金属箔式应变片性能实验报告

实验报告

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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。

（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，Δ

V 图1金属箔式应变片性能—单臂电

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：

度计

算：

电压变化的平均值=

S=ΔV／ΔX=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。