电阻式传感器单臂电桥性能实验
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。
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF1─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：ΔR/ R＝KΔL/ L=K ε，ΔR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ΔL/ 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。
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAFAHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAFρρεμd K S 1)21(++=对于金属应变片，K s 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，U o 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 [R 3/(R 3+R 4)-R 2/(R 1+R 2)] 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，R1=R2=R3=R4=R，各桥臂应变片灵敏系数K相同，上式可简化为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），AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF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 U O ( R / R)= 0.25 U O Kε5）AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF（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)AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF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S u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=( R1 / R1- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)/ ( R/ R) 9)则S u=0.25n U O10)AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAFAHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF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R 1、R 2、R 3为固定，R 为电阻应变片，输出电压U =EK ε11）E---电桥转换系数：单臂E= U 0/4 半桥（双臂）E= U 0/2 全桥 E= U 0 4.由10）11）可知：S u 、 U 均与电桥的工作臂数、U o 供桥电压成正比；但U o 供桥电压过大会使应变片的温度变大。
实验一单臂半桥全桥电桥性能实验;实验二直流全桥的应用—电子秤实验
实验一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。
二、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。
三、基本原理：图1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 o= EK ε/4。
四、实验步骤模块联合调零：1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。
传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。
可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=350。
2、根据图(1-1), IC1、IC2、IC4组成第一级典型的三运放仪表放大器，整益G1=R24/R20[1+2R14/w1],其中R16=R24=20K、R18=R20=10K、R14=R15=20K、w1=10K。
w1中串接了200殴的电阻，也就是说当W1为0时放大倍数为G1=1+40000/200=201倍，W1旋转一圈为1K，IC3是第二级反向放大器，整益G2=R22/R17，R22=51K、R17=20K，在IC3的“+”端通过Rw2、R27接入正负电压调节放大器的零点，Rw2=10K、R27=1K。
在应变式传感器的输出端通过W3、R11接入±4V 电压，调节应变式传感器由于4片应变片电阻不对称而引起的输出零点变化,w3=10K、R11=1K。
放大电路总整益G=G1*G2。
电阻应变式传感器实验
③ 用实验仪音频振荡器输出频率为 5KHZ/2Vp-p激励电压，必须从LV插 口输出，作为交流电桥供桥电压。
④ 用示波器的“CH1”接相敏检波器的调制信号输入端“4”，“CH2”接相敏检波器的载波 信号输入端“5”，调整移相器，使其两信号的波形同相，若此时系统输出不为零，重新反 复调整w1,w2及移相器，以确保系统输出为零，且移相器的输出与相敏检波器的输入信号 同相。
R1 R2 R3 R4
R5
RX
R6
R7
RW1
RW2
C
2）差分放大器电路单元
差动放大器也是一个电路模块，它是由集成运算放大器组成的增益可调的 交直流放大器。可以接成同向、反相放大器，增益可达1～100倍。差动放大 器就其功能来说，是放大两个输入信号之差。由于它在电路和性能方面有着 许多的优点，因此成为集成运放的主要组成单元。此差动放大器模块主要由 运放OP-07组成，它的电路原理如图所示：
3、电阻应变式传感器的用途与特点
主要用于：能转化成形变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。其主 要特点是：① 结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；② 灵敏度高，频率
响应特性好，适合于静态、动态测量. ③ 环境适应性好，应用领域广泛。
⑤在应变传感器的托盘上放置一只砝码（20克），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160-200g砝码加完。记下实验结果填入表，关 闭电源。
⑥ 根据实验测量结果，计算出全桥灵敏度S，并作出V—X关系曲线。
重量 交流全桥 （克）
20 40 60 100 120 140 160 180 200
弹
应
性
变
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0.9998，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 =ΔUΔW =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=。
实验一应变片单臂电桥性能实验
实验一应变片单臂电桥性能实验一、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弹性元件的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。
它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。
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（1—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（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—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 (1—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（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—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（1—5）其灵敏度系数为：K=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。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
一、单臂桥、双臂桥、全桥性能比较实验
黄淮学院电子科学与工程系传感器原理及应用课程验证性实验报告实验名称一、应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验实验时间2013年10月30日学生姓名实验地点07318同组人员专业班级电技1001B1、实验目的1、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。
2、了解应变片单臂桥工作特点及性能。
3、了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。
4、了解应变片全桥工作特点及性能。
5、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。
2、实验主要仪器设备和材料：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
3、实验内容和原理：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弹性元件的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。
它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。
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（1—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（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—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 (1—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。
单臂电桥性能实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除单臂电桥性能实验报告篇一：单臂电桥性能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：?R/R?K?式中?R/R为电阻丝电阻的相对变化，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uo1?eK?/4。
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R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上，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应变式传感器安装示意图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的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器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（即模块左上方的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。
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图4、在电子秤上放置一只砝码，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500g（或200g）砝码加完。
电阻式传感器的单臂电桥性能实验
实验一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、实验说明1、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：ΔR/ R＝Kε，ΔR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ΔL/ L。
通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。
2、电阻应变式传感如图1-1所示。
传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。
11─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 O＝EKε，E为电桥转换系数。
图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图三、实验内容1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的±15V和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。
(完整版)应变片单臂电桥性能实验
塔里木大学课程实验报告姆）重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200电阻R4（欧姆）350.82350.81350.80350.78350.77350.75350.74350.72350.71350.69350.682.差分放大器调零算法描述及实验步骤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（1—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（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—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 (1—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（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—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（1—5）其灵敏度系数为：k=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。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。
半导体材料之所以具有较大的电阻变化率，是因为它有远比金属导体显著得多的压阻效应。
在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
传感器实验报告(电阻应变式传感器)
传感器技术实验报告院（系）机械工程系专业班级姓名同组同学实验时间 2014 年月日，第周，星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号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（每只约20g）、、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：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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，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通过这些应变片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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压εk E R RR R R E U 4R 4E 21140=∆⋅≈∆⋅+∆⋅= （1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%10021L ⋅∆⋅-=RR γ。
四、实验内容与步骤1．图1-1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R 1、R 2、R 3、R 4上，可用万用表测量判别，R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。
2．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U i 短接，输出端Uo 2接数显电压表（选择2V 档），调节电位器Rw 3，使电压表显示为0V ，Rw 3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3．将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R 1）接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw 1，直流电源±4V （从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端U i ，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw 1,使电压表显示为零。
应变片单臂桥实验报告
一、实验目的1. 理解应变片的工作原理和特性。
2. 掌握应变片单臂电桥的构成和原理。
3. 通过实验验证应变片单臂电桥的线性度、灵敏度等性能指标。
4. 学习应变片在力学测量等领域的应用。
二、实验原理应变片是一种将机械应变转换为电阻变化的传感器。
其基本原理是，当应变片受到外力作用时，其长度、截面积和电阻率发生变化，从而导致电阻值发生变化。
应变片单臂电桥是利用应变片将机械应变转换为电阻变化，并通过电桥电路放大并转换为电压信号的一种测量方法。
实验中使用的应变片为金属箔式应变片，其电阻值随应变的变化而变化。
单臂电桥电路由应变片、电阻R1、R2、R3和直流电源E组成。
当应变片受到拉伸或压缩时，其电阻值发生变化，导致电桥电路的输出电压发生变化。
三、实验仪器与设备1. 金属箔式应变片2. 单臂电桥电路3. 直流电源4. 数字电压表5. 静态拉伸装置6. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 将应变片粘贴在静态拉伸装置上，确保粘贴牢固。
2. 按照电路图连接应变片单臂电桥电路，将应变片作为电桥的一个桥臂，其余三个桥臂由电阻R1、R2、R3组成。
3. 打开直流电源，调节电源电压至合适值。
4. 使用数字电压表测量电桥输出电压。
5. 逐渐增加拉伸装置的拉伸力，记录应变片电阻值和电桥输出电压的变化。
6. 将实验数据输入计算机，使用数据采集软件进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析1. 线性度分析通过实验数据，绘制应变片电阻值与电桥输出电压的关系曲线。
根据曲线斜率，计算应变片单臂电桥的线性度。
实验结果表明，应变片单臂电桥具有良好的线性度。
2. 灵敏度分析根据应变片电阻值的变化量，计算电桥输出电压的变化量。
根据变化量，计算应变片单臂电桥的灵敏度。
实验结果表明，应变片单臂电桥具有较高的灵敏度。
3. 温度特性分析在实验过程中，对应变片单臂电桥的温度特性进行观察。
实验结果表明，应变片单臂电桥的温度特性较好，输出电压随温度的变化较小。
实验2电阻式传感器单臂桥、双臂桥、全桥比较
实验二金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
一、实验目的：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、原理：（1）不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2。
（2）全桥测量电路中，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，当应变片初始阻值：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、需元件与单元，同实验一
四、实验步骤：同实验一：1）阻值测量；2）差动运放调零；3）电桥调零。
接线图见1-2、1-3
根据实验所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。
阐述理由(注意：实验一、二的放大器增益必须相同)。
图1-2 半桥电路图
图1-3 全桥电路图
五、思考题：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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
图1-4 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图。
电阻式应变式传感器灵敏度特性的研究
实验名称：电阻式应变式传感器灵敏度特性的研究实验原理：略见预习报告实验内容：使用传感器实验仪及其组合装置，研究电阻应变式传感器在单臂、半桥和全桥电路中灵敏度的测量和比较。
实验步骤：1. 熟悉仪器各部件配置、功能和使用方法、操作注意事项等，并观察应变片位置，熟悉仪器上的电桥线路。
2. 作好检查导线和仪器调零后，开始按照下图一连接单臂电桥线路，并检查线路确实无误后接通总电源及单位电源，装上传感器称重托盘准备开始实验。
3. 逐个往托盘上放砝码，并记录输出电压值，放完十个砝码后再逐个取下同时记录一组数据。
4. 更换线路，对半桥线路和全桥线路完成同上操作。
实验数据：单臂电桥/W g 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 上升/V mv 0 13 25 38 51 64 77 89 103 116 129 单臂电桥/W g 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 下降/V mv 129 116 103 90 77 65 52 39 27 13 2 半桥电路 /W g 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200上升/V mv 0 26 51 77 103 129 155 181 206 232 257 半桥电路/W g 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 下降/V mv 257 232 207 181 155 130 104 76 53 27 2 全桥电路/W g 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 上升 /V mv 0 50 100 150 199 250 300 351 401 451 502 全桥电路 /W g 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 下降 /V mv 502 452 403 353 304 254 202 152 102 53 3并作出各组数据图线如下：1212120.6450.6370.641220.002140.002520.00221.288 1.281 1.285220.001940.004110.00322.509 2.499 2.504220.002710.003940.0032k k k k k k k k k k k k ++===+∆=≈++==≈+∆=≈++==≈+∆=≈单单半半全全则单臂电桥线路的灵敏度误差半桥线路灵敏度误差全桥线路灵敏度误差误差分析：0.641:1.285:2.5041:2.004:3.906k k k ==半全单由上数据得：：：124k k k =半全单与理论值：：：：偏差不是特别明显，在考虑应变片受电路产热影响及半桥电路和全桥电路的温度补偿作用后这样偏差是可以接受的。
实验一 单臂电桥性能实验
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，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：式中为电阻丝电阻的相对变化，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O1。
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（主控台上电压表）、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1、检查应变传感器的安装根据图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R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，各应变片初始阻值R1= R2= R3= R4=350Ω，加热丝初始阻值为50Ω左右。
2、差动放大器的调零首先将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针到底（即此时放大器增益最大。
然后将差动放大器的正、负输入端相连并与地短接，输出端与主控台上的电压表输入端Vi相连。
检查无误后从主控台上接入模块电源±15V以及地线。
合上主控台电源开关，调节实验模块上的调零电位器Rw4，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源。
（注意： Rw4的位置一旦确定，就不能改变，一直到做完实验为止）3、电桥调零适当调小增益Rw3（顺时针旋转3-4圈，电位器最大可顺时针旋转5圈），将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的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，其中模块上虚线电阻符号为示意符号，没有实际的电阻存在），按图1-2完成接线，接上桥路电源±4V（从主控箱引入），同图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图时，将模块左上方拨段开关拨至左边“直流”档（直流档和交流档调零电阻阻值不同）。
_应变片单臂电桥性能实验
周康海洋技术1121班学号：201212922132实验一应变片单臂电桥性能实验一、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弹性元件的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。
它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。
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（1—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（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—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(1—3)4）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（1—5）其灵敏度系数为：K=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。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
3、贴片式应变片应用在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。
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。
实验一 电阻式传感器的单臂电桥性能实验
实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验1、实验目的本实验旨在通过单臂电桥测量电阻式传感器的电阻值，了解电桥的基本原理和性能。
2、实验原理电桥是一种可以测量未知电阻的电路。
电桥由四个电阻组成，其中三个为已知电阻，可以通过调节未知电阻的大小来使电桥的两端电势相等，从而测量未知电阻。
为了保证电桥的灵敏度和稳定性，一般要求电桥的比率阻抗为1。
3、实验器材（1）电阻箱（2）电阻式传感器（3）直流电源（4）万用表（5）导线4、实验步骤（1）根据电路图连接电路，其中R1为已知电阻，R2为未知电阻，R3、R4为电阻箱，E为直流电源，V1、V2分别用万用表测量电桥两端的电势差。
（2）打开电源，调节电阻箱上的电位器，使电桥两端的电势差为0。
（3）记录R3、R4中的电阻值，计算未知电阻值R2= R3× （R1+R4）/（R4-R3）。
（4）改变未知电阻的值，重复上述步骤，得出不同未知电阻值下的电势差和电阻值。
5、实验注意事项（1）在连接电路时，要保证接线正确，避免短路或接错。
（2）在调节电桥平衡时，要慢慢调节电位器，避免过度调节。
（3）在测量电势差时，要注意不要接触电桥导线和量程，避免影响测量精度。
6、实验结果与分析根据测量结果，可以得出不同未知电阻值下的电势差和电阻值，通过对比不同电势差下的电阻值和未知电阻的实际电阻值，可以评估电桥的测量精度和稳定性。
7、实验结论本实验通过单臂电桥测量电阻式传感器的电阻值，了解电桥的基本原理和性能。
实验结果表明，通过调节电阻箱的电阻值，可以使电桥达到平衡状态，从而测量电阻式传感器的电阻值。
通过优化电桥的比率阻抗等参数，可以提高电桥的测量精度和稳定性。
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实验一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、实验说明1、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：ΔR/ R＝Kε，ΔR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ΔL/ L。
通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。
2、电阻应变式传感如图1-1所示。
传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。
11─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 O＝EKε，E为电桥转换系数。
图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图三、实验内容1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的±15V和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。
4、按图1-2接线，R1、R2、R3（电阻传感器部分固定电阻）与一个的应变片构成单臂电桥形式。
5、调节平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。
分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U O记入下表中。
表 1-1X(mm) 0U O(mV) 0四、注意事项接线正确，传感器工作范围五、仪器设备电阻应变式传感器、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。
六、思考题1、传感器的输入电压能否从＋5V提高到＋10V？输入电压的大小取决于什么？2、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。
实验二变面积式电容传感器特性实验一、实验目的1、了解变面积式电容传感器的基本结构。
2、掌握变面积式电容及二极管环形电桥的工作原理。
3、掌握变面积式电容传感器的调试方法。
二、实验说明1、实验电路框图如图2-1所示。
电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。
图2-1 电容式传感器实验电路框图2、图2-1中的电容转换电路图如图2-2所示。
图中的信号发生器用于产生方波信号。
电容转换由二极管环形电桥完成，二极管环电桥工作原理如图2-3所示。
固定频率的方波脉冲由A点输入，在方波的上升沿，C0被充电，充电途径是VD3→C0；与此同时，Cx1也被充电，其充电途径是C9→VD5→Cx1。
在方波的下降沿，C0和Cx1都放电，C0的放电途径是C0→VD4→C9；Cx1的放电途径是Cx1→VD6。
由于C9在一个周期内的充电和放电平均电流分别为：I U＝fV P Cx1和I D＝fV P C0，式中f是脉冲频率，V P为方波峰值电压，因此AB间的平均电流I＝I D－I U＝fV P(C0-Cx1)。
从该式中可以看出电容的变化与AB间的电路成正比。
在图2-2中，增加了L1、L2、C10和R6。
L1和L2对高频方波的阻抗很大，而直流电阻很小，与R6一起形成了AB间的直流通路，使充放电流的直流分量得以通过。
C10用作滤波。
这样在R6两端就有与电容变化量成正比的直流电压输出。
图2-2 电容转换电路原理图B图2-3 二极管环形电桥原理图三、实验内容1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示12mm 左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。
然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧。
2、差动放大器调零（参见实验一）。
3、按图2-2接线，将可变电容Cx 1与固定电容C 0接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。
4、接通电源，调节测微器使输出电压U O 接近零，然后上移或下移测微器1mm ，调节差动放大器增益，使输出电压的值为200～400mV 左右，再回调测微器，使输出电压为0mV ，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，将位移量X与对应的输出电压U O记入下表中。
表 2-1X(mm) 0U O(mV) 0四、注意事项接线正确，传感器工作范围五、仪器设备电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
六、思考题本实验的灵敏度和线性度取决于哪些因素？实验三差动式电容传感器特性实验一、实验目的1、了解差动式电容传感器的基本结构。
2、掌握差动式电容传感器的调试方法。
二、实验说明实验电路框图如图3-1所示。
与实验七不同之处在于接入电容转换电路的两个电容都为可变电容，当电容传感器的动极移动时，两个电容的电容量都发生变化，但变化方向相反，这样就构成差动式的电容传感器。
图3-1 电容式传感器实验电路框图三、实验内容按照实验七的步骤进行实验，注意接入电路板的两个电容为Cx1和Cx2。
将实验结果记入下表中。
表 3-1X(mm) 0U O(mV) 0四、注意事项接线正确，传感器工作范围五、仪器设备电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
六、思考题试比较差动式和变面积式两种电容传感器的优劣。
实验四差动变压器的特性实验一、实验目的1、了解差动变压器的基本结构。
2、掌握差动变压器及整流电路的工作原理。
3、掌握差动变压器的调试方法。
二、实验说明1、差动变压器由一个初级线圈和两个次级线圈及一个铁芯组成，当铁芯移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化使次级线圈的感应电势产生变化，一个次级线圈的感应电势增加，另一个则减少，将两个次级线圈反向串接，就可以引出差值输出，其输出电势反映出铁芯的位移量。
2、差动变压器实验电路图如图4-1所示。
23图4-1 差动变压器实验电路图传感器的两个次级线圈(N2、N3)电压分别经UR1、UR2两组桥式整流电路变换为直流电压，然后相减，经过差动放大器放大后，由电压表显示出来。
R1、R2为两桥臂电阻，RP1为调零电位器，R3、R4、C1组成滤波电路，R5为负载电阻，采用这种差动整流电路可以减少零点残余电压。
三、实验内容1、固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上。
调节测微器使其指示12mm左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。
然后调节两个滚花螺母，使铁芯离开底面10mm，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧。
2、差动放大器调零（参见实验一）。
3、按图4-1将信号源的两输出端A、B接到传感器的初级线圈N1上，传感器次级线圈N2、N3分别接到转换电路板的C、D与H、I上，并将F与L用导线连接，将差动放大器与数字电压表连接好。
这样构成差动变压器实验电路。
4、接通电源，调节信号源输出幅度电位器RP2到较大位置，平衡电位器RP1处于中间位置，调节测微器使输出电压接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益使输出电压的值为300mV左右，再回调测微器使输出电压为0mV。
此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，将位移量X和对应的输出电压U O记入下表。
表 4-1X(mm) 0U O(mV) 0四、注意事项接线正确，传感器工作范围五、仪器设备电感式传感器、电感式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
六、思考题分析为什么采用差动整流电路可以减少零点残余电压？实验五光电式传感器的转速测量实验一、实验目的1、了解光电式传感器的基本结构。
2、掌握光电式传感器及其转换电路的工作原理。
3、掌握差动变压器的调试方法。
二、实验说明1、光断续器原理如图5-1所示，一个开口的光耦合器，当开口处被遮住时，光敏三极管接收不到发光二极管的光信号，输出电压为0，否则有电压输出。
图5-1 光断续器示意图图5-2 测速装置示意图2、图5-2为测速装置示意图，其中微型电动机带动转盘在两个成90度的光继续器的开口中转动，转盘上一半为黑色，另一半透明，转动时，两个光继续器将输出不同相位的方波信号，这两个方波信号经过转换电路中的四个运放器，可输出相位差分别为0°、90°、180°、270°的方波信号，它们的频率都是相同的，其中任意一个方波信号均可输出至频率表显示频率。
方波信号经整形电路后可转换为电压信号进行显示。
原理如图5-3所示。
3、微型电动机的转速可调，电路图如图5-4所示，调节电位器RP可输出0～12V的直流电压。
图5-3 光电传感器实验原理图图5-4 电机调速电路图三、实验内容1、固定好位移台架，将光电式传感器置于位移台架上，将传感器上的A、B点与转换电路板上的A、B点相连；转换电路板上的0～12V输出接到传感器上；转换电路的输出U OUT接到数字电压表上；0°输出端接至频率表。
2、接通电源，调节电位器RP使输出电压从最小逐渐增加到最大，观察数字电压表上显示的电压以及频率表上显示的频率的变化情况。
四、注意事项接线正确，传感器工作范围五、仪器设备光电式传感器、光电式传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
六、思考题怎样根据显示的频率换算出电动机的转速？实验六接近式霍尔传感器实验一、实验目的1、掌握开关型集成霍尔传感器及其转换电路的工作原理。
2、了解利用开关型集成霍尔传感器制作接近开关的方法。
二、实验说明1、实验电路如图6-1所示。
电路主要由三部分组成，第一部分是霍尔集成电路，第二部分是触发器，第三部分是两个非门。
当发光二极管亮时，表示有输出信号。
2图6-1 霍尔传感器实验原理图2、对于普通的霍尔接近开关，当磁体靠近时输出状态翻转，磁体离开后状态立即复原。