实验一应变片与直流电桥

测量电桥应用的试验一、实验目的：掌握测量电桥的应用，练习各种组桥并比较测量灵敏度。

二、实验原理：通过应变片可以将试件的应变转换为应变片的电阻变化，通常这种变化是很小的。

要实现测量，必须用适当的办法检测电阻值的微小变化。

为此，一般是把应变片接入某种电路，使电路输出一个能模拟这个电阻变化的电信号。

常用的电路有三种，即电位计、惠斯登电桥和双恒流源电路。

应变电桥一般采用交流电源，因而桥臂不能看作是纯阻性的，这将使推导变得复杂，对于直流电桥和交流电桥而言，其一般规律是相同的，为了能用简单的方式说明问题，我们分析直流电桥的工作原理。

（一）直流电桥在图1-1中，设电桥各桥臂电阻分别为R 1、R 2、R 3、R 4，其中的任意一个都可以是应变片电阻。

图1-1 直流电桥电桥的A 、C 为输入端，接上电压为U AC 的直流电源，而B 、D 为输出端、输出电压为U BD ，且4411R I R I U U U AD AB BD −=−= （a ）由欧姆定律知)((344211R R I R R I U AC +=+=）＝固有344211R R U I R R U I ACAC +=+=， 将I 1，I 4代入（a ）式经整理后得到))((43214231R R R R R R R R U U ACBD ++−= （1－1）当电桥平衡时，U BD ＝0。

由（1－1）式可得电桥平衡条件为4231R R R R = （1－2）设电桥四个臂的电阻R 1＝R 2＝R 3＝R 4，均为粘贴在构件上的四个应变片，且在构件受力前电桥保持平衡，即U BD ＝0，在构件受力后，各应变片的电阻改变分别为△R 1、△R 2、△R 3和△R 4，电桥失去平衡，将有一个不平衡电压U BD 输出，由（1－1）式可得该输出电压为))(())(())((4433221144223311R R R R R R R R R R R R R R R R U U ADBD Δ++Δ+Δ++Δ+Δ+Δ+−Δ+Δ+=将（1－2）式代入上式，且由于△R 1«R 1，可略去高阶微量，故得到)(444332211R R R R R R R R U U AC BD Δ−Δ+Δ−Δ=根据KRR /Δ=ε，上式可写成 )(44321εεεε−+−=KU U AC BD （1－3） 上式表明：4KU AC 为一常数，由应变片感受到得)(4321εεεε−+−，通过电桥可以线性地转变为电压的变化U BD 。

实验一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。

二、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。

三、基本原理：图1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U o= EK ε/4。

四、实验步骤模块联合调零：1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。

传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。

可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=350。

2、根据图(1-1), IC1、IC2、IC4组成第一级典型的三运放仪表放大器，整益G1=R24/R20[1+2R14/w1],其中R16=R24=20K、R18=R20=10K、R14=R15=20K、w1=10K。

w1中串接了200殴的电阻，也就是说当W1为0时放大倍数为G1=1+40000/200=201倍，W1旋转一圈为1K，IC3是第二级反向放大器，整益G2=R22/R17，R22=51K、R17=20K，在IC3的“+”端通过Rw2、R27接入正负电压调节放大器的零点，Rw2=10K、R27=1K。

在应变式传感器的输出端通过W3、R11接入±4V 电压，调节应变式传感器由于4片应变片电阻不对称而引起的输出零点变化,w3=10K、R11=1K。

放大电路总整益G=G1*G2。

金属箔式应变片与电桥测量电路实验一金属箔式应变片与电桥测量电路本实验包含两个部分:(1) 单臂电桥说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况，(2) 单臂、半桥、全桥特性比较。

实验1.1 单臂电桥一、实验原理:况。

本实验说明金属箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在被测件表面上。

当被测件受力变形时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。

通过测量电路，将其转换为电压或电流信号输出。

电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。

当电桥平衡时，即 R1=R2 、R3=R4 ，电桥输出为零。

在桥臂 R1 、 R2 、 R3 、 R4 中，电阻的相对变化分别为? R1/R1 、? R/R 、? R2 , R2 、? R/3R3 、? R4/R4 。

桥路的输出与当使用一个应变片时，当使用二片应变片时，如二片应变片工作，差动状态。

则有用四片应变片组成二个差动对工作，R1=R1=R3,R4=R ，于是，所以，由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

二、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头，电压表(毫伏表)三、实验步骤1. 按图 1 所示将全部部件连接其中差动放大器和毫伏表使用前都要调零，(电压表可不必调零)。

毫伏表放在500mV 一挡比较合适，图1 电桥电路连接2. 将差动放大器调零方法是用导线正负输入端连接起来，然后将输出端接到毫伏表的输人端，调整差动胶大器的增益旋钮，使增益尽可能大，同时调整差动放大器上的调零按钮，使毫伏表指示到零，调好后旋钮就不可再动。

3. 确认接线无误时开启电源4. 在测微头离开悬臂梁，悬臂梁处于水平状态的情况下，通过调整电桥平衡电位器，系统愉出为零。

5. 装上侧微头，调整到系统输出为零，此时测微头读数为梁处于水平位置( 自由状态)，然后向上旋动测微头，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，继续往下悬臂梁，一直到水平下 7 一 8mm为止，并记下对应位置的电压表的值。

传感器原理及应用实验报告实验一 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， 并掌握单臂电桥工作原理和性能。

二、 基本原理:1、 应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

以圆柱形导体为例：设其长为：L 、半径为 r 、材料的电阻率为ρ 时，根据电阻的定义式得)2^r /(/πρρL A L R ==（ 1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度 L 、截面积 A 和电阻率ρ 的变化为 dL 、dA 、 d ρ相应的电阻变化为 dR 。

对式（1—1）全微分得电阻变化率dR/R 为： ρρ//2//d d r dr L dL R R +-= （1—2）式中：dL/L 为导体的轴向应变量εL;dr/r 为导体的横向应变量εr 。

由材料力学得：εL= -μεr(1—3)，式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。

将式（1—3）代入式（1—2）得：ρρξμ/)21(/dR d R ++=（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。

2、 应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。

金属导体的应变灵敏度 K ：主要取决于其几何效应；可取 ξμ)21(/d +≈R R （ 1—5）其灵敏度系数为：)21()/(d μξ+=R R)21()/(d K μξ+==R R金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。

金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。

3、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，如图1—1所示。

竭诚为您提供优质文档/双击可除应变电桥特性应用实验报告篇一：直流电桥实验报告清华大学实验报告系别：机械工程系班号：72班姓名：车德梦（同组姓名：）作实验日期20XX年11月5日教师评定：实验3.3直流电桥测电阻一、实验目的（1）了解单电桥测电阻的原理，初步掌握直流单电桥的使用方法；（2）单电桥测量铜丝的电阻温度系数，学习用作图法和直线拟合法处理数据；（3）了解双电桥测量低电阻的原理，初步掌握双电桥的使用方法。

（4）数字温度计的组装方法及其原理。

二、实验原理1.惠斯通电桥测电阻惠斯通电桥（单电桥）是最常用的直流电桥，如图是它的电路原理图。

图中R1、R2和R是已知阻值的标准电阻，它们和被测电阻Rx连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。

对角A和c之间接电源e；对角b和D之间接有检流计g，它像桥一样。

若调节R使检流计中电流为零，桥两端的b点和D点点位相等，电桥达到平衡，这时可得I1R?I2Rx，两式相除可得I1R1?I2R2Rx?R2RR1只要检流计足够灵敏，等式就能相当好地成立，被测电阻值Rx可以仅从三个标准电阻的值来求得，而与电源电压无关。

这一过程相当于把Rx 和标准电阻相比较，因而测量的准确度较高。

单电桥的实际线路如图所示：将R2和R1做成比值为c的比率臂，则被测电阻为Rx?cR其中c?R2R1，共分7个档，0.001～1000，R为测量臂，由4个十进位的电阻盘组成。

图中电阻单位为?。

2.铜丝电阻温度系数任何物体的电阻都与温度有关，多数金属的电阻随文的升高而增大，有如下关系式：Rt?R0(1??Rt)式中Rt、R0分别是t、0℃时金属丝的电阻值；?R是电阻温度系数，单位是（℃）。

严格-1地说，?R一般与温度有关，但对本实验所用的纯铜丝材料来说，在-50℃～100℃的范围内?R的变化很小，可当作常数，即Rt与t呈线性关系。

于是?R?Rt?R0R0t利用金属电阻随温度变化的性质，可制成电阻温度计来测温。

实验六直流全桥的应用——电子秤实验
一、实验目的：了解应变片直流全桥电路和测量应用系统的标定。

理解针对电子秆这种传感器应用系统的功能和相关应变片结构与电路之间的关系。

二、实验原理：本实验原理为全桥测量电路原理。

全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压U03=KEε。

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)即成为一台原始电子秤。

三、实验步骤：
1、按直流电桥性能实验中的步骤2将差动放大器调零：按如下图所示的全桥电路图进行接线，合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器R w1，使数显表显示0.00V。

2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器R w3(增益即满量程调节)，使数显表显示为0.200V(2V档测显)或-0.200V。

3、拿去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，就可秤重，成为一台原始的电子秤。

实验一应变片单臂电桥性能实验一、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。

二、基本原理：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。

此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。

它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

1、应变片的电阻应变效应 所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。

对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= - μεr (1—3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。

将式（1—3）代入式（1—2）得：（1—4）式（1—4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。

2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。

(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取（1—5）其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。

金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。

(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R<≈dρ⁄ρ。

直流电桥的原理与应用步骤一、直流电桥的原理直流电桥是一种测量电阻、电容、电感等元件的电路，其原理基于电桥平衡条件。

在电桥平衡时，电桥电路中的电压为零，可以通过调节电桥中的电阻或变化待测元件的电阻来实现平衡。

直流电桥的原理可以用以下几点来描述：1.电桥平衡条件：在电桥平衡时，电桥回路中的电压为零。

这意味着，电桥电路中的电阻比例满足特定的关系。

2.电桥电路构成：直流电桥由四个电阻组成，通常被称为“臂”。

两个电阻被称为“比例臂”，另外两个电阻被称为“样品臂”。

样品臂上连接待测元件。

3.平衡电桥的条件：为了实现电桥平衡，比例臂上的电阻比和样品臂上的电阻比需要满足特定条件。

4.测量未知电阻：通过调整比例臂上的电阻，直到电桥平衡，可以测量未知电阻。

二、直流电桥的应用步骤直流电桥经常被用于测量电阻、电容和电感等元件的值。

下面是使用直流电桥进行测量的一般步骤：1.准备工作：在开始测量之前，确保电桥电路中的电源已经接通，并且元件的接线正确。

2.调整平衡：根据实验要求，调整比例臂上的一个或多个电阻，以便在待测元件加入电路后，使整个电桥能够达到平衡状态。

3.连接待测元件：将待测元件正确地连接到样品臂上。

根据测量要求，可以连接电阻、电容或电感。

4.调节比例臂上的电阻：通过调节比例臂上的电阻，使整个电桥电路能够达到平衡状态。

调节比例臂上的电阻直到电桥电路中的电压为零。

5.测量结果：一旦电桥达到平衡状态，如果比例臂上的电阻发生了变化，那么久可以通过测量比例臂上的电阻变化来计算待测元件的值。

6.记录结果：记录测量结果，并做必要的单位转换。

确保记录准确并可靠。

7.分析和解释：分析测量结果，并根据实验要求解释测量结果的意义。

三、直流电桥的扩展应用除了测量电阻、电容和电感的值，直流电桥还可以扩展应用于其他方面，如：1.测量温度：使用热敏电阻或热电偶作为待测元件，直流电桥可以用来测量温度。

2.测量应变：使用应变片作为待测元件，直流电桥可以用来测量物体的应变。

《传感器原理及实验》实验报告2011～2012学年第1学期专业测控技术及仪器班级姓名学号指导教师王慧锋电子与信息实验教学中心2011年9月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、基本原理本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力传感元。

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的变化。

电桥电路是最常用的非电量测量电路中的一种，当电桥平衡时，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情况。

单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。

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、±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＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右图1－1 应变式传感器安装示意图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）。

本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==应变测量实验报告篇一：应变测量实验报告一、实验目的1、学习应变片粘贴、使用的基本方法2、学习电桥的联线方法及电桥的测量原理和特点3、学习使用WS-3811应变仪测量应变的基本方法二、实验原理利用惠斯登电桥原理进行测量三、实验仪器微型计算机、WS-3811数字式应变仪、桥盒、应变片及其附件四、实验内容1. 选择与桥盒内置电阻相匹配的应变片；2. 用砂纸打磨钢片表面测点，使测点表面平整、光洁，并做清洁处理；3. 用胶水把应变片和转接片贴到测点上，尽量使应变片与被测物紧密贴合，如图1所示；4. 放置几分钟，使它自然干燥；5. 如图2把导线接到桥盒插头上；6. 打开应变数据采集程序，进行测试和设置：应变量程设置为±40000με，滤波频率设置为20Hz，界面如图3；7. 校准仪器，选择“自动校准” ，设置界面如图4所示；8. 动态应变数据采集。

把桥盒连接到试验仪上，试验仪已与电脑连接。

把被测金属长片的一端用手按在桌沿，使它伸出桌面。

设置好参数，点击“开始示波”，此时波形为一条直线，说明连接正常，再用手拨动金属长片伸出桌面的那一端使它振动，这时波形如图5，操作界面如图5所示；9. 截图，保存数据。

实验完成。

五、实验结果实验结果如图5所示六、思考题1.半桥接法应用于两个应变片，1/4桥接法应用于一个应变片，前者的桥盒上多接了一根两个应变片的共用线，少了一个短接插片。

2.清零操作是为了使开始的电压偏移量变为零，而校准的目的是使测试值更加精确，减少仪器的误差。

篇二：实验报告 -电阻应变片实验报告姓名：张少典同组姓名：张庆庆班级：F0703028 实验日期：201X/04/14学号：5070309061 实验成绩：指导老师：批阅日期：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------电阻应变片传感器灵敏度的测量【实验目的】1、了解电阻应变片传感器的转换原理；2、掌握电阻应变片直流电桥的工作原理和特性；3、利用电阻应变片直流电桥测量传感器的电压输出灵敏度。

《传感器原理实验报告》指导教师：张学锋班级：物联网131班组序：第七组组员：程少锋 139074366陈习武139074364高扬 139074373孙明明139074386目录实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥 (1)实验二金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 (4)实验三金属箔式应变片温度效应及补偿 (7)实验四热电偶原理及分度表的应用 (8)实验五移相器实验 (11)实验六相敏检波器实验 (13)实验七金属箔式应变片——交流全桥 (16)实验十二差动变压器（互感式）零残余电压的补偿 (23)实验十三差动变压器（互感式）的标定 (24)实验十九电涡流式传感器的静态标定 (34)实验二十三霍尔传感器的直流激励特性 (38)实验二十五霍尔式传感器的交流激励特性 (41)实验二十六霍尔式传感器的应用——振幅测量之四 (43)实验二十七磁电式传感器的性能 (45)实验二十九压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 (47)实验三十一双平行梁的动态特性 (51)实验三十二电涡流传感器位移特性实验 (52)实验三十三 PN结温度传感器测温实验 (53)实验三十四热敏电阻演示实验 (55)实验三十五半导体扩散硅压阻式压力传感器实验 (56)实验三十六光纤位移传感器静态实验 (58)12电源连到加热器的上插口，加热器下插口接地，打开加热开关4电压/频率表的显示在变化，待电压/频率表显示稳定后，记下显示数值，并用液晶温度表测出温度，记下温度值。

关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。

7、将 电压/频率表的切换开关置20V 档，把4组应变片中的任一组换成标有→符号的应变片（补偿片），重复4-6过程。

8、比较两种情况的 电压/频率表数值：在相同温度下比较，补偿后的输出变化小很多。

9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。

实验四 热电偶原理及分度表的应用一、实验目的：了解热电偶的原理及分度表的应用。

周康海洋技术1121班学号：201212922132实验一应变片单臂电桥性能实验一、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。

二、基本原理：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。

此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。

它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得（1—1）当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。

对式（1—1）全微分得电阻变化率 dR/R为：（1—2）式中：dL/L为导体的轴向应变量εL ; dr/r为导体的横向应变量εr由材料力学得：εL= -μεr(1—3)4）2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。

(1)、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取（1—5）其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。

金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。

3、贴片式应变片应用在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。

一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（压阻效应）传感器。

测试技术与传感器实验指导书罗志增、倪红霞、席旭刚编倪红霞校杭州电子科技大学自动化学院二○一○年五月前言本实验指导书是为了配合“测试技术与传感器”、“传感器原理及应用”“集成传感器与应用”等课程而编写的，实验仪器是杭州高联教学仪器设备有限公司生产的传感器综合实验仪CSY-910，实验过程中大部分实验需由双踪示波器配合测试完成。

本实验指导书中的实验编排基本按照教材《测试技术与传感器》讲课进程，每个实验从易到难，从静态测量到动态实验的规律安排。

全书共列四个实验，涉及七种不同传感器，计划每个实验2学时，教师可根据不同教学要求，按需要选做。

目录实验一、应变片与直流电桥（单臂、半桥、全桥比较） (3)实验二、应变片与交流电桥、应变片电桥的应用 (6)实验三、差动变压器性能、零残及补偿、标定实验 (9)实验四、涡流传感器、霍耳传感器、压电加速度、电容传感器实验 (12)附录A 实验报告格式、要求 (17)附录B 实验设备介绍 (17)实验一 应变片与直流电桥（单臂、半桥、全桥比较）一、金属箔式应变片性能——单臂单桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。

实验准备：预习实验仪器和设备：直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、应变片、电压表。

实验原理：当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应输出。

实验注意事项：直流稳压电源打到4V 档，接线过程应关闭电源，电压表打到2V 档，如实验过程中指示溢出则改为20V 档，接线过程注意电源不能短接。

实验时位移起始点不一定在10mm 处，可根据实际情况而定。

为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可先置中间位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个实验过程中不能改变。

实验内容：（1）观察双平行梁上的应变片、测微头的位置，每一应变片在传感器实验操作台上有引出插座。

（2）将差动放大器调零。

方法是用导线将差动放大器正负输入端相连并与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入插口。

实验一金属应变片及测量电桥性能实验——单臂和双臂系列实验一、实验目的：了解金属箔式应变片，单、双臂测量电路的工作原理和工作情况。

二、实验原理：本实验说明箔式应变片及半桥单、双臂直流电桥的原理和工作情况。

电阻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力敏感物体（测件）表面，当测件受力发生形变（即为应变），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。

由此可知，单臂、双臂、四臂电路的灵敏度依次增大。

三、所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、悬臂梁、F/V表、应变片四、旋钮初始位置：直流稳压电源打到±4V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大（顺时针最大）。

五、实验步骤：1、观察悬臂梁及其上的应变片，确定应变类型。

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V i相连；开启主电源；调节差动放大器的增益到最大位置（顺时针将差动放大器的增益旋钮调整到最大），然后调整差动放大器的调零旋钮，直至使F/V表显示为零。

关闭主电源，并将差放短接线全部撤去。

3、半桥单臂工作模式的测量（1）电桥的调零：根据如图1接线。

R 1、R 2、R 3为电桥单元的固定电阻，R 1=R 2；R x =R 4为应变片。

将稳压电源的切换开关置±4V 档，F/V 表置2V 档。

开启主电源，调节电桥平衡网络中的RW 1，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RW1（慢慢地调），使F/V 表显示为零。

图1（2）在传感器上放上一只砝码，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。

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。

重量（）电压（）g m V4、半桥双臂工作模式的测量（1）电桥的调零：根据如图2接线。

实验一应变片与直流电桥（单臂、半桥、全桥比较）一、实验目的1、了解金属箔式应变片，电桥的工作原理和工作情况；2、验证单臂、半桥、全桥电桥的性能。

二、注意事项1、确保接线正确，接线检查无误后再打开直流稳压电源；连接电路时尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。

2、接插线插入插孔时轻轻地做一小角度转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯插线尾部，以免造成导线内部断裂。

3、实验过程中若发现电压表过载，应将量程扩大。

F/V 表打到2V 档，若调整时指示溢出则改为20V 档，待电桥调整好后再换到2V档。

4、由于悬臂梁弹性恢复的滞后，当螺旋测微仪回到初始位置时电压值并不回到起始点，可将测微仪反向旋一下回到初始位置，以保证电压值回到起始点。

5、实验操作中旋动测微仪后应将手离开，否则虽不改变刻度但也有可能造成输出变化。

6、接全桥时请注意区别各应变片的工作状态与方向。

三、实验内容：1、观察双平行梁上的应变片位置，每一应变片在传感器实验操作台上有引出插座。

2、将差动放大器调零。

方法是用导线将正负输入端相连并与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入插口。

接通主、副电源。

调整差动放大器上的调零旋钮使表头指为示零，然后关闭主副电源。

3、用导线连接好电桥及测量线路（差动放大器接成同相反相均可）。

4、检查测微头安装是否牢固，转动测微头至10mm 刻度处，并调整旋紧固定螺钉，使测微头上下移动至双平行梁处于水平位置（目测），测微头与梁的接触紧密。

5、将直流稳压电源开关打到±4V 档，打开主副电源，预热数分钟，调整电桥平衡电位器W D，使表头指示为零。

调零时逐步将电压表量程20V 档转换到2V 档。

6、旋动测微头，记下梁端位移与表头显示电压的数值，每0.5mm 记一个数值。

在最大位移处，以每0.5mm 减至原始值，记录反行程下的示值。

位移(mm) 10 10.5 11 11.5 12 12.513 13.5 14 14.5 电压(mV)正行程电压(mV)反行程7、根据所得结果计算滯后误差系统灵敏度S，并作出V-X 关系曲线。

直流电桥原理在进行金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能实验之前，我们有必要先来介绍一下直流电桥的相关知识。

电桥电路有直流电桥和交流电桥两种。

电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性和负载特性。

下面具体讨论有关直流电路和与之相关的这几项指标。

一、 平衡条件直流电桥的基本形式如图1—1所示.R 1， R 2，R 3 ， R 4 为电桥的桥臂电阻，R L 为其负载（可以是测量仪表内阻或其他负载)。

当R L∞时，电桥的输出电压V 0应为V 0=E （433211R R R R R R +-+) 当电桥平衡时，V0=0，由上式可得到R 1R 4=R 2R 3 或4321R R R R = (1-1)图1—1式（1-1）秤为电桥平衡条件。

平衡电桥就是桥路中相邻两桥臂阻值之比应相等,桥路相邻两臂阻值之比相等方可使流过负载电阻的电流为零。

二、 平衡状态 1.单臂直流电桥所谓单臂就是电桥中一桥臂为电阻式传感器，且其电阻变化为△R ，其它桥臂为阻值固定不变，这时电桥输出电压V 0≠0（此时仍视电桥为开路状态），则不平衡电桥输出电压V 0为V 0=E R R R R R R R R R R ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛341211114113 (1—2） 设桥臂比n=12R R ，由于△R 1《R 1，分母中11R R ∆可忽略，输出电压便为V ”0=E R R R R R R R R ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆⎪⎭⎫ ⎝⎛3412114113 这是理想情况，式（1—2)为实际输出电压，由此可求出电桥非线性误差。

实际的非线性特性曲线与理想线性曲线的偏差秤为绝对非线性误差。

则其相对线性误差r 为：r=''000V V V -= ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-1211111R R R R R R =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-n R R R R 11111 （1—3）由此可见,非线性误差与电阻相对变化11R R ∆有关，当11R R ∆较大时,就不可忽略误差了。

实验一 应变传感器的性能研究一、实验类型：验证性实验。

二、实验目的1. 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；2. 测试应变梁变形的应变输出；3. 验证单臂、半桥、全桥测量电桥的输出关系，比较不同桥路的功能。

三、实验内容1. 设计并实现应变传感器的测试桥路；2. 测量单臂、半桥、全桥测量电桥的输出，记录数据、绘制关系曲线，并分析。

四、实验原理1. 本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。

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，其电阻值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R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/ R3、ΔR4/R4，当使用一个应变片时，∑∆=RRR ；当二个应变片组成差动状态工作，则有2RR R∆=∑；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2 = R3 = R4 = R ，4RR R∆=∑。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

2. 已知单臂、半桥和全桥的R ∑分别为ΔR/R 、2ΔR/R 、4ΔR/ R 。

根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4E R ⋅⋅∑，电桥灵敏度//Ku V R R =∆，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。

由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

五、实验要求1. 熟悉CSY 系统传感器实验系统；2. 能自行设计实现应变式传感器的测量桥路；3. 掌握应变式传感器的各种测量电路的性能。

六、实验仪器设备主机箱中的±2V~±10V(步进可调)直流稳压电源、±15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码。

自动化检测实验指导实验一应变片单臂、半桥、全桥特性比较一、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。

二、基本原理：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，此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。

可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

三、需用器件与单元：机头中的应变梁的应变片、测微头；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应变片、调理电1位数显万用表（自备）。

路单元中的电桥、差动放大器；42五、实验步骤：1位数显万用表2kΩ电阻档测量所有在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用42应变片阻值；在应变梁受力状态（用手压、提梁的自由端）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况(标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片)。

如下图1—7所示。

图1—7观察应变片阻值变化情况示意图差动放大器调零点：按下图1—8示意接线。

将F／V表(或电压表)的量程切换开关切换到2V档，合上主、副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆向回转一点点(放大器的增益为最大，回转一点点的目的：电位器触点在根部估计会接触不良)，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示电压为零。

差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。

图1—8差放调零接线图3、应变片单臂电桥特性实验：⑴将±2V～±10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片)与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路，电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中(W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端)，如图1—9示意接线(粗细曲线为连接线)。