应变片单臂电桥性能实验Word格式.docx
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由材料力学得：
εL=-μεr
（1—3）
4）
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
（1—5）
其灵敏度系数为：
K=
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。
金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。
3、贴片式应变片应用
在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。
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。
＊本实验以金属箔式应变片为研究对象。
4、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
的金属丝或金属箔制成，如图1—1所示。
（a）丝式应变片
（b）箔式应变片
图1—1应
（a）、单臂
Uo＝U①－U③
＝〔（R1＋△R1）／（R1＋△R1＋R5）－R7／（R7＋R6）〕E
＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E
设R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K为灵敏度系数。
则Uo≈（1／4）（△R1／R1）E＝（1／4）（△R／R）E＝（1／4）KεE
（b）、双臂（半桥）
同理:
Uo≈（1／2）（△R／R）E＝（1／2）KεE
（C）、全桥
Uo≈（△R／R）E＝KεE
6、箔式应变片单臂电桥实验原理图
图1—3应变片单臂电桥性能实验原理图
图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻，R1为应变片；
RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源±
4V。
桥路输出电压Uo≈（1／4）（△R4／R4）E＝（1／4）（△R／R）E＝（1／4）KεE。
差动放大器输出为Vo。
三、需用器件与单元：
主机箱中的±
2V～±
10V（步进可调）直流稳压电源、±
15V直流稳压电源、电压表；
应变式传感器实验模板、托盘、砝码；
4位数显万用表（自备）。
四、实验步骤：
应变传感器实验模板说明：
应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。
实验模板中的R1（传感器的左下）、R2（传感器的右下）、R3（传感器的右上）、R4（传感器的左上）为称重传感器上的应变片输出口；
没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；
R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。
加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。
多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。
图1—4传感器托盘安装示意图
2、测量应变片的阻值：
当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4
的阻值。
在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片：
阻值变大，受压的应变片：
阻值变小。
）。
图1—5测量应变片的阻值示意图
3、实验模板中的差动放大器调零：
按图1—6示意接线，将主机箱上的电压表量程切换
开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；
调节放大器的增益电位器RW3合适位置（先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈）后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
图1—6差动放在器调零接线示意图
表1应变片单臂电桥性能实验数据
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
电压（mV）
0.2
-4.4
-9.1
-13.8
-18.6
-23.5
-23.7
-28
5、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度S＝ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS×
100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：
yFS满量程输出平均值，此处为200g。
实验完毕，关闭电源。
一、数据分析：
1.根据实验数据，通过计算，得到了相关数据和画出了最小二乘拟合曲线
2.计算灵敏度S=△U/△W
△U=-5.3mv△W=20g∴S=-0.192
δ=△m/yFs×
100%=2.063/-28×
100%=7.36%
3.问题与讨论：
分析实验的不足之处以及如何改进，回答实验手册文档上的思考题
1.
在实验中，调零可能会有误差
2.
称量时，会有人为的因素在里面，会导致误差
实验二应变片半桥性能实验
了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。
掌握测量方法。
应变片基本原理参阅实验一。
应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。
不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。
其桥路输出电压Uo≈（1／2）（△R／R）E＝（1／2）KεE。
图2—1应变片半桥特性实验原理图
应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
1、按实验一（单臂电桥性能实验）中的步骤1和步骤3实验。
2、关闭主机箱电源，除将图1—7改成图2—2示意图接线外，其它按实验一中的步骤4实验。
读取相应的数显表电压值，填入表2中。
图2—2应变片半桥实验接线示意图
表2应变片半桥实验数据
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-0.3
8.9
19.0
25.8
36.3
44.8
54.7
64.9
75.5
85.5
0.1
9.2
19.3
25.1
36.6
45.2
56.0
65.3
76.5
85.7
3、根据表2实验数据作出实验曲线。
五、思考题：
半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：
答：
在临边。
因为在临边时,中点的电位变化的才能和另外的参考点进行比较,如果不在临边,也就会出现当两个应变片都发生变化时,与他们对应电阻的电位差可能会出现0的情况.
实验三应变片全桥性能实验
了解应变片全桥工作特点及性能。
应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。
应变片全桥测量电路中，将应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，其桥路输出电压Uo≈（△R／R）E＝KεE。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。
图3—1应变片全桥特性实验接线示意图
三、需用器件和单元：
实验步骤与方法（除了按图3—2示意接线外）参照实验二，将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。
图3—2应变片全桥性能实验接线示意图
表3全桥性能实验数据
根据表3实验数据作出实验曲线。
测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：
可以的.当两对边电阻相等时,电桥平衡.
实验五应变片直流全桥的应用—电子秤实验
了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
常用的称重传感器就是应用了箔式应变片及其全桥测量电路。
数字电子秤实验原理如图5—1。
本实验只做放大器输出Vo实验，通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。
图5—1数字电子称原理框图
1、按实验一中的1和3步骤实验。
2、关闭主机箱电源，按图3—2（应变片全桥性能实验接线示意图）示意接线，将
±
10V可调电源调节到±
4V档。
检查接线无误后合上主机箱电源开关，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；
3、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V（2V档测量）。
4、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.000V。
5、重复3、4步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，将砝码依次放在托盘上称重；
放上笔、钥匙之类的小东西称一下重量。
五、实验数据
六、实验分析
1．根据实验数据，绘制传感器的特性曲线。
2．分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采取哪些措施。
环境因素和实验器材的校正不准会导致非线性误差增大。
通过多次校正，调节变位器可消除或减少误差。
若要增加输出灵敏度可增加相形放大电路
实验九 压阻式压力传感器压力实验
一、实验目的
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。
二、实验仪器
压力传感器、气室、气压表、差动放大器、电压放大器、电压温度频率表
三、实验原理
在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，可以制备各种压力传感器。
摩托罗拉公司设计出X形硅压力传感器，如图7-1所示，在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。
将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。
扩散硅压力传感器的工作原理如图7-1，在
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