电阻应变式传感器灵敏度特性的研究

电阻应变式传感器灵敏度特性的研究
实验内容：
1.按下图将金属箔式应变片电阻接成单臂电桥电路，测量灵敏度/S V W =∆∆。

图 （一）
2.按下图将金属箔式应变片电阻接成半桥电桥电路，测量灵敏度/S V W =∆∆。

图（二）
3.按下图将金属箔式应变片电阻接成全桥电桥电路，测量灵敏度/S V W =∆∆。

图（三）
4.比较以上三种电路的灵敏度之间的关系。

实验步骤：
1.检查导线有无断路导线的变化会不会引起电压表示数的变化。

2.对差动放大器进行调零。

3.按图（一）所示接好单臂电桥电路，接通主、副电源。

4.调节W D使电路平衡（输出电压U0=0）。

5.在托盘上逐次增加一个砝码，并记下每次输出电压的读数，直到砝码全部加完。

6.在托盘上逐次减少一个砝码，并记下每次输出电压的读数，直到砝码全部减完。

7.拆掉接线，按图（二）连成半桥电路，重复4、5、6步操作.
8.拆掉接线，按图（三）连成全桥电路，重复4、5、6步操作.
9.9.作V-W关系曲线，计算三种电路的灵敏度S，并比较。

数据处理：
一、单臂电桥：
（1）所测数据如下表：
作输出电压与锁甲中午之间的关系图：
由图可知：v/kg 610.0=增
s ，v/kg 605.0=减s 。

v/kg 608.02
s =+=减增s s
分析：由图可知，砝码增加时的灵敏度比砝码减少时的灵敏度高。

在读取减砝码时的数据时发现，砝码越少，数据与加砝码时差别越大，原因可能是由于旧机器使用时间长，设备老化，在拿掉砝码时，应变片的形变没有彻底恢复到放砝码前，仍有较大形变。

二、半桥电路
（1）所测数据如下：
（2）作输出电压与锁甲中午之间的关系图：
由图可知：V/kg 160.1=增
s ，V/kg 200.1=减s 。

v/kg 180.12
s =+=减增s s
分析：从图中得到加砝码是的灵敏度比减砝码时的灵敏度小。

造成这种现象的原因可能是电路不是很稳定导致增减砝码时的灵敏度不一样，不过两者相差很小，可以接受。

三：全桥电路：
（1）所测数据如下：
（2）作输出电压与锁甲中午之间的关系图：
由图可知：V/kg 210.2=增
s ，V/kg 310.2=减s 。

v/kg 260.22
s =+=
减
增s s 分析：从图中得到加砝码是的灵敏度比减砝码时的灵敏度小。

造成原因与二相同。

实验分析：
一、比较W 上升阶段单臂、半桥和全桥的灵敏度
由图可得：V/kg 610.0=单
s ，V/kg 160.1=半s ，V/kg 210.2=全s 。

可知S 3〉S 2〉S 1，即全桥电路的灵敏度最高，单臂电桥的灵敏度最低
与理论值S 3=2 S 2=4S 1很好地吻合，这是因为应变片越多，可以去除非线性误差以及作温度补偿。

二、比较W 下降阶段单臂、半桥和全桥的灵敏度：
由图可得：V/kg 605.0=单
s ，V/kg 210.1=半s ，V/kg 310.2=全s 。

可知S 3〉S 2〉S 1，即全桥电路的灵敏度最高，单臂电桥的灵敏度最低。

76.3:96.1:1s s s =全半单：：与理论值S 3=2 S 2=4S 1基本吻合，这是因为应变片越多，可以去
除非线性误差以及作温度补偿。

误差分析：
1.系统误差：
（1）单臂电桥的输出电压0U 并不是与11/R R ∆成严格的线性关系，有非线性误差
11
11
/1/R R n R R ∆∆=
++∆。

（2）全桥电路的输出电压0U 也不是与11/R R ∆成严格的线性关系，在推导式子的过程中忽略了高阶微小量。

2.读数误差：
（1）线路的松动会导致电压不稳定，这时读数就存在了估读，从而引起了一定的误差。

（2）加上砝码后，读数不能太快，由于滞后效应，电压显示值在突变之后还会发生微小的变化，应等读数稳定了以后再读，否则会导致读数不准确。

思考题：
2．在许多物理实验中（如拉伸法测钢丝杨氏模量，金属热膨胀系数以及本实验）加载（或加热）与减载（降温）过程中对应物理量的变化有滞后效应。

试总结他们的共同之处，提出解决方案。

答：这三个实验中，在加载（加热）的过程中变化比较稳定，但在减载（降温）的过程中，变化不稳定，又是比较缓慢，有时比较剧烈。

我认为要解决这种滞后效应，应该见少每次的变化量，即每次加载减载的重量减少，加热和降温过程加长，让这一过程变得缓慢。

这样便可以尽量减少滞后效应带来的影响。

实验总结：
这个实验比较简单，只是接线比较麻烦，在测量时除了滞后效应的影响外，有时读数会不停的变，会使得我读得不是很准，可能会略影响实验的结果。

但总体来说，本次试验还是比较成功的。

实验心得：
1.实验中出现了这样一种情况，导线接好后，如果用手去碰导线，电压的示数会发生显著
的变化，这是因为在电桥的输出电压很小的情况下，手或其他物品与导线的接触电压就不能忽略了，相反它对输出电压有着很大的影响。

因此在调完电桥平衡后，不要再碰导线了，否则又要重新调电桥平衡。

2.接线前一定要先检查导线有无损坏，否则后面的实验都难以进行。

3.接线时要以点为基准连线，避免接线时易出错。

4.不可跨点连线，虽然这种接法理论上是正确的，但实际表明，它对实验的结果有较大影
响。