实验一 应变片单臂、半桥、全桥实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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Uo= EKε/4。
半桥测量电路中，不同受力方向的两只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。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U o＝EKε／2。
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ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，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。
其桥路输出电压U o＝KE ε。
三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘砝码。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的5 个电阻符号下面是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用表2K 电阻档进行测量判别。
应变片实验报告
传感器实验----金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较【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、全桥的性能及相互之间关系。
【所需单元及部件】直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压/频率表、电源, 重物加在短小的圆盘上。
【旋钮初始位置】直流稳压电源打到±2V 挡，电压/频率表打到2V 挡，差动放大增益最大。
【应变片的工作原理】当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。
设有一根长度为L 、截面积为S 、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为（1-1）当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长ΔL ，横截面积相应减小ΔS ，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔR 。
对式（1－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有:ρρ∆+∆-∆=∆S S L L R R （1-2） 【测量电路】应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。
通常金属电阻应变片灵敏度系数K 很小，机械应变一般在10×10-6～3000×10-6之间，可见，电阻相对变化是很小的。
例如，某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变101000⨯=ε-6，应变片的电阻值为Ω120，灵敏度系数K=2,则电阻的相对变化量为⨯⨯==∆10002εK RR10-6=0.002，电阻变化率只有0.2%。
这样小的电阻变化，用一般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化。
最常用的电路为电桥电路。
（a ）单臂 （b ）半桥 （c ）全桥图1-1 应变电桥直流电桥的电压输出当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以，可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥以电压的形式输出。
输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为U R R R R R R R R U ))((432142310++-=（1-3）设电桥为单臂工作状态，即1R 为应变片，其余桥臂均为固定电阻。
实验一应变片：单臂、半桥、全桥比较
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。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。
旋钮初始位置：2V挡，F/V表打到2V挡，差动放大增益最大。
实验步骤：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，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和一片补偿应变片，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。
根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
R x= R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V挡，F／V表置20V挡。
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挡，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。
图１3．将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（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。
4．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。
建议电桥平衡网络差动放大器直流电压表每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：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）。
5．实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
注意事项：1．电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验本实验旨在通过测试金属箔式应变片的不同结构（单臂、半桥、全桥）对应变的检测效果进行比较。
实验采用了五个不同力值的负载，并通过相应的电桥电路将应变信号转化成电压信号进行读数。
实验过程中，我们首先制备了三种不同结构的金属箔式应变片。
单臂应变片的结构只有一个箔片悬挂在支架上，一端连接到外接电路中，另一端用隔绝材料与支架接触。
半桥应变片由两个箔片组成，一端紧贴在支架上，另一端则悬挂在外接电路中。
全桥应变片则是由四个箔片组成的，互相垂直组成一个正方形，四个角分别连接外接电路。
制备完成后，我们将三种结构的应变片依次进行了负载实验。
实验结果显示，三种类型的应变片在不同力值下的电压变化情况基本类似，但不同结构之间仍存在着一定差异。
在相同情况下，半桥和全桥应变片的电压输出量均高于单臂应变片。
当负载力值增大时，差别也更加明显。
数据分析后，我们认为这是由于半桥和全桥结构的电桥电路更为复杂，能够更好地抵消环境中的噪声影响，从而提高了测量精度。
在实验中，我们还发现了一个问题，即金属箔式应变片在不同应变方向下的电性能并不相同。
我们在测试中对金属箔的垂直方向和水平方向分别进行了测试，结果表明，垂直方向的应变片输出电压更稳定、更大。
我们分析认为，这是因为垂直方向对应的应变载荷更加均衡，能够更好地发挥应变片本身的性能。
总的来说，本实验通过比较不同结构的金属箔式应变片，揭示了应变载荷和电桥电路复杂性对应变检测的影响。
这有助于我们在实际测量和应用中更好地选择和使用相应的结构来满足不同的检测需求，提高测量精度和可靠性。
实验一应变片
课程 传感器原理及应用 学号 姓名 成绩 实验名称 实验一 单臂、半桥、全桥应变片特性实验 一、实验目的：了解电阻应变片的应变效应；比较单臂、半桥、全桥应变片的灵敏度；掌握数据处理的方法。
二、实验原理：图1为全桥应变片特性实验电路，平衡时，R 4R 2=R 1R 3，电压表指示为0。
当应变片受力时，应变电阻的阻值将会发生变化，即：R 4+∆R 、R 2+∆R 、R 3-∆R 、R 1-∆R ，此时电桥不平衡，电压表有指示，将应力转换成电压。
为了克服桥臂电阻不一致形成的误差，设置了W 1和r 的调零环节。
当R 1、R 2为普通电阻时，实验电路为半桥应变电路，其输出电压是全桥的一半。
当R 1、R 2、R 3均为普通电阻时，实验电路为单臂应变电路，其输出电压是半桥的一半。
三、实验设备：传感器实验箱1台、20克砝码10个、连接线若干。
四、实验预习要求：复习教材中应变式传感器章节。
五、实验步骤 1、实验箱通电预热。
2、将差分放大器模块的同相输入端V +和反相输入端V -均接地，输出端接实-4V +4V图1R 1 R 2R 3R 4rW 1验箱的电压表，调节“调零”电位器，使差分放大器模块输出为零。
“增益”电位器顺时针调到最大后再逆时针回调半圈。
3、将图1接成单臂应变电路，调节平衡电位器“W 1”，使电压表指示最小。
4、将10个20克的砝码依次放在应变梁托盘上，将电压表的示值填入表1。
5、将图1接成半桥应变电路，调节平衡电位器“W 1”，使电压表指示最小，按步骤4的要求完成表1的内容。
6、按图1全桥应变电路，调节平衡电位器“W 1”，使电压表指示最小，按步骤4的要求完成表1的内容。
7、按表1的原始数据分别进行数据处理：（1）作应力/电压特性图；（2）计算电压灵敏度WUK ∆∆=，其中U ∆为输出电压平均变化量，W ∆为重量变化量；（3）用平均选点法拟合直线bx a y +=，其中1212x x y y b --=，22b a -==11b -，而5511∑==i iUy ，5511∑==i iWx ，51062∑==i iUy ，51062∑==i iWx 。
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）。
实验一应变片单臂、半桥、全桥实验,[教材]
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实验一金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥性能实验写报告时:实验一图1-1不用画, 1-2至1-4画其中之一就行.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。
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，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
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。
全桥测量电路中其桥路输出电压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、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、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板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，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 应变式传感安装示意图2、接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器R w3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数显表电压输入端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)。
关闭主控箱电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的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R w1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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 Uo= EKε/4。
半桥测量电路中，不同受力方向的两只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。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U o＝EKε／2。
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ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，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。
其桥路输出电压U o＝KEε。
三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘砝码。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的5 个电阻符号下面是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用表2K 电阻档进行测量判别。
应变片单臂半桥全桥性能比较实验
应变片全桥性能实验4保持在单臂 实验壮态不变的情况下：
• 半桥实验的电压表读数是单臂实验电压表 读数的两倍。
• 全桥实验的电压表读数是半桥实验电压表 读数的4倍。
实验报告
• A.在一个座标中根据实验数据描绘单臂、 半桥、全桥实验的曲线。
(a) 丝式应变片
应变片结构图
(b) 箔式应变片
（a）单臂
（b）半桥 应变片测量电路
（c）全桥
应变片测量原理图
• 在差动放大器增益相同的情况下：半桥电压表读 数是单臂的两倍，全桥电压表读数是单臂的四倍。 因此在整个实验过程中都要保持放大器增益不变。
• 单臂：在应变片测量原理图中R1、R2、R3为固 定电阻，RX为金属箔式应变片。
• 半桥：在应变片测量原理图中R1、R2、为固定电 阻，R3、RX为金属箔式应变片。R3与RX符号相 反。
• 全桥：在应变片测量原理图中R1、R2、R3、RX 全为金属箔式应变片。全桥实验时图中四个电阻 均为金属箔式应变片，接线时两相邻的应变片的 位置符号相反，对应位置的应变片符号相同。
实验步骤：
中。 • 4、关闭电源，取下法码。
应变片单臂电桥实验接线示意图
半桥实验：
• 1、按图接线。 • 2、用RW1调零(增益RW3和放大器调
零RW4保持在单臂实验壮态不变) 。 • 3、依次放法码读取数据填于表中。 • 4、关闭电源，取下法码。
应变片半桥实验接线示意图
全桥实验：
• 1、按图接线。 • 2、用RW1调零(增益RW3和放大器调
• B.说明单臂、半桥、全桥实验的曲线 的斜率为什么不同。
• • 差动放大器调零接线示意图
单臂半桥全桥实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过单臂、半桥和全桥电路的搭建与实验，加深对电阻应变片工作原理和应变测量方法的理解，掌握应变片在单臂、半桥和全桥电路中的性能特点，以及如何根据实际需求选择合适的电路结构。
二、实训内容1. 单臂电路搭建与实验（1）搭建单臂电路：将电阻应变片接入电路的一臂，其余三臂接入固定电阻。
（2）实验步骤：①调整电路参数，确保电路正常工作；②施加不同拉力，观察应变片电阻变化；③测量应变片电阻变化量，计算应变值。
2. 半桥电路搭建与实验（1）搭建半桥电路：将电阻应变片接入电路的两臂，其余两臂接入固定电阻。
（2）实验步骤：①调整电路参数，确保电路正常工作；②施加不同拉力，观察应变片电阻变化；③测量应变片电阻变化量，计算应变值；④比较单臂和半桥电路的输出电压，分析电路性能差异。
3. 全桥电路搭建与实验（1）搭建全桥电路：将电阻应变片接入电路的相邻两臂，其余两臂接入固定电阻。
（2）实验步骤：①调整电路参数，确保电路正常工作；②施加不同拉力，观察应变片电阻变化；③测量应变片电阻变化量，计算应变值；④比较单臂、半桥和全桥电路的输出电压，分析电路性能差异。
三、实验结果与分析1. 单臂电路实验结果与分析通过实验发现，单臂电路在受力时，电阻应变片的电阻变化量较小，导致输出电压变化较小。
因此，单臂电路的灵敏度较低，不适用于精度要求较高的应变测量。
2. 半桥电路实验结果与分析实验结果表明，半桥电路在受力时，电阻应变片的电阻变化量较大，导致输出电压变化较大。
与单臂电路相比，半桥电路的灵敏度有所提高，但仍然较低。
3. 全桥电路实验结果与分析实验结果显示，全桥电路在受力时，电阻应变片的电阻变化量最大，导致输出电压变化最大。
与单臂和半桥电路相比，全桥电路的灵敏度最高，适用于精度要求较高的应变测量。
四、结论1. 单臂、半桥和全桥电路均适用于电阻应变片的应变测量，但灵敏度不同。
其中，全桥电路的灵敏度最高，适用于精度要求较高的应变测量。
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 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 Uo= EKε/4。
半桥测量电路中，不同受力方向的两只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。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U o＝EKε／2。
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ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，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。
其桥路输出电压U o＝KEε。
三、需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘砝码。
四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片，没有文字标记的5 个电阻符号下面是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。
传感器中的4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。
传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小，可用四位半数显万用表2K 电阻档进行测量判别。
单臂半桥全桥传感器实验报告
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：AR/R= K£,式中AR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，&=A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 oi= EK £ /4图1-1应变式传感器安装示意图三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器-电子秤、砝码、数显表、±5V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（电子秤）已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1 = R2 = R3 = R4 = 350Q，加热丝阻值为50Q左右2.接入模板电源±5V （从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器R W3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，输出端与主控台面板上数显表电压输入端V i 相连，调节实验模板上调零电位器 R W4，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（注意：当R w3、R w4的位置一旦 确定，就不能改变。
一直到做完实验三为止）。
3•将应变式传感器的其中一个电阻应变片 R1 （即模板左上方的R1）接入电桥 作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接 好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V （从主控台引入），此时应将±4地与 ±5地短接。
试验一单臂电桥半桥和全桥的比较
实验一单臂电桥、半桥和全桥的比较实验目的：了解金属箔片式应变片，验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬梁称重传感器、砝码、应变片、F/V表、主、副电源实验原理与公式：(1)单臂电桥平衡条件：R1R4 = R2R3输出电压：E RUU°4 R灵敏度：2 E4(2)半桥平衡条件：R i R4 = R2R3输出电压：- E RUU T盲灵敏度：2 E2(3)全桥平衡条件：R i R4 = R2R3输出电压：UUo E R灵敏度：K u—E旋钮初始位置：直流稳压电源拨到2V档，F/V表拨到2V档，差动放大器增益旋钮调到最大。
实验步骤：(1)了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下两片梁的外表面各贴两片应变片。
(2)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；调节差动放大器的增益旋纽到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。
(3)根据下图，R i、R2、R3为电桥的固定电阻；R4= Rx为应变片。
将稳压电源的切换开关置4v档，FN表置20v。
开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W i, 使FN表显示为零，等待数分钟后将F/V表置2v，再调节电桥W i (慢慢调)使FN 表显示为零。
(4)在传感器的托盘上放上一只砝码，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。
表1(5)保持放大器增益不变，将固定电阻R3换为与R x(R4)工作状态相反的另一应变片，即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节电桥的W i使FN表显示为零，重复(4)过程同样测得读数，填入表2。
表2(6)保持差动放大器增益不变，将R i, R2两个固定电阻换成两片受力应变片, 组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反的原则即可，否则相互抵消没有输出电压。
应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 PDF
应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 PDF应变片是一种常见的测量物体应力和形变的传感器。
在应变片的设计中，有许多不同的电路类型可供选择，包括单臂电路、半桥电路和全桥电路。
这些电路类型各有其优缺点和适用范围。
本文将对这三种电路类型的性能进行比较和评估。
一、单臂电路（Half-Bridge Circuit）单臂电路是一种简单的电路，由一个应变片和一个固定电阻组成。
与其他电路类型不同，单臂电路仅使用一个应变片。
该电路由于只使用一个应变片，所以成本较低。
但是，由于只使用了一个应变片，该电路的灵敏度较低。
由于单臂电路仅使用一个应变片，因此，它对环境干扰、传感器器件不一致性等因素的影响较大。
半桥电路使用两个应变片和一个电阻器。
半桥电路具有较高的灵敏度和准确性。
在半桥电路中，两个应变片使用不同的电路连接方式，这样可以消除环境干扰和传感器器件的不一致性。
同时，半桥电路具有更广泛的工作范围及更高的信号强度，其成本也仅仅是全桥电路的一半。
然而，半桥电路仍然存在一些缺点。
例如，在半桥电路中，两个应变片必须有足够的机械稳定性来保持一致。
此外，半桥电路也无法识别的方向性，因此在环境干扰方面仍具有一定的局限性。
全桥电路由四个应变片和多个电阻器构成。
全桥电路具有很高的灵敏度和准确性，其能够识别的方向性，可以大幅度消除环境干扰和传感器器件不一致性。
此外，全桥电路还具有更广泛的应用范围和更高的精度。
但是，全桥电路成本较高，且其需要更加精确的电路设计和安装。
全桥电路还更加依赖制造工艺，并且在应变片不是完全相同的情况下，将无法实现准确的测量。
总的来说，在现实应用中，选择电路类型应该综合考虑各方面因素。
对于成本要求不高，且精度要求较低的场合，可以选择使用单臂电路。
对于对精度和准确性有要求的场合，可以选择半桥电路。
而对于精度要求较高的场合，应该选择高成本的全桥电路。
实验一应变片：单臂、半桥、全桥比较
实验一应变片：单臂、半桥、全桥比较本次实验中，我们使用了三种不同类型的应变片：单臂应变片、半桥应变片和全桥应变片。
这些应变片都是用于测量材料的应变变化。
应变片可以将应变变化转化为电信号，用于测量物体的应变状态。
通过本次实验，我们将比较这三种不同类型的应变片的性能。
单臂应变片是最基本的应变片类型，它由一个被电焊在试件上的直线形变感应器组成。
当试件发生应变时，直线形变感应器的电阻值也会随之发生变化。
单臂应变片可以提供与应变成正比的电压信号。
在实验中，我们使用单臂应变片来测试试件的应变变化。
半桥应变片由两个被电焊到试件表面的直线形变感应器组成，形成了一个不完整的电路。
当试件发生应变时，其中一个感应器的电阻值会增加，而另一个感应器的电阻值会减少，从而产生电压差。
半桥应变片可以提供比单臂应变片更高的灵敏度和更稳定的输出信号。
在这次实验中，我们在手动加载的条件下使用三种不同类型的应变片来测量试件的应变变化。
在单臂应变片和半桥应变片的情况下，我们可以很容易地得到试件的应变变化。
然而，在使用全桥应变片时，需要进行更复杂的电路连接和校准过程才能得到准确的测量结果。
总的来说，单臂应变片是最简单的应变片类型，但其灵敏度和稳定性较低。
半桥应变片具有更高的灵敏度和稳定性，但需要更复
杂的电路连接。
全桥应变片是最灵敏、最稳定和最准确的应变片类型，但也需要最复杂的电路连接和校准过程。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体案例来选择适当的应变片类型。
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）。
应变片单臂、半桥、全桥性能实验
（b）双臂(半桥) 同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE
（c）全桥 同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE
6、箔式应变片单臂电桥实验原理图
• 图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻，R1为应变片； • RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源±4V。 • 桥路输出电压 • Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE • 差动放大器输出为Vo。
4、箔式应变片的基本结构
• 金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基 板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成
(a) 丝式应变片
(b) 箔式应变片
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，与丝式应变片工作原理相同。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。
应变片单臂、半桥、全桥性能实验
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。
• 了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。 • 了解应变片全桥工作特点及性能。 • 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。
基本Байду номын сангаас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。
• 关闭主机箱电源，按示意图接线，将±2V～±10V可调电源调 节到±4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验 模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在 传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中 心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表2 。
实验一 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
实验步骤：1、应变式传感器已装于设备顶板右侧，传感器中各应变片已接入设备顶板左下侧的“应变力传感器”标志端，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。
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；差动放大器增益旋至最大。
开启主电源；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，关闭主电源。
3、根据图5接线。
R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；R4=R x为应变片。
将稳压电源的切换开关置±4档，F/V表置20V档。
开启主电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V 表显示为零，等待数分钟后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。
如数值不稳定，请减小差动放大器增益。
4、在传感器托盘上放上一只砝码，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表一。
根据所得结果计算系统灵敏度S=∆V/∆W，并作出V-W关系曲线，∆V为电压变化率，∆W为相应的重量变化率。
5、保持放大器增益不变，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，调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入表二。
6、保持差动放大器增益不变，将R1、R2两个固定电阻换成另两片受力应变片，组桥时只要对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节电桥W1同样使F/V表显示零。
重复（3）过程将读出数据填入表三。
7、在同一坐标系上描出X-Y曲线，比较三种接法的灵敏度。
图5。
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实验一金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥性能实验
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。
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，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
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。
全桥测量电路中其桥路输出电压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、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、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板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R
2、R
3、R4。
加热丝也接于模板上，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 应变式传感安装示意图
2、接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开
关，将实验模板调节增益电位器R w3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数显表电压输入端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)。
关闭主控箱电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的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R w1，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R w1，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、在电子称上放置一只砝码，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。
记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
5、根据图1-3接线。
R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。
接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器R w1进行桥路调零。
重复步骤4。
6、根据图1-4接线。
R1、R2为实验模板左上方应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。
接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器R w1进行桥路调零。
重复步骤4。
7、根据表1-1计算单臂系统灵敏度S，S=Δu/ΔW(Δu输出电压变化量；ΔW重量变化量)计算线性误差：δf1=Δm/y F·S×100%式中Δm为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差：y F·S满量程输出平均值，此处为500g 或200g。
计算半桥、全桥系统灵敏度、非线性误差。
图1-3 应变片传感器半桥实验接线图
表1-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值
五、思考题：
1、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、负应变片均可以。
2、半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：(1)对边(2)邻边。
3、桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性(2)应变片应变效应是非线性的(3)调零值不是真正为零。
4、全桥测量中，当两组对边(R1、R3为对边)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。
5、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。