实验一 项目名称： 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 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应 金属的电阻表达式为：（1）当金属电阻丝受到轴向拉力 F 作用时，将伸长 ，横截面积相应减小 ，电阻率因晶格变化 等因素的影响而改变 ，故引起电阻值变化 对式（1）全微分，并用相对变化量来表示， 则有：（2）式中的为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位（1 =1X ）若径向应变为，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比 表示为 ，因为 =2（ ），则（2）式可以写成：（ 3）式（3）为“应变效应”的表达式 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见， 受两个因素 影响，一个是（1+ ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是 ，是材料的电阻率 随 应变引起的（称“压阻效应”）对于金属材料而言，以前者为主，则，对半导体， 值主要 是由电阻率相对变化所决定实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向 应变成比例通常金属丝的灵敏系数 =2 左右用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下，被测对象表面产生 微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化通过转换电路转换为 相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值 ，而根据应力应变关 系：（ 4）式中 ——测试的应力；E――材料弹性模量可以测得应力值通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为 应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器电阻应变片可分为金 属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片三、 需用器件与单元 传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流 电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件四、 实验内容与步骤1．应变片的安装位置如图 1-1 所示，应变式传感器已装在传感器实验箱（一）上，传感器 中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4,可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350 Q图 1-1 应变式传感器安装示意图2．把 直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的 直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动 放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表， 调节实验模板上调零电位器Rw4,使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。
注意： 当 Rw3 的位置一旦确定，就不能改变图 1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3. 按图1-2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模块内已接好)，接好电桥调零电位器 Rwl,接上桥路电源±5V,如图1-2所示检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节 Rwl,使直流电压表显示为零4. 在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后每次增加 一个砝码并读取相应的测量值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源表 1-1 单臂电桥输出电压与所加负载重量值重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)4814192329333842 475. 根据表1-1计算系统灵敏度(输出电压的变化量，重量变化量)和非线性误差§ f1= Am/yFS X100%式中(多次测量时为平均值)为输出值与拟合直线的最大偏差：yFS满 量程输出平均值,此处为200g解：S=200/47=4.225 6 f1= A m/yFS X 100 % =2/200 X 100 %=1 %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。
答：应选用正应变片六、实验报告要求1. 记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线2. 从理论上分析产生非线性误差的原因答：产生非线性误差的原因：电阻变化率AR/R不可能完全成线性增加实验一 项目名称： 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验四、 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五、 基本原理金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应 金属的电阻表达式为：(1)当金属电阻丝受到轴向拉力 F 作用时，将伸长 ，横截面积相应减小 ，电阻率因晶格变化 等因素的影响而改变 ，故引起电阻值变化 对式(1)全微分，并用相对变化量来表示， 则有：( 2)式中的 为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位(1 =1X )若径向应变为，电阻丝的 纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比 表示为 ，因为 =2( )，则(2)式可以写成：( 3)式(3)为“应变效应”的表达式 称金属电阻的灵敏系数，从式(3)可见， 受两个因素 影响，一个是（1+ ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是 ，是材料的电阻率 随 应变引起的（称“压阻效应”）对于金属材料而言，以前者为主，则，对半导体， 值主要 是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向 应变成比例通常金属丝的灵敏系数 =2 左右用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上在外力作用下，被测对象表面产生 微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化通过转换电路转换为 相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值 ，而根据应力应变关 系：（4）式中 ——测试的应力；E――材料弹性模量可以测得应力值通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为 应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器电阻应变片可分为金 属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片六、 需用器件与单元 传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流 电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件四、实验内容与步骤1．应变片的安装位置如图 1-1 所示，应变式传感器已装在传感器实验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4,可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350 Q图 1-1 应变式传感器安装示意图2．把 直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的 直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动 放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表， 调节实验模板上调零电位器Rw4,使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。
注意： 当 Rw3 的位置一旦确定，就不能改变图 1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3. 按图1-2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模块内已接好），接好电桥调零电位器 Rw1，接上桥路电源±5V，如图1-2所示检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节 Rw1，使直流电压表显示为零4. 在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后每次增加 一个砝码并读取相应的测量值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源五、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、负应变片均可以答：应选用正应变片一、 实验目的了解全桥测量电路的原理及优点二、 基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：Rl = R2=R3=R4，其变化值AR1=AR2=AR3=AR4时，其桥路输出电压U03=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明显改善三、需用器件和单元 传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压 表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。
四、实验内容与步骤1．根据图3-1 接线，实验方法与实验二相同将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性 误差计算表 3-1 全桥输出电压与加负载重量值重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200电压（mv） 16 31 47 63 79 94 110 126 142 158全桥时传感器的特性曲线图 3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1. 不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器2. 电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V六、思考题1. 全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1 HR2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以图 3-2 应变式传感器受拉时传感器周面展开图 答：不可以2. 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，是否需要外加电阻答：将这两组应变片分别按照两个不同的方向贴在棒材上面就可以了，然侯利用不同的两组 测量值就可以组成一个全桥电路，进而获得测量结果，无需再引入外界电阻实验二 项目名称： 直流全桥的应用——电子秤实验一、 实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
二、 基本原理 电子秤实验原理与实验三相同，利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为 重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤三、 需用器件和单元 传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电 压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源四、 实验内容与步骤1. 按实验一中的步骤2，将差动放大器调零，按图3-1 全桥接线，打开直流稳压电源开关， 调节电桥平衡电位器Rw1,使直流电压表显示为零2. 将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3 （增益即满量程调节）使直流 电压表显示为0.200V或-0.200V3. 拿去托盘上的所有砝码，调节电位器Rw1 （零位调节）使直流电压表显示为0.000V4. 重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g,就可以称 重，成为一台原始的电子秤5. 把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1表 4-1 电桥输出电压与加负载重量值重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160180 200电压（mv） 20 40 60 80 100 120 140 160180 2006. 根据上表，计算误差与非线性误差。
误差：0% 非线性误差：0%五、实验注意事项1. 不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器2. 电桥的电压为±5V,绝不可错接成±15V六、实验报告要求1. 记录实验数据，绘制传感器的特性曲线2. 分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采 。