传感器实验报告-- 实验一 金属箔式应变片性能—半桥、全桥单臂电桥

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＝K ε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= EKε/4..输出电压 Uo1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、41位数显万用表自备..2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Vi ＝0；调节放大器的增益电位器RW3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RW4;使电压表显示为零..3、应变片单臂电桥实验：拆去放大器输入端口的短接线;将暂时脱开的引线复原见图1接线图..调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1;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..记下实验结果填入表1画出实验曲线..实验结果：表1重量g20406080100120 140160180200电压mv481419232832384247特性曲线4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔWΔU输出电压变化量;ΔW重量变化量和非线性误差δ;×100％=2/200x100%=1%解：S=200/47=4.225g/mv δ=Δm/yFSδ=Δm/y×100％式中Δm为输出值多次测量时为平均值与拟合直线的最FS大偏差：y满量程输出平均值;此处为200g或500g..实验完毕;关闭电源FS。

实验一 金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点二、基本原理全桥测量电路中，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1234R R R R ∆=∆=∆=∆时，其桥路输出电压3o U EK ε=。

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都得到了改善。

三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。

四、实验步骤1.根据接线示意图安装接线。

2.放大器输出调零。

3.电桥调零。

4.应变片全桥实验数据记录如下表所示： 重量（g ） 0 20 40 60 80 100 120 140 电压（mv ）20.140.160.480.8100.8121.1141.2实验曲线如下所示：分析：从图中可见，数据点基本在拟合曲线上，线性性比半桥进一步提高。

5.计算灵敏度S=U/W ，非线性误差δ。

U=141.2mv ， W=140g ； 所以 S=141.2/140=1.0086 mv/g;m∆=0.1786g，y F S=140g，δ=⨯=0.1786/140100%06.利用虚拟仪器进行测量测量数据如下表所示：重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140电压（mv）-1.1 19.6 40.4 61.1 81.7 102.4 122.0 142.0 实验曲线如下所示：五、思考题1.测量中，当两组对边电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。

答：（2）不可以。

2.某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，能否及如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

答：能够利用它们组成电桥。

对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。

对于右边的一幅图，可以选取R3、R4接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。

实验四金属箔式应变片——全桥性能实验
一、实验目的
掌握全桥测量电路的原理及优点。

二、实验原理
全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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＝KE 。

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明显改善。

三、实验设备
THVZ-1型传感器实验箱中应变式传感器实验单元、砝码、万用表、信号调理挂箱、应变式传感器调理模块。

四、实验内容与步骤
根据4-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表；进行灵敏度和非线性误差计算。

图4-1 应变式传感器全桥实验接线图
五、实验注意事项
1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

实验一金属箔式应变片性能一单臂电桥一、实验目的：了解金属箔式应变片及单臂电桥的工作原理。

二、实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥工作原理：箔式应变片是最常用的测力传感元件，使用时应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测试体受力发生形变时，应变片的敏感栅长度也随同发生变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，将应变片电阻的变化变成电信号输出，完成力（非电量）与电量的转换。

差动电桥电路是应变片最常用的测量电路，当桥路4个电阻处于对臂阻值乘积相等时，电桥平衡，输出为零。

设：桥臂四个电阻分别是R1、R2、R3、R4，各电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，如:R1=R2=R3=R4=R、ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4=ΔR、ΔR＜＜R, 则：桥路输出电压（Vo）为：Vo=Vi×(ΔR1/R1+ΔR2/R2+ΔR3/R3+ΔR4/R4)/4 = Vi×(ΔR/R)/4，注：Vi——供桥电压，由此可知当使用一个应变片（单臂电桥）时：Vo=Vi（ΔR/R）/4；当使用二个应变片（半桥）时：Vo=Vi（ΔR/R）/2；当使用四个应变片（全桥）时：Vo=Vi（ΔR/R）；因此在差动电桥电路中单臂、半桥、全桥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、双孔悬臂梁称重传感器（998A 和N型适用）或应变悬臂梁（998B型适用）、砝码、F/V表。

四、旋钮初始位置：直流稳压电源置±4V档，F/V表置2V档，差动放大增益最大。

五、实验步骤：1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察称重传感器（998A和N型适用）或应变悬臂梁（998B型适用）上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。

上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。

2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器正（+）、负（-）端对地短接。

差动放大器输出端与F/V表的输入插口Vi相连；差动放大器增益旋至最大，开启主电源，然后调整差动放大器调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主电源。

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。

《传感器与检测技术》实验报告姓名：学号：院系：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器实验室：机械楼5楼同组人员：评定成绩：审阅教师：传感器第一次实验实验一 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及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形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。

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，通过它反映被测部位受力状态的变化。

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 1/4o U EK ε=，其中K 为应变灵敏系数，/L L ε=∆为电阻丝长度相对变化。

三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。

四、实验步骤1. 根据接线示意图安装接线。

2. 放大器输出调零。

3. 电桥调零。

4.应变片单臂电桥实验。

测得数据如下，并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线性拟合曲线：由matlab 拟合结果得到，其相关系数为0.9998，拟合度很好，说明输出电压与应变计上的质量是线性关系，且实验结果比较准确。

系统灵敏度S =ΔUΔW =0.0535V /Kg (即直线斜率)，非线性误差= Δm yFS =0.0810.7×100%=0.75%五、思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。

答：（1）负（受压）应变片；因为应变片受压，所以应该选则（2）负（受压）应变片。

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点二、基本原理全桥测量电路中，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1234R R R R ∆=∆=∆=∆时，其桥路输出电压3o U EK ε=。

南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（3）实验名称：金属箔式应变片传感器性能研究学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.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。

2.比较全桥、、半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

3.了解全桥测量电路的优点及其在工程测试中的实际应用。

二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、、数显电压表、±15V和±4V电源三、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组件，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。

通过这些应变片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。

1、单臂电桥实验如图1-1所示，R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥。

其输出电压()1211o R nU E R n ∆≈∙∙+ E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，上式表明单臂电桥输出为非线性，存在着非线性误差2、半桥差动电路如图1-2，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边。

图1-2电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为E 为电桥电源电压，上式表明，差动半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

3、全桥测量电路如图1-3，受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：11o R U E R ∆=E 为电桥电源电压，上式表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍。

四、实验内容：1、单桥性能测试（1）变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用多用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω.（2）从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端U02接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V，Rw4的位置确定后不能改动。

实验三项目名称:金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中,将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边,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= KE 。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱(一中应变式传感器实验单元,传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表(或虚拟直流电压表、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1.根据图3-1接线,实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1;进行灵敏度和非线性误差计算。

图3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1.不要在砝码盘上放置超过1kg的物体,否则容易损坏传感器。

2.电桥的电压为±5V,绝不可错接成±15V。

一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中,将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边,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=KE 。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱(一中应变式传感器实验单元,传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表(或虚拟直流电压表、±15V 电源、±5V 电源。

四、实验内容与步骤1.根据图3-1接线,实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1;进行灵敏度和非线性误差计算。

表3-1全桥输出电压与加负载重量值重量(g 204060 80 100 120 140 160 180 200 电压(mv 16 31 47 63 79 94 110 126 142158050100150200250020406080100120140160180电压(mv重量(g全桥时传感器的特性曲线图3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1.不要在砝码盘上放置超过1kg的物体,否则容易损坏传感器。

南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（3）实验名称：金属箔式应变片传感器性能研究学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.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。

2.比较全桥、、半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

3.了解全桥测量电路的优点及其在工程测试中的实际应用。

二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、、数显电压表、±15V和±4V电源三、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组件，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。

通过这些应变片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。

1、单臂电桥实验如图1-1所示，R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥。

其输出电压()1211o R nU E R n ∆≈∙∙+ E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，上式表明单臂电桥输出为非线性，存在着非线性误差2、半桥差动电路如图1-2，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边。

图1-2电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为E 为电桥电源电压，上式表明，差动半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

3、全桥测量电路如图1-3，受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：11o R U E R ∆=E 为电桥电源电压，上式表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍。

四、实验内容：1、单桥性能测试（1）变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用多用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω.（2）从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端U02接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V，Rw4的位置确定后不能改动。

金属箔式应变片交流全桥实验报告篇一：自动化传感器实验报告三__金属箔式应变片——全桥性能实验实验三项目名称：金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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＝KE?。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

图3-1 应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。

一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，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＝1KE?。

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明显改善。

三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、±15V电源、±5V电源。

四、实验内容与步骤1．根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

表3-1全桥输出电压与加负载重量值图3-1 应变式传感器全桥实验接线图2五、实验注意事项1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。

2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V。