实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥
一、实验目的：
1、了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。
2、掌握传感器的静态标定过程。
3、分析传感器的静态性能指标。
二、基本原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为ΔR 1/ R 1、ΔR 2/ R 2、ΔR 3/ R 3、ΔR 4/ R 4，当使用一个应变片时，∑R
R
R ?= ；当两个应变片组成差动状态工作，则有∑R
R
R ?=2；用四个应变片组成两个差对工作，且R 1=R 2=R 3=R 4=R ， ∑R
R
R ?=4。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三、需用器件与单元：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、 电压/频率表、主、副电源。
四、旋钮初始位置：
直流稳压电源打到±2V 档， 电压/频率表(即电压/频率表)打到2V 档，差动放大增益最大。
当应变梁收到拉力时，各应变片电阻值变化
图1
五、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，连接图如图1。将差动放大器的输出端与电压/频率表的输入插口V i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，使电压/频率表显示为零，关闭主、副电源。
图2
3、根据图4接线（图3为原理图）。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档，电压/频率表置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，使电压/
频率表显示为零，然后将 电压/频率表置2V 档，再调电桥W 1（慢慢地调），使 电压/频率表显示为零。
直流稳压
①
⑩
④
②
⑦
⑧
③⑤
1
R
?
差动放大直流电压
电桥平衡+
R
R
R
r W
+
-4
副电
W2
W1
W2
W1
C
R2 R r
R3
电
开
①
②
③
⑥
⑧
⑦⑨④
⑤
1
1
图3
图4
4、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）使电压/频率表显示最小值，再旋动测微头，使电压/频率表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
5、往上或往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下电压/频率表显示的值。建议每旋动测微头一周即?X=0.5mm记一个数值填入下表：（注意多次往复测量，至少5次。）
6、根据所得结果分析系统测量范围、量程、静态灵敏度、端基线性度、平移端基线性度、最小二乘线性度、迟滞误差、重复度、分辨力、分辨率。
六、实验数据分析结果：
（1）系统测量范围：
(2)量程:
(3)静态灵敏度
(4)端基线性度
(5)平移端基线性度
(6)最小二乘线性度
(7)迟滞误差
(8)重复度
(9)分辨力
(10)分辨率
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。
2、做此实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。
4、做此实验时应尽可能的使用新的短试验线，以及远离手机等具有电磁干扰的物体。
5、检查应变的好坏，只要用万用表测量一下每个应变片、3个固定电阻以及电位器的阻值即可，对应如下：
每个应变片和3个固定电阻的阻值为350欧左右，电位器的阻值范围为0-10k。
六、思考题：
1、本实验电路对直流稳压电源和放大器有何要求？
参考答案：本实验的直流稳压电源输出的正负电压要基本对称。
电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差，因此该放大器的共模抑制比应相对比较大。
2、根据所给的差动放大器电路原理图（见附表一），分析其工作原理，说明
它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。