金属箔式应变片性能实验报告

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。

（5）——往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V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：

（6）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F ／V表显示的电压相应变化）。

(7) 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，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复（5）过程同样测得读数，填入下表：

实验结果及分析：

单臂电桥结果：

位移（mm）-1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5

电压（mv）-0.057 -0.044 0.012 0.025 0.036

灵敏度计算：电压变化的平均值=0.013mv

S=ΔV／ΔX=0.026mv/mm

结果分析：半桥的灵敏度是单臂电桥灵敏度的2倍。

实验中的注意事项及实验感想、收获或建议等：

注意事项：1）为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小，差动放大增益，此时差动放大器不必重调零

2）做此试验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。

3）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。

思考题：

1.为什么R3和R4的工作状态要相反?若相同,其输出电压将会是多少?

单臂电桥存在非线性误差，R3和R4工作状态相反，两个电阻的增量相互抵消，可以补偿非线性误差。若相同时，输出电压将为0。

2.比较单臂、半臂的灵敏度、稳定性并说明原因。

半臂的灵敏度是单臂的两倍，半臂的稳定较好，因为具有温度补偿作用。

3.电桥的灵敏度与什么因素有关？如何用电桥特性来提高灵敏度和消除不利因素的

影响？

电桥灵敏度与检流计的电流灵敏度Si成正比；与电源的电动势E成正比；与电源内阻r和串联限流电阻RE之和有关；与检流计内阻和串联限流电阻RG之和有关。

4.测量时，电桥不平衡会对测量产生什么影响，为什么每次测量前要重新检查平衡？

会导致无应变时输出电压不为零。因为如果应变片发生变形将导致测量错误。

检查平衡是为了消除实验仪器造成的误差，减小线性误差。