔效应表达式：UH ＝KH·IB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次;每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路计数就可以测量被测物体的转速;三、实验器材主机箱、霍尔转速传感器、转动源;四、实验步骤1、根据图5-5将霍尔转速传感器安装于霍尔架上,传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm;图5-5霍尔转速传感器实验安装、接线示意图2、在接线以前,先合上主机箱电源开关,将主机箱中的转速调节电源2~24v旋钮调到最小逆时针方向转到底,接入电压表显示选择打到20v档,监测大约为１.25v；关闭主机箱电源,将霍尔转速传感器、转动电源按图5-5所示分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表转速档的Fin上;3、合上主机箱电源开关,在小于12v范围内电压表监测调节主机箱的转速调节电源调节电压改变电机电枢电压,观察电机转动及转速表的显示情况;4、从2v开始记录,每增加1v相应电机转速的数据待电机转速比较稳定后读取数据;表5-3电压v 2 3 4 5 6转速380 600 840 1060 1290电压v 7 8 9 10 11转速1520 1740 1980 2200 2420画出电机的V~n 电机电枢电压与电机转速的关系特性曲线; 实验完毕,关闭电源;五、思考题1、利用霍尔元件测转速,在测量上是否有限制 答：有;霍尔元件不能用来测磁体的转速;2、本实验装置上用了六只磁钢,能否用一只磁钢 答：可以,但是分辨率会降低,使实验结果不准确;实验十八 磁电式转速传感器测电机转速一、实验目的了解磁电式测量转速的原理;二、基本原理基于电磁感应原理,N匝线圈所在磁场的磁通变化时,线圈中感应电势：发生变化,因此当转盘上嵌入N 个磁棒时,每转一周线圈感应电势产生N 次的变化,通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速;三、实验器材主机箱、磁电式传感器、转动源;四、实验步骤磁电式转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外,其它完全与实验十七相同;图5-6 磁电转速传感器实验安装、接线示意图按图5-6接线,实验十七中的实验步骤做实验; 实验完毕,关闭电源;画出电机的V~n 电机电枢电压与电机转速的关系特性曲线; 实验完毕,关闭电源;dt d Ne Φ-=表5-4画出电机v~n特性曲线：五、思考题为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动,能说明理由么答：磁电式转速传感器是利用旋转体改变磁路,使磁通量发生变化,从而使其线圈产生感应电压,如果转速很慢,旋转体改变磁路也很慢,磁通量的变化也很慢,感应电压就会很小,就无法正确地测定转速;传感器第四次实验实验二十七发光二极管光源的照度标定实验一、实验目的了解发光二极管的工作原理；作出工作电流与光照度的对应关系及工作电压与光照度的对应关系曲线,为以后实验做好准备;二、基本原理半导体发光二极管筒称 LED;它是由Ⅲ－Ⅳ族化合物,如 GaAs砷化镓、GaP磷化镓、GaAsP磷砷化镓等半导体制成的,其核心是 PN 结;因此它具有一般二极管的正向导通及反向截止、击穿特性;此外,在一定条件下,它还具有发光特性;其发光原理如图7-1所示,当加上正向激励电压或电流时,在外电场作用下,在P－N 结附近产生导带电子和价带空穴,电子由 N 区注入 P 区,空穴由 P 区注入N 区,进入对方区域的少数载流子少子一部分与多数载流子多子复合而发光;假设发光是在 P 区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光;除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心这个中心介于导带、价带中间附近捕获,再与空穴复合,每次释放的能量不大,以热能的形式辐射出来;发光的复量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高;由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN 结面数μm 以内产生;发光二极管的发光颜色由制作二极管的半导体化合物决定;本实验使用纯白高亮发光二极管;图7-1 发光二极管的工作原理三、实验器材主机箱0~20mA 可调恒流源、电流表、0~24V 可调电压源,照度表,照度计探头,发光二极管,光筒;四、实验步骤1、按图7-2配置接线,接线注意＋、－极性;2、检查接线无误后,合上主机箱电源开关;3、调节主机箱中的恒流源电流大小电流表量程 20mA 档,即改变发光二管的工作电流大小就可改变光源的光照度值;拔去发光二极管的其中一根连线头,则光照度为 0如果恒流源的起始电流不为 0,要得到 0 照度只有断开光源的一根线;按表7-1进行标定实验调节恒流源,得到照度~电流对应值;4、关闭主机箱电源,再按图7-3配置接线,接线注意＋、－极性;5、合上主机箱电源,调节主机箱中的 0~24V 可调电压电压表量程 20V 档就可改变光源发光二极管的光照度值;按表7-1进行标定实验调节电压源,得到照度~电压对应值;6、根据表7-1画出发光二极管的电流~照度、电压~照度特性曲线;表7-1 发光二极管的电流、电压与照度的对应关系照度Lx 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100电流0 0mA电压V 0照度Lx 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200电流mA电压V 3照度Lx 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300电流mA电压V6、根据表7-1画出发光二极管的电流~照度、电压~照度特性曲线;发光二极管的电流-照度图纵坐标电流A,横坐标照度Lx发光二极管的电压-照度图横坐标照度,纵坐标电压由图可知,发光二极管的电压和电流必须达到一定值后,二极管才发光;这是由于正向电压必须达到二极管正向导通电压,二极管才能开始工作,才能发光;实验二十八光敏电阻特性实验一、实验目的了解光敏电阻的光照特性和伏安特性;二、基本原理在光线的作用下,电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态,引起电导率的变化,这种现象称为光电导效应;光电导效应是半导体材料的一种体效应;光照愈强,器件自身的电阻愈小;基于这种效应的光电器件称光敏电阻;光敏电阻无极性,其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关;实验原理图如图7-4;图7-4 光敏电阻实验原理图三、实验器材主机箱0~20mv可调恒流源、电流表、0~24V可调电压源、照度表,照度计探头,发光二极管,遮光筒;四、实验步骤1、亮电阻和暗电阻的测量1将光敏电阻和电流表串联,两端并联电压表内接法,电压表正极接一上拉电阻至VCC;光敏电阻接受一个发光二级管的光照,中间有一个遮光筒;调节发光二级光的供电电压,查表7-1,使光照度为100Lx;210s左右读取光敏电阻电流值,作为亮电流I亮;3缓慢调节二极管供电电压减到0V,10s左右读取电流值,作为暗电流I暗;4根据以下公式,计算亮阻和暗阻照度100Lx：I亮=,U亮=10V, R亮=U/I=6kΩI暗=0mA,U暗=10V, R暗=U/I=∞2、光照特性测量光敏电阻的两端电压为定值时,光敏电阻的光电流随光照强度的变化而变化,它们之间的关系是非线性的;调节不同光照度,做出光电流与光照度的曲线图;表7-2 光照特性实验数据图7-3光敏电阻光电流-光照度曲线由图可知光敏电阻的光照特性呈非线性,因此不宜做线性检测元件,但是在自控系统中用作开关元件;3、伏安特性的测量光敏电阻在一定光照强度下,光电流随外加电压的变化而变化;测量时,光照强度为定值下,光敏电阻输入6档电压,测得光敏电阻上的电流值如表7-3,在同一坐标图中做出不同照度的三条伏安特性曲线;表7-3 光敏电阻伏安特性实验数据图7-4 光敏电阻伏安特性由图可知,光敏电阻的伏安特性是呈线性的；光照越强,伏安特性曲线斜率越大,说明电阻阻值越小;五、思考为什么测光电阻亮阻和暗阻要经过10s后才读数这是光敏电阻的缺点,只能应用于什么状态答：当光照强度发生变化时,材料的电阻率也会发生改变,从而电阻阻值也发生改变;该种改变需要时间,当光线突然改变,阻值不稳定,经过10秒后阻值基本稳定,便可以读数,以获得稳定的输出读数;光敏电阻只能应用于自动控制系统中的开关作用;实验三十一硅光电池实验一、实验目的了解光电池的光照、光谱特性,熟悉其应用;二、基本原理光电池是根据光生伏特效应制成的,不需加偏压就能把光能转换成电能的P-N 结的光电池器件;当光照射到光电池的P-N结上时,便在P-N结两端产生电动势;这。
实训一箔式应变片性能――单臂电桥
实训二箔式应变片三种桥路性能比较4
实训三箔式应变片的温度效应5
实训四应变电路的温度补偿6
实训五半导体应变计性能8
实训六半导体应变计直流半桥测试系统10
实训七箔式应变片与半导体应变片性能比较11
实训八移相器实训12
实训九相敏检波器实训14
实训十箔式应变片组成的交流全桥16
如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。
2．按图（1）将实训部件用实训线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、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。
实训十一激励频率对交流全桥的影响18
实训十二交流全桥的应用――振幅测量19
实训十三交流全桥组成的电子秤20
实训十四差动变压器性能21
实训十五差动变压器零残电压的补偿23
实训十六差动变压器的标定25
实训十七差动变压器的振动测量27
实训十八差动螺管式电感传感器位移测量28
实训十九差动螺管式电感传感器振幅测量29
实训二十激励频率对电感传感器的影响30
实训二十一热电式传感器――热电偶32
实训二十二热敏式温度传感器测温实训1
实训二十三P－N结温度传感器2
实训二十四光纤位移传感器――位移测量3
实训二十五光纤传感器―转速测量5
实训二十六光电传感器的应用―光电转速测试6
实训二十七霍尔式传感器的直流激励特性7
实训二十八霍尔式传感器的交流激励特性9
图 （1）
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
应变电桥特性应用实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除应变电桥特性应用实验报告篇一：直流电桥实验报告清华大学实验报告系别：机械工程系班号：72班姓名：车德梦（同组姓名：）作实验日期20XX年11月5日教师评定：实验3.3直流电桥测电阻一、实验目的（1）了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法；（2）单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据；（3）了解双电桥测量低电阻的原理，初步掌握双电桥的使用方法。
（4）数字温度计的组装方法及其原理。
二、实验原理1.惠斯通电桥测电阻惠斯通电桥（单电桥）是最常用的直流电桥，如图是它的电路原理图。
图中R1、R2和R是已知阻值的标准电阻，它们和被测电阻Rx连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。
对角A和c之间接电源e；对角b和D之间接有检流计g，它像桥一样。
若调节R使检流计中电流为零，桥两端的b点和D点点位相等，电桥达到平衡，这时可得I1R?I2Rx，两式相除可得I1R1?I2R2Rx?R2RR1只要检流计足够灵敏，等式就能相当好地成立，被测电阻值Rx可以仅从三个标准电阻的值来求得，而与电源电压无关。
这一过程相当于把Rx 和标准电阻相比较，因而测量的准确度较高。
单电桥的实际线路如图所示：将R2和R1做成比值为c的比率臂，则被测电阻为Rx?cR其中c?R2R1，共分7个档，0.001～1000，R为测量臂，由4个十进位的电阻盘组成。
图中电阻单位为?。
2.铜丝电阻温度系数任何物体的电阻都与温度有关，多数金属的电阻随文的升高而增大，有如下关系式：Rt?R0(1??Rt)式中Rt、R0分别是t、0℃时金属丝的电阻值；?R是电阻温度系数，单位是（℃）。
严格-1地说，?R一般与温度有关，但对本实验所用的纯铜丝材料来说，在-50℃～100℃的范围内?R的变化很小，可当作常数，即Rt与t呈线性关系。
于是?R?Rt?R0R0t利用金属电阻随温度变化的性质，可制成电阻温度计来测温。
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）。
金属箔式应变片性能单臂电桥实验报告
金属箔式应变片性能单臂电桥实验报告一、实验目的1. 通过金属箔式应变片单臂电桥实验，学习如何使用应变片进行测量；2. 掌握单臂电桥测量电阻的方法；3. 分析电桥测量误差，为提高测量精度提供基础。
二、实验原理1. 金属箔式应变片金属箔式应变片是一种材料表面加贴细小金属箔片的应变测量元件。
其基本原理是应变预应力引起的电阻变化，即金属箔在受力后，电阻随着应变量的改变而产生变化。
金属箔式应变片常用于测量应变和受力。
2. 单臂电桥单臂电桥是一种测量电阻的电桥，由电源、电桥电阻、待测电阻和检流计组成。
其基本原理是利用电流经过电桥时，经过待测电阻后在检流计处产生的电压大小来间接测量电阻的大小。
三、实验步骤1. 准备工作：将金属箔式应变片加载到机械压力测试平台上，调整相应参数并进行预热；2. 将电桥电路组装好，确保电源、检流计的连接正确无误；3. 调整电桥电阻使电路达到平衡状态；4. 施加一定的荷载，通过对应变不同的金属箔电阻值变化的测量，计算应变值；5. 多次重复测量，获得稳定可靠的数据。
四、实验结果及分析1. 多次测量获得的应变数据分别如下：0.0012，0.0013，0.0011；2. 将上述测量数据平均后计算得到平均应变值为0.0012；3. 分析误差：在实际测量中，应变片到载荷的变形以及电器元件的误差都会对测量产生一定的影响。
若误差过大，将会对测量结果产生较大的影响，因此在实验中应尽力减小误差。
五、实验结论与思考通过金属箔式应变片单臂电桥实验，我们掌握了应变片的应用技能以及单臂电桥的测量原理，学习了如何通过电桥实验获得待测电阻的精确值，同时深入了解了误差分析和优化的相关原理方法。
通过这次实验，我们加深了对电子电路基础知识的理解和应用，并提高了实验操作和数据分析的能力水平。
传感器实验
实验一 （1）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：εK R R =∆/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。
单臂电桥输出电压U O14/εEK =。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、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块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R 1、R2、R3、R 4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器Rw 3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的数显表电压输入端Vi 相连，调节实验模块上调零电位器Rw 4，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。
图1-1 应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个应变片R 1（即模块左上方的R 1）接入电桥作为一个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw 1，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Rw 1，使数显表显示为零。
应变传感器实验指导书(2013版)
4R 。 R
2R ； 用四个应变片组成二个差动对工作， 且 R1= R2= R3= R4=R， R
R ；当二个应变片组成差 R
（3）称重原理 本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，灵敏度高，性能稳定，四个特性相 同的应变片贴在如图 1 所示位置，弹性体的结构决定了 R1 和 R3、R2 和 R4 的受力方向分 别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。 （弹性体中间上下两片为温度补偿片） 当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为：
金属箔式应变计实验 1 实验目的
（1）了解箔式应变片的结构及粘贴方式 （2）掌握使用电桥电路对应变片进行信号调理的原理和方法 （3）掌握使用应变片设计电子秤的原理 （4）掌握应变片的温补原理和方法
2 实验原理
（1）应变片测量原理 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，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 测量电路，即可将电阻变化转换成电信号输出。 （2）应变电桥原理 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 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， R 动状态工作， 则有 R 则有 R
图 1 双孔悬臂梁称重传感器 （4）温补原理 当应变片所处环境温度发生变化时，由于其敏感栅本身的温度系数，自身的标称电阻值 发生变化，而贴应变片的测试件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同，也会引起附加形变，产 生附加电阻。 为避免温度变化时引入的测量误差，在实用的测试电路中要进行温度补偿。本实验中采 用的是电桥补偿法，如图 2 所示。
金属箔式应变片单臂电桥性能实验
金属箔式应变片单臂电桥性能实验实验说明本实验旨在通过金属箔式应变片单臂电桥性能实验，研究电桥电路中各元件间的关系，探究电阻的特性，进一步探究应变片的工作原理并且熟悉应变测量方法。
此外，本实验还将研究如何使用电桥进行精密测量。
实验原理单臂电桥，也被称为无支艺电桥，由一个已知阻值的电阻R和一个未知电阻R1构成。
它的基本原理是，将一个电阻R分配给两个不同的分支，使得其分配到有外力作用的应变片分支的反向热电信号和环境温度变化的电动势的影响相互抵消，从而产生一个感到应变片的应变反应信号。
为了使电桥的输出接近于0，可以通过调节电阻R的数值来确定电桥失配电阻R1未知数的大小。
因此，单臂电桥通常用于测量很小的电阻值和形状不规则的物体的应变值。
在本实验中，我们使用金属箔式应变片作为测量对象。
金属箔式应变片是一种能够反映物体应变状态的材料。
在物体发生形变时，应变片会随之发生微小的变形，从而改变电阻。
这种特性可以被用来制作应变检测器，如应变计。
应变计的应用范围非常广泛，比如用于测量建筑物的位移和金属结构的应力变化等。
实验材料和仪器1. 金属箔式应变片2. 八个10kΩ电阻3. 成品提供电桥电路板4. 万用表5. 直流电源单元实验步骤1. 根据电桥电路板上的布置图连接电桥电路。
接线过程如下所示：a. 将电阻1-4固定在电路板上b. 在电路板的中央位置放置Msp（金属箔式应变片）。
c. 用导线连接电路板上的两个端点，将万用表设置为电阻测试模式，在电路板上测量电桥的失配电阻R1。
d. 调整电阻R的数值使得万用表的读数最小。
如果万用表的读数仍然不为0，则通过调整电源电压的数值进行微调。
2. 在电路板上记录测量结果，并记录Msp上施加的应变值。
3. 重复步骤1和步骤2，至少连续测量10组数据。
结果分析在本实验中，通过分析电桥电路板上的布置图，我们成功地搭建了金属箔式应变片单臂电桥电路，并使用万用表和直流电源单元来测试电桥的响应情况。
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。
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。
7实验验七 应变、差动变压器等基本传感器型物理设计性实验
应变、差动变压器等DH-SJ2基本传感器型物理设计性实验（选做其中部分实验）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）、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。
实验步骤：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，V REF与V REF相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端V P（＋）、反相端V N（－）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；图14、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记一个数值填入下表：X（mm）U（mv）相应万用表显示的电压相应变化）。
7、在托盘未放砝码之前，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下表。
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。
金属箔式应变片性能实验报告
1 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），使F ／V 表显示为零。
图1金属箔式应变片性能—单臂电桥电路（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。
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实验一 金属箔式应变计性能—应变电桥
实验目的：
1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；
2、测试应变梁变形的应变输出；
3、熟悉传感器常用参数的计算方法。
实验原理：
本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。
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，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 l /R l 、ΔR 2/R 2、ΔR 3/R 3、ΔR 4/R 4，当使用一个应变片时，R
R=
R
∆∑；当二个应变片组成差动状态工作，则有
2R
R=
R
∆∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R 1= R 2= R 3= R 4=R ，4R
R=
R
∆∑。
实验所需部件：
直流稳压电源土4V 、应变式传感器实验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。
实验步骤：
1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置〈顺时针方向旋到底)，差动放大器"+" "一"输入端对地用实验线短路。
输出端接电压表2V 挡。
开启主机电源，用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，调零后模块上的"增益、调零"电位器均不应再变动。
(图1)
2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按(图1)将所需实验部件连接成测试桥路，图中R 1、R 2、R 3分别为模块上的固定标准电阻，R 为应变计〈可任选上梁或下梁中的一个
工作片)，图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。
将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。
3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。
调节模块上的WD电位器，使桥路输出为零。
4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm，每位移1mm记录一个输出电压
根据表中所测数据在坐标图上做出v－x曲线，计算灵敏度S：S=ΔV / Δx；非线性δL =Δmax/y F..·S ×100％；迟滞δH＝±ΔHmax/y F..·S ×100％；精确度A＝ΔA/y F..·S ×100％。
式中Δmax为输出值与拟合直线（用最小二乘法找出）的最大偏差；y F·S满量程输出平均值，此处为5mm时的输出值。
注意事项：
1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。
2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。
3、做单臂电桥实验时，由于应变片的零漂和蠕变现象的客观存在，桥路中的三个精密电阻与应变片的零漂值一致的可能性很小，如果没有采用补偿的话，单臂电桥测试电路必然会出现输出电压漂移现象，这是真实地反映了应变片的特性，但是只要采用了半桥或全桥测试电路，系统就会非常稳定，这是因为同一批次的应变片的漂移和蠕变特性相近，接成半桥和全桥形式后根据桥路的拥减特性原理就起到了非常好的补偿作用，这也是应变片在实际应用中无一例外地采用全桥(或半桥〉测试电路的原因。
4、因为是小信号测试，所以调零后做实验时电压表应置2V档，实验中要尽量避免外界信号干扰。
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负。