金属箔式应变片半桥性能实验

1 实验报告姓名： 学号： 班级：实验项目名称：实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥，半桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况；：验证单臂、半桥性能及相互之间关系。

实验原理：单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、全部四个桥臂（用应变片）阻值都随被测物理量而变化。

电桥的灵敏度：电桥的输出电压（或输出电流）与被测应变在电桥的一个桥臂上引起的电阻变化率之间的比值，称为电桥的灵敏度。

如图是直流电桥，它的四个桥臂由电阻R1、R2、R3、R4组成，U 。

是供桥电压，输出电压为：当R1×R3=R2×R4则输出电压U 为零，电桥处于平衡状态。

如果将R4换成贴在试件上的应变片，应变片随试件的受力变形而变形，引起应变片电阻R4的变化，平衡被破坏，输出电压U 发生变化。

当臂工作时，电桥只有R4桥臂为应变片，电阻变为R ＋R ，其余各臂仍为固定阻值R,代入上式 有组桥时，R1和R3，R2和R4受力方向一致。

实验步骤（电路图）：（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，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接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

R4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，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。

图1金属箔式应变片性能—单臂电桥电路（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（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F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V 表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

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 o= EKε/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U o＝EKε／2。

全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。

当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，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改善。

其桥路输出电压U o＝KEε。

三、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、托盘砝码。

四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：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。

应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。

传感器中的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表2K 电阻档进行测量判别。

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半桥性能实验实验(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：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

实验内容：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U O2＝EKε／2。

需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。

实验步骤：1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。

将实验模板差动放大器调零：用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(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。

图2 应变式传感器半桥接线图2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。

注意R2应和R3受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。

调节实验模板上的桥路平衡电位器R W1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。

记下实验数据填入表2画出实验曲线，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δ。

实验完毕，关闭电源。

实验结果：解：S=200/80=2.5 δ=Δm/FS ×100％=1/200x100%=0.5%如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。

金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验本实验旨在通过测试金属箔式应变片的不同结构（单臂、半桥、全桥）对应变的检测效果进行比较。

实验采用了五个不同力值的负载，并通过相应的电桥电路将应变信号转化成电压信号进行读数。

实验过程中，我们首先制备了三种不同结构的金属箔式应变片。

单臂应变片的结构只有一个箔片悬挂在支架上，一端连接到外接电路中，另一端用隔绝材料与支架接触。

半桥应变片由两个箔片组成，一端紧贴在支架上，另一端则悬挂在外接电路中。

全桥应变片则是由四个箔片组成的，互相垂直组成一个正方形，四个角分别连接外接电路。

制备完成后，我们将三种结构的应变片依次进行了负载实验。

实验结果显示，三种类型的应变片在不同力值下的电压变化情况基本类似，但不同结构之间仍存在着一定差异。

在相同情况下，半桥和全桥应变片的电压输出量均高于单臂应变片。

当负载力值增大时，差别也更加明显。

数据分析后，我们认为这是由于半桥和全桥结构的电桥电路更为复杂，能够更好地抵消环境中的噪声影响，从而提高了测量精度。

在实验中，我们还发现了一个问题，即金属箔式应变片在不同应变方向下的电性能并不相同。

我们在测试中对金属箔的垂直方向和水平方向分别进行了测试，结果表明，垂直方向的应变片输出电压更稳定、更大。

我们分析认为，这是因为垂直方向对应的应变载荷更加均衡，能够更好地发挥应变片本身的性能。

总的来说，本实验通过比较不同结构的金属箔式应变片，揭示了应变载荷和电桥电路复杂性对应变检测的影响。

这有助于我们在实际测量和应用中更好地选择和使用相应的结构来满足不同的检测需求，提高测量精度和可靠性。

一、实验目的：了解金属箔式应变片，单臂、半桥、全桥电桥的工作原理。

二、实验原理：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工程结构件的内部变形转化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形变，然后由电阻应变片将弹性元件的形变转化为电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或者电流变化信号输出。

它可用于能转化成形变的的各种物理量的检测。

贴片式应变片的应用：在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片半导体应变片很少应用（温漂、稳定性、线性度不好且易损坏），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。

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左右的金属丝或者金属箔制成，如下图所示：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。

电阻丝在外力的作用下发生机械形变时，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△R/R=Kε。

式中△R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△L/L为电阻丝长度相对变化。

电桥是完成电阻到电压的比例变化，测取电压值。

(1)单臂电桥: 输出电压U01=EKε/4，输出信号最小，线性、稳定性较差。

(2)半桥：选用不同受力方向的应变片接入电桥作为邻边。

当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EKε/2，整体性能比单臂有所改善。

(3)全桥：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，其桥路输出电压U03=KEε。

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改善。

(4)比较：量程不同，精度不同，选用比较多的是半桥或全桥。

三、使用仪器、材料：可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、电压/频率表、主、副电源；准备导线；副电源管下面电路部分。

金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能, 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

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 Uo= EKε/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U o＝EKε／2。

全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。

当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，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改善。

其桥路输出电压U o＝KEε。

三、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、托盘砝码。

四、实验步骤：应变传感器实验模板简介：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。

应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。

传感器中的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表2K 电阻档进行测量判别。

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。

金属箔式应变片-单臂,半桥,全桥比较实验报告实验目的
本实验旨在比较单臂、半桥和全桥金属箔式应变片三种桥式应变测量方式的各项性能
指标，以确定实验系统采用哪种应变电阻测量方式更为合适。

实验原理
金属箔式应变片是一种通过钢带和金属铋素材以及其他电子组件构成的应变测量系统，它以电阻变化反映外力作用于它所处位置上应变参数比如应力、压力、位移等的变化。

桥
式应变测量系统主要把箔式传感器通过桥式电路连接，采用桥式方式结成形成的放大系统，以及与之相配的信号处理装置，能够检测更小的微小应变，从而实现压力、位移等多变量
的实时测量。

实验装置
在实验中，我们使用了一台微工控机，一台注塑机（模具温度可调），10只单臂、半桥和全桥金属箔式应变片，三种不同的应变测量系统，以及一套由计算机驱动的数据采集
系统。

实验方法
1.首先，我们调节注塑机的温度到所测试的温度等级，保持它处于恒定的温度状态。

2.然后，给定三种桥式应变片金属箔所处的表面位置，将10只应变片分别安装在相
同位置，连接到同一个微控机上。

3.在测试温度范围内，做240次应力波动，每次应力值为奇数，持续时间为一小时。

4.计算一小时内每只应变片的平均应变值，并记录三种应变测量方式的误差。

5.回算比较三种金属箔式应变片的应变特性，最终选出最佳的应变测量方式。

实验结果
在实验中，通过比较计算得出的结果，可以看到半桥式箔式应变片的平均应变值小于
单桥式和全桥式，误差也最小，使用效果最好。

因此在实际系统中采用半桥式的应变测量
更为合适，能够取得更高的测量精度和可靠性。

实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验目的：了解金属箔式应变片双臂电桥的工作原理和工作情况，与实验一进行线性度与灵敏度比较。

所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微器、V/F 表。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源输出置于0V 档，V/F 表置于 V 表 ,20V 档 ,差动放大器增益旋钮置于最大。

注意事项：双臂电桥的两片应变片应注意工作状态与方向，不能接错。

实验步骤：（ 1）根据图 3 的电路结构，将两片应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源输出应置于0V 档，电压表应置于 20V 档）。

此时两片应变片处于Rx 位置组成半桥。

∞++_（2）转动测微器，使双平行梁处于（目测）水平位置。

（3）将直流稳压电源置于 4V 档，调整电桥平衡电位器 W1，使电压表指示为零，稳定数分钟后，将电压表量程置于 2V 档后，再仔细调零。

（ 4）左旋测微器，使梁的自由端向上位移 5mm，记下电压表显示的数值。

右旋测微器使梁的自由端向下每隔 1mm记一个数值，将所记数据填入下表，根据所得结果计算灵敏度S。

S= V/ X（式中 V 为电压变化， X 为相应的梁端位移变化），并作出 V-X 关系曲线。

X(mm)V(mv)思考：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。

（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。

（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。

金属箔式应变片四臂电桥( 全桥 ) 的静态位移性能实验目的：了解金属箔式应变片全臂电桥的工作原理和工作情况，与实验一、二进行线性度与灵敏度比较。

所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微器、V/F 表。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源输出置于0V档，V/F 表置于 V 表, 20V档,差动放大器增益旋钮置于最大。

注意事项：双臂电桥的四片应变片应注意工作状态与方向，不能接错。

实验一金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥性能实验一、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。

比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

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，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。

对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。

当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/ε2。

全桥测量电路中其桥路输出电压U03=KEε。

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改善。

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、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 应变式传感安装示意图2、接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，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，输出端与主控箱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。

3、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模块内已连接好)，接好电桥调零电位器R w1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。