传感器与检测技术实践报告
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传感器与检测技术
实验报告
班级：
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2013年12月3日
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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，Vo1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
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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。
4、在传感器托盘上放置1只砝码，读取数显表显示值，依次增加砝码并读取相应的数
显表数值，记下实验结果填入表1-1。
图1-2 应变片传感器单臂电桥实验图
5、根据表1-1计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW（ΔV为输出电压平均变化量，ΔW为
重量变化量）；计算非线性误差：δf =Δm / yFS×100%，其中Δm为输出电压值（多次测量
为平均值）与拟合直线最大电压偏差量，yFS为满量程时电压输出平均值，这里YFS取200g
时对应的输出电压值。
五、实验结果分析与处理：
1、记录数显表数值如下：
表1-1：单臂测量时，输出电压与负载重量的关系：
重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
电压（mV） 9 17 25 34 42 50 58 66 75 85
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2、由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下：
图1-3 单臂电桥传感器特性曲线
由图可知，传感器特性曲线呈非线性，因为电阻变化率ΔR/R不完全是线性的。
3、（1）计算系统灵敏度：
ΔV=（17-9）+（25-17）+•••+（85-75）/9=（85-9）/9=8.44mV
ΔW=20g
S=ΔV/ΔW=0.422mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm =（9+17+25+34+42+50+58+66+75+85）/10=46.1mV
yFS=85mV
δf =Δm / yFS×100%=54.2%
单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片可选用正（受拉）应变片或者负（受拉）应变片，
因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响。
六、实验心得小结
使我了解了金属箔式应变片的应变效应且掌握了单臂电桥工作原理和性能。
