应变片的原理、特性、电路和应用

直流应变电桥和直流应变电桥——振幅和重量的测量

作者：头铁的小甘

实验目的：了解金属箔式和半导体式应变片的结构和原理

掌握单臂、双臂和全臂工作过应变电桥的原理和工作情况

了解直流应变电桥测量振幅和重量的原理和方法

实验仪器：直流稳压电源、电桥、金属箔式应变片、半导体应变片、差动放大器、测微头、V/F表低频振荡器、激振器ΙΙ、环形砝码、待测重物、示波器

实验原理：金属式电阻变化量随形状变化如下式所示

其中R为电阻，l,S,ρ分别为金属长度，金属横截面积，和金属电阻率，设ε为金属应变，由于金属圆柱横截面积与其长度有关，

其中μ称为泊松比，

金属材料的电阻率相对变化和体积的相对变化有下面的关系

对于半导体材料由于具有压阻效应，沿着半导体材料某个轴向施加一定的力二产生应变时，他的电阻率发生变化的现象。

σ为作用在材料某个轴向上的应力，π为半导体材料在受力方向上的压阻系数，再加上形状变化引起的电阻变化

平衡电桥式接法。如下图所示，在一个电桥电路中，我们以a作为标准，其中b,c称为a的邻臂，而d称为他的对臂，在平衡电桥电路方程中，对臂的极性相同，与邻臂极性相反，他们满足方程

下面三图中以中间的图形为例，这个电路称为双臂电桥电路，其中，a,b两个应变片电阻相对变化相反，c,d则是平衡电阻，因此左图表示单臂接法，中间的为双臂接法，右图为全臂接法。

经过简化之后，输出电压可以表示为

由于在R》ΔR，所以得到上面的简化式子，而б为二次项及以上的忽略误差。

实验内容：1.接通总电源及差动放大器的电源，将差动放大器两输入端和地端连接短路调零，并且将放大器输出端连接V/F表，把放大增益调到最大，调整差动放大器上的调零旋钮，使表头指示为零。

2.关闭总电源，并且按图（A）连接线路，其中R1,R2,R3为平衡电阻，R4为金属箔式应

变片，调节RW的值使得输出为0

3.打开总电源，把砝码加到测量横梁的圆形平台上，每次增加一个砝码，记录所加砝码

的总质量和差动放大器的输出端接到V/F表上的读数。

4.用一个差模变化的金属箔式应变片代替其中一个平衡电阻，构成双臂工作电路，调整

RW使得输出为0的初始状态，并重复3中的操作。

5．把所有的平衡电阻用过金属箔应变片替代并且构成全臂工作电路，调整RW使得输出为0的初始状态，重复3的测量

6.将半导体应变片替代金属箔式应变片，分别构成单臂和全臂工作电路，调整RW使得

输出为0的初始状态，分别重复3的测量。

7保持半导体应变片双臂工作电路不变，然后下图接线，打开激振器的开关，选取方式二，将其输出接到V/F表，并选取F档，测量振动的频率，把低通滤波器输出接到示波器的通道，观察低通滤波器的输出波形，并改变振动频率（5，10，15，20，25HZ），记录下不同振动频率下的V PP值，并画图分析

实验要求：画图分析，找出金属箔式应变片的工作电路的灵敏度，半导体应变片的灵敏度。并找到半导体应变片的振幅----频率特性

数据处理：1直流金属箔式应变片称重

1. 半导体应变片的称重和幅频特性曲线

幅频特性曲线：