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1、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：RRK，式中 R R 为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数，=l/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Uo1= 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
2、传感器电子秤、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（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 R4350，加热丝阻值为50 左右。2接入模板电源 15V（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RW3 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1电压输入端 V i 相连，调节实验模板上调零电位器 RW4 ，使数显表显
3、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 Rw3、Rw4 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RW1，接上桥路电源 4V（从主控台引入），此时应将 4 地与15 地短接。如图 1-2 所示。检查接线无误后， 合上主控台电源开关。 调节 RW1，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
4、到 200g（或 500 g）砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表 1-1 单臂电桥测量时，输出电压与加负载重量值重量 (g)电压 (mv)204060801001201401601802004813182227323741465根据表 1-1 计算系统灵敏度SU/ W（ U输出电压变化量， W重量变化量）和非线性误差f1=m/yFS100式中 m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS 满量程输出平均值，此处为200g（或 500g）。2 t=20 40 60 80 100 120 140 160 180 200; r=4 8 13 18 22 27 32 37
5、 41 46; aa=polyfit(t,r,1); a=aa(1),b=aa(2),a =0.2352b =-1.0667 syms T,R=a*T+b R = y=polyval(aa,t); plot(t,r,r*), hold on,plot(t,y,b-),hold off legend( 数据点（ ri,Ri ）,拟合直线R=a*T+b), xlabel(x),ylabel(y), title( 数据点（ ri,Ri ）和拟合直线R=T*a+b 的图形 )3灵敏度计算yy 表示输出变化量，x 表示输入变化量sx在本题中 sUW 表示重量变化量。U 表示输出电压变化量，WW 都为 2
6、0g，U 14mv, U 25mv, U 3 5mv,U 44mv, U 55mv, U 6 5mv,U 7 5mv, U 8 4mv, U 9 5mvs10.2mv / g,s20.25mv / g,s30.25mv / g,s40.2mv / g, s50.25mv/ g,s60.25mv / g,s70.25mv / g,s80.2mv / g,s90.25mv / gs =0.2333mv/g非线性度的计算4x=20 40 60 80 100 120 140 160 180 200; y=4 8 13 18 22 27 32 37 41 46 ; a=(20+40+60+80+100+
7、120+140+160+180+200)/10a =110 b=(4+8+13+18+22+27+32+37+41+46)/10b =24.8000 w=(4)2+(8)2+(13)2+(18)2+(22)2+(27)2+(32)2+(37)2+(41)2+(46)2)/10 w =797.6000 v=(202+402+602+802+1002+1202+1402+1602+1802+2002)/10v =15400 t=(20*6+40*11-60*14+80*20+100*24+120*30+140*36+160*43+180*49+200*56)/10t =3926 %非线性度 Y Y
8、=(t-a*b)/sqrt(v-a2)*(w-b2) Y =1.5435拟合度计算 p,S = polyfit(x,y,1)p =0.2352-1.0667S =R: 2x2 double5df: 8normr: 0.9079 p,S,mu = polyfit(x,y,1)p =14.2391 24.8000S =R: 2x2 doubledf: 8normr: 0.9079mu =110.000060.5530 SSy= 255.8900 RSS =2.1855 i=(SSy-RSS)/SSyi =0.9915求得拟合度五、思考题：单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（ 1）正（受拉）应变
9、片（2）负（受压）应变片（ 3）正、负应变片均可以。实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的： 比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。6二、基本原理：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 U02EK 2。三、需用器件与单元：同实验一。图 2-1 应变式传感器半桥实验接线图四、实验步骤：1传感器安装同实验一。做实验（一）的步骤2，实验模板差动放大器调零。根据图2-1 接线。 R1、R2 为实验模板左上方的应变片，注意R2 应和 R1 受力2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
10、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RW1 进行桥路调零，实验步骤 3、4 同实验一中 4、5 的步骤，将实验数据记入表2-1，计算灵敏度 S2U W，非线性误差 f2。若实验时无数值显示说明 R2 与 R1 为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。表 2-1 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量 (g)20406080100120140160180200电压（ mv)-9-18-27-36-46-55-64-73-83-92结合 MATLAB相关知识7代码和作图 t=20 40 60 80 100 120 140 160 180 200; r=-9 -18 -27 -36 -46 -55 -64 -73 -83 -92; aa=polyfit(t,r,1); a=aa(1),b=aa(2),a =-0.4621b =0.5333 syms T,R=a*T+bR = y=polyval(aa,t); plot(t,r,r*), hold on,plot(t,y,b-),hold o
