金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验

实验一金属箔式应变片测重及三种直流电桥性能比较实验实验1：金属箔式应变片单臂电桥测重实验一、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/全桥的不同性能，了解其特点。

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。

三、实验器械主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4 2 1 位数显万用表（自备）。

四、实验接线图五、实验数据记录和数据处理实验数据如下：实验数据拟合图像如下由图像可见系统灵敏度S＝ΔU/ΔW=0.2162δ=Δm/yFS ×100％=1.904/45.3×100％=4.203％六、思考题1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。

答：正负皆可，因为应变片的受力都会直接导致电阻的变化，从而检测到相应的电压变化。

实验2：金属箔式应变片三种桥路性能比较实验一、实验目的比较单臂/半桥/全桥的不同性能，了解其特点二、实验原理半桥测量电路中，将两只应变片接入组成电桥，电桥输出灵敏度比单臂桥路有所提高，非线性也得到了改善，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。

全桥测量电路中，将R1、R2、R3、R4四个箔式应变片按它们的受力方向以一定的规律接入组成电桥，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UO3＝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。

实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。

所需单元及部件：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：2V挡，F/V表打到2V挡，差动放大增益最大。

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。

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。

根据图1接线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挡，F／V表置20V挡。

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挡，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。

图１3．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。

4．往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下F／V 表显示的值。

建议电桥平衡网络差动放大器直流电压表每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F／V表显示的电压相应变化）。

5．实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。

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。

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。

实验一金属箔式应变片性能及单臂、半桥、全桥比较一、实验目的了解金属箔式应变片的工作原理和工作情况验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系二、需用器件与单元直流稳压电源、电桥、差动放大器Ⅰ、应变片传感器、砝码、电压表、电源。

三、有关旋钮的初始位置直流稳压电源调到±4V，电压表打到20V挡，差动放大器增益打到最大。

四、实验步骤1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察应变片传感器上的应变片，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。

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电压表的输入插口Ui 相连；开启电源；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表显示为零，关闭电源。

图1单臂电桥参考接线图3、 根据图 1单臂电桥参考接线图，接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

Rx 为应变片；将稳压电源调置到±4V ，电压置20V 挡。

开启电源，调节电桥平衡网络中的R W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 挡，再调电桥R W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

用手轻轻的按一下应变片传感器上的托盘，松开手后观察差动放大输出是否为0，如果不是，就还需要继续调节R W1，使输出为0。

反复操作这个步骤2-3遍就可以了。

将砝码逐个轻轻的放在应变片传感器的托盘上，放置砝码的时候不能碰到导线以及实验仪的其他部位，每放一个砝码记入下一个数据，ΔX ＝20g ，将这些数值填入下。

根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV ／ΔW ，并作出V-W 关系曲线，ΔV 为电压变化率，ΔW 为相应的重量变化率。

实验完毕，关闭电源。

4、 保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与Rx 工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥（请在图 2中画出接线图），调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表：应变片BF 1BF2BF3BF差动变换器1电压表200mV2V20V电桥w1w2图 2半桥接线图5、 保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。

实验一金属箔式应变片电桥性能实验一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应；单臂电桥、半桥、全桥的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误差。

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。

对半桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/2。

对全桥而言，电桥输出电压，U01=EKε。

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、±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。

2、实验模板差动放大器调零，方法为:①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，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端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)，完毕关闭主控箱电源。

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(即模板左上方的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)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

实验二 箔式应变片三种桥路性能的比较一、实验目地：1． 了解金属箔式应变片的的原理、结构以及粘贴方式。

2． 了解电阻应变片测量电桥的工作原理，比较直流单臂电桥、半桥差动电桥和全桥差动电桥的性能。

二、实验所需部件：（CSY 10B 型传感器系统实验仪）直流稳压电源（±4V 档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁称重传感器、称重砝码（20g ×10个）、电压表（2V 档）。

三、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，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过非平衡电桥测量电路，可以将待测量转换成电信号输出显示。

如图所示。

直流单臂电桥测量电路中只有R 1为电阻应变片。

半桥差动电桥中电阻应变片R 1和R 2构成差动形式。

全桥差动电桥中由四个应变片组成两个差动对工作。

采用差动电桥测量电路，不仅可以提高电桥的灵敏度，还可以进行温度补偿和消除非线性误差。

(a) 直流单臂电桥(b) 半桥差动电桥(c) 全桥差动电桥四、实验步骤：1．差动放大器调零。

开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表（2V 档）。

用“差动调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化。

调零后关闭仪器电源。

2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。

桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。

直流激励电源为 ±4V 。

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

调整电桥W D 电位器，使测试系统输出为零。

图（1）4．在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，记录差动放大器输出电压值，并列表。

5. 在此基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。

成绩：预习审核：评阅签名：厦门大学嘉庚学院传感器实验报告实验项目：实验一、二、三金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥实验台号：专业：物联网工程年级： 2014级班级： 1班学生学号： ITT4004 学生姓名：黄曾斌实验时间： 2016 年 5 月 20 日实验一 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．基本原理金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为R=ρL/S 。

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：式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，L L /∆=ε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的受力状态变化，电桥的作用是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。

输出电压：1.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；输出U O14/εEK =。

2.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；半桥电压输出UO22/εEK =。

3.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。

全桥电压输出U O3εEK =。

三．需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。

()()ER R R R R R R R U O 43213241++-=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块上。

传感器中各应变片已接入模块的左上方的BF 1、BF 2、BF 3、BF 4。

加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R BF1= R BF2= R BF3= R BF4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

2．差放调零 3．电桥调零4．在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g 砝码加完。

电子科技大学
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：
实验地点：主楼C2-111 实验时间：
一、实验室名称：电机与传感器实验室
二、实验项目名称：金属箔式应变片性能：单臂、半桥、全桥实验比较
三、实验学时：4
四、实验原理：
实验原理如图所示：
1、单臂时：R1、R
2、R3为固定电阻，RX为金属箔式应变片。

2、
半桥时：R1、R2为固定电阻，R3和RX为金属箔式应变片。

3、全挢时：桥内四个电阻均为金属箔式应变片。

五、实验目的：
系统地学习和了解金属箔式应变片的基本工作原理，基本分析方法，设计要求，测量电路及其主要应用。

六、实验内容：
单臂、半桥、全桥实验。

七、实验器材（设备、元器件）：
CSY-998型传感器系统实验仪、集成电路314、LF353、317、373、7815、7915、7805、LM324、555、8038、741、3140、74LS20等及联接线若干。

八、实验步骤：
(1)、了解所需元件、部件在实验仪上所在位置。

(2)、将差动放大器调零。

(3)、根据图接线。

(4)、调整测微头位置。

(5)、测取数据。

九、实验数据及结果分析：
1、单臂
十、实验结论：
十一、总结及心得体会：
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
报告评分：
指导教师签字：。

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。

应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 PDF应变片是一种常见的测量物体应力和形变的传感器。

在应变片的设计中，有许多不同的电路类型可供选择，包括单臂电路、半桥电路和全桥电路。

这些电路类型各有其优缺点和适用范围。

本文将对这三种电路类型的性能进行比较和评估。

一、单臂电路（Half-Bridge Circuit）单臂电路是一种简单的电路，由一个应变片和一个固定电阻组成。

与其他电路类型不同，单臂电路仅使用一个应变片。

该电路由于只使用一个应变片，所以成本较低。

但是，由于只使用了一个应变片，该电路的灵敏度较低。

由于单臂电路仅使用一个应变片，因此，它对环境干扰、传感器器件不一致性等因素的影响较大。

半桥电路使用两个应变片和一个电阻器。

半桥电路具有较高的灵敏度和准确性。

在半桥电路中，两个应变片使用不同的电路连接方式，这样可以消除环境干扰和传感器器件的不一致性。

同时，半桥电路具有更广泛的工作范围及更高的信号强度，其成本也仅仅是全桥电路的一半。

然而，半桥电路仍然存在一些缺点。

例如，在半桥电路中，两个应变片必须有足够的机械稳定性来保持一致。

此外，半桥电路也无法识别的方向性，因此在环境干扰方面仍具有一定的局限性。

全桥电路由四个应变片和多个电阻器构成。

全桥电路具有很高的灵敏度和准确性，其能够识别的方向性，可以大幅度消除环境干扰和传感器器件不一致性。

此外，全桥电路还具有更广泛的应用范围和更高的精度。

但是，全桥电路成本较高，且其需要更加精确的电路设计和安装。

全桥电路还更加依赖制造工艺，并且在应变片不是完全相同的情况下，将无法实现准确的测量。

总的来说，在现实应用中，选择电路类型应该综合考虑各方面因素。

对于成本要求不高，且精度要求较低的场合，可以选择使用单臂电路。

对于对精度和准确性有要求的场合，可以选择半桥电路。

而对于精度要求较高的场合，应该选择高成本的全桥电路。

金属箔式应变片三种桥路性能比较一、实验目的：1、了解金属箔片式应片及应变电桥的原理和性能；2、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互间的关系；3、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，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。

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。

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2r L A L R ⋅==πρρ（3-1）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（3—1）全微分得电阻变化率dR /R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2（3-2）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 （3-3）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（3—3）代入式（3—2）得：()ρρεμd R dR ++=21（3-4）式（3—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()l R dR εμ21+≈（3-5）其灵敏度系数为：()με21+==RdR K l 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。

实验一应变片：单臂、半桥、全桥比较本次实验中，我们使用了三种不同类型的应变片：单臂应变片、半桥应变片和全桥应变片。

这些应变片都是用于测量材料的应变变化。

应变片可以将应变变化转化为电信号，用于测量物体的应变状态。

通过本次实验，我们将比较这三种不同类型的应变片的性能。

单臂应变片是最基本的应变片类型，它由一个被电焊在试件上的直线形变感应器组成。

当试件发生应变时，直线形变感应器的电阻值也会随之发生变化。

单臂应变片可以提供与应变成正比的电压信号。

在实验中，我们使用单臂应变片来测试试件的应变变化。

半桥应变片由两个被电焊到试件表面的直线形变感应器组成，形成了一个不完整的电路。

当试件发生应变时，其中一个感应器的电阻值会增加，而另一个感应器的电阻值会减少，从而产生电压差。

半桥应变片可以提供比单臂应变片更高的灵敏度和更稳定的输出信号。

在这次实验中，我们在手动加载的条件下使用三种不同类型的应变片来测量试件的应变变化。

在单臂应变片和半桥应变片的情况下，我们可以很容易地得到试件的应变变化。

然而，在使用全桥应变片时，需要进行更复杂的电路连接和校准过程才能得到准确的测量结果。

总的来说，单臂应变片是最简单的应变片类型，但其灵敏度和稳定性较低。

半桥应变片具有更高的灵敏度和稳定性，但需要更复
杂的电路连接。

全桥应变片是最灵敏、最稳定和最准确的应变片类型，但也需要最复杂的电路连接和校准过程。

因此，在实际应用中，我们需要根据具体案例来选择适当的应变片类型。

实验一金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥性能实验写报告时:实验一图1-1不用画, 1-2至1-4画其中之一就行.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。

实验报告课程名称：测试技术实验项目名称：实验（一）金属箔式应变片单臂、半桥性能比较 实验时间：班级： 姓名： 学号：一、实 验 目 的:理解箔式应变片工作原理；验证单臂、半桥的性能及相互之间关系。

二、实 验 器 材:CSY-910型传感器实验仪：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V 表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。

三、实 验 内 容 及 过 程:1、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：εK R R =∆/ ， 式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /∆=ε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的受力状态变化，电桥的作用是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。

单臂电桥输出电压4/1εEK U o =，其中E 为输入电压。

已知单臂、半桥电路的ΣR 分别为△R/R 、2△R/R 。

根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于ΣR.E/4，电桥灵敏度Ku=Uo/△R/R ，于是对应单臂、半桥的电压灵敏度分别为E/4、E/2。

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。

2、旋钮初始位置直流稳压电源打到±2V 档，F/V 表打到2v 档，差动放大器增益打到最大（顺时针最大位置）。

3、实验注意事项(1)在更换应变片时应将电源关闭。

(2)在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。

(3)在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

(4)直流稳压电源±4V 不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。

(5)接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

(6)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。

(7)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。

实验一金属箔式应变片直流单臂实验一金属箔式应变片直流单臂、半桥、全桥比较力这个物理量既无法直接观察，也无法直接测量，里的测量原理是将力转换为其他物理量后再进行测量的。

金属应变片是将应变片粘贴在被测材料上，根据应变效应当被测材料受到外力作用产生形变时，弹性元件将这种变化传递到应变片，并使其阻值发生变化。

实验原理：应变式传感器包括两个主要部分，一是弹性敏感元件，利用它把被测的物理量（如力矩、扭矩、压力、加速度等）转化为弹性体的应变值；另一个是应变片，作为传感器元件将应变转换为电阻值的变化。

实验目的：验证单臂、半桥、全桥的输出特性和灵敏度，比较它们的测量结果。

实验所需单元：悬臂梁，应变片，直流稳压电源，差动放大器，电阻平衡电路，电压表。

实验注意事项：（1）接入半桥和全桥时请注意区别各应变片的工作状态，原则是：对臂同性，邻臂异性；（2）在更换应变片时应关闭电源；（3）实验过程中如发现电压表过载，应将量程扩大；（4）直流电源不可随意加大，以免损坏应变片。

实验步骤：（1）直流电源旋在±4V档；电压表量程置于2V，放大器增益旋至最大;（2）转动位移测量标尺，使悬臂梁处于水平位置，接通总电源及副电源；（3）将放大器两输入端与地连接，输出端接电压表，调整差动放大器单元上的调零旋钮，使电压表指示为零；（4）调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零；（5）将测微头调整在整刻度位置，重新调整W1使电桥平衡。

每转动1mm读取一个数据，记录数据（单桥）；（6）保持其他不变，将R3换为与R4工作状态相反的另一个应变片，形成板桥电路，重新调整好悬臂梁初始值与电桥零点，记录数据（半桥）；（7）保持其他不变，再将R1R2R3R4四个电阻全部转换成应变片，换成直流电桥，重新调整好悬臂梁初始值与电桥零点，记录数据（全桥）。

思考题：（1）观察正反行程的测量结果，解释输入输出曲线不重合的原因；存在迟滞现象，以及仪器误差。

（2）在同一坐标上描绘出电压位移（U-X）曲线，比较三种接法的灵敏度，根据U-X曲线计算三种接法的灵敏度k=∆U/∆X，说明灵敏度与哪些因素有关？根据U-X曲线，描述应变片的线性度好坏。