自动化传感器实验报告一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验

电子信息工程学系实验报告课程名称：传感器与检测技术成绩：实验项目名称：实验（一）金属箔式应变片性能-单臂电桥时间：2011.09.09指导教师（签名）：班级：测控091 姓名：陈云学号：910707153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。

实验环境:CSY-910型传感器实验仪：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、F/V 表、主、副电源。

实验内容及过程:1、实验原理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Rl、R2、R3、R4中，设桥臂四个电阻的阻值和变化量相同，即：R1=R2=R3=R4=R，△R1=△R2=△R3=△R4=△R。

电阻的相对变化率分别为△Rl/Rl、△R2/R2、△R3/R3、△R4/R4，当使用一个应变片时，为单臂电桥，总的变化率为ΣR＝△R/R；当两个应变片组成差动半桥状态工作时，总的变化率为ΣR＝2△R/R；用四个应变片组成差动全桥工作时，总的变化率为ΣR＝4△R/R.。

由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

2、旋钮初始位置直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。

3、实验步骤(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在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。

上下二片梁的外表面各贴二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；电阻r下方的电位器是W1，其调节旋钮位于左边，电容C上方的电位器是W2，其调节旋钮位于右边。

(2)将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正(＋)、负(－)与地短接。

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，掌握单臂电桥工作原理和性能。

二、实验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：ΔR/R=Kε；式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。

金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。

（E为供桥电压）。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源数、±5V电源、数字万用表。

四、实验步骤：1、根据图1-1，应变式传感器已装于应变传感器模板上。

传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。

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，加热丝阻值约为50Ω左右。

图1-1 应变片传感器安装示意图2、实验模板差动放大器调零，方法为：（1）接入模板电源±15V，检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置；（2）将差放的正、负输入端与地短接，V o1输出端与数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕后关闭主控台电源。

3、参考图1-2接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，检查接线无误后，合上主控台电源开关，用数字万用表测量主控台到应变式传感器模块上的±5V、±15V电压值是否稳定？若电压波动值大于10mV，应反复拔插相应的电源连接线，直至电压稳定，不再波动为止，然后粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

传感器原理,,单臂桥实验报告单臂半桥全桥传感器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，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：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Uo1= EKε/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。

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电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，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。

广东技术师范学院实验报告学院： 自动化 专业： 自动化 班级： 08自动化 成绩：姓名： 学号：组别：组员： 实验地点： 实验日期： 指导教师签名：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：lR Sρ= （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ∆，横截面积相应减小S ∆，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ∆，故引起电阻值变化R ∆。

对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：R l S R l S ρρ∆∆∆∆=-+ （2） 式中的ll ∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×610mmmm-）。

若径向应变为rr∆，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为l r r lμ∆∆=-（），因为S S ∆=2（r r ∆），则（2）式可以写成： 01212R l l l k R l l l lρρρμμρ∆∆∆∆∆∆=++=++=∆（）（） （3）式（3）为“应变效应”的表达式。

0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是ρρε∆（），是材料的电阻率ρ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μ210+≈k ，对半导体，0k 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0k =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ε，而根据应力应变关系：εσE = （4）式中 σ——测试的应力；E ——材料弹性模量。

实验一金属箔式应变片性能一单臂电桥（998 B型）一、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。

二、实验仪器CSY型-998A传感器系统实验仪(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、F/V表、主、副电源)。

旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。

三、实验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，ΣR =ΔR/R；当二个应变片组成差动状态工作，则有ΣR =2ΔR/ R；用四个应变片组成二个差对工作，且R1=R2=R3=R4，ΣR =4ΔR/ R；由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

四、实验内容1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。

上下二片梁的外表面各贴二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。

将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi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F/V表显示为零，关闭主、副电源。

3、根据图1-1接线。

R 1、R 2、R 3为电桥单元的固定电阻；Rx= R 4为应变片。

将稳压电源的切换开关置±4 V 档，F/V 表置20V 档。

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：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 o1= EKε/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。

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电压输入端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）。

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R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入），此时应将±4地与±15地短接。

南京信息工程大学传感器实验(实习)报告实验(实习)名称金属箔式应变片单臂电桥性能实验实验(实习)日期12.2得分指导老师系专业班级姓名学号实验目的：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。

实验内容：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：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 o1= EKε/4。

需用器件与单元：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、1位数显万用表（自备）。

砝码、42图1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图实验步骤：应变传感器实验模板说明：实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。

1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。

传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。

传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。

当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。

常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。

〕安装接线。

2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。

实验1 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：1、了解金属箔式应变片的应变效应2、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：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 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，R 1＝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R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。

检查接线无误后，合上主控台电源开关。

北京XX 大学实验报告课程（项目）名称：金属箔式应变片性能一半桥、全桥单臂电桥级: 绩:院:自动化 业: 自动化号: 名:2013年12月10日、任务与目的了解金属箔式应变片，差动半桥的工作原理和工作情况。

金属箔式应变片是一种敏感器件，当它在外力作用下发生机械变形时，其电阻丝阻值发 生变化，这就是电阻应变效应，通过它将被测部位的受力状态变化转化为阻止的变化。

再通 过电桥可以把电阻的变化转化为电压的变化，从而其输出反映了相应的受力状态。

单臂电桥 输出电压U 二EK E /4。

半桥测量电路中，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EK £ /2。

三、内容与步骤（1） 了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔 式结构小方薄片。

上下二片梁的外表面各贴二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。

将差动放大器的输出端与F /V 表的输入插口 Vi 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F / V 表显示为零，关闭主、副电源。

（3） 根据图4接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

Rx 为应变片；将稳压电源的切换开 关置±4V 档，F /V 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F /V 表显示为零（粗调），然后将F / V 表置2V 档，再调电桥 W1（慢慢地调）， 使F / V 表显示为零（细调）。

图4安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合） F /V 表显示最小，再旋动测微头，使显示为零(细调零)，这时的测微头刻度为零位的相应刻度并记下这个刻度值。

实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：认识金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

二、基来源理： 电阻丝在外力作用下发活力械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描绘电阻应变效应的关系式为：ΔR／R ＝K ε，式中 ΔR／ R 为电阻丝电阻相对变化， K 为应变敏捷系数，ε=l/l 为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是经过光刻、腐化等工艺制成的应变敏感元件，经过它变换被测部位受力状态变化、电桥的作用达成电阻到电压的比率变化，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。

对单臂电桥输出电压Uo1= EK ε 。

/4图 1-1 应变式传感器安装表示图三、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．依据图（ 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，可用万用表进行丈量鉴别， R 1＝ R 2 ＝R 3 ＝R 4＝350Ω，加热丝阻值为 50Ω 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，将实验模板调理增益电位器R W3 顺时针调理大概到中间地点，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电压输入端 V i相连，调理实验模板上浮零电位器 R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。

封闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4的地点一旦确立，就不可以改变。

向来到做完实验三为止）。

3．将应变式传感器的此中一个电阻应变片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R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入），此时应将±4 地与±15 地短接。