实验一金属箔式应变片实验报告.docx
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实验一金属箔式应变片实验报告
实验一-金属箔式应变片实验报告
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
为电阻丝电阻的相对变化，
为应变灵敏系数，
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
O1
。
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
O2
。
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
O3
。
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）。
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BF1、BF2、BF3、BF4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，RBF1=RBF2=RBF3=RBF4=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。
记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
表1-1单臂电桥输出电压与加负载重量值
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
1.5
3.0
4.5
6.0
7.5
9.0
10.8
12.5
14
15.5
回程测量电压（mv）
5．根据表1-1计算系统灵敏度S，S=
（
输出电压变化量；
重量变化量）计算线性误差：
f1=
F•S×100%，式中
为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：
F•S满量程输出平均值，此处为200g测量出的电压。
由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下
（mv）
（g）
（1）计算系统灵敏度
Δu=1.5mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.075mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm =（0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5）/11=7.67mV
yFS=15.5mV
δf1 =Δm/yFS×100%=49.5%
五．思考题
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。
答：
正、负应变片都可以，因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响。
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
一．实验目的
比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。
二．基本原理
不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=
。
三．需要器件与单元
同实验一。
四．实验步骤
1．传感器安装同实验一。
做实验
（一）2的步骤，实验模块差动放大器调零（注意：
同时做实验一、二、三时，实验一调节差动放大器为零后，后面实验二、三不再调节差动放大器）。
2．根据图2-1接线。
BF1、BF2为CGQ-013实验模块左上方的应变片，注意BF2和BF1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。
接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表2-1，计算灵敏度S=
，非线性误差
f2。
表2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
21.0
24.0
27.0
30.0
回程测量电压（mv）
由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下：
（mv）
（g）
（1）计算系统灵敏度：
Δu=3mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.15mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm=（0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0）/11=15mV
yFS=30mV
δf2 =Δm / yFS×100%=50%
五．思考题
1．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：
（1）对边
（2）邻边。
答：
邻边。
2．桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：
（1）电桥测量原理上存在非线性
（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。
答：
电桥测量原理上存在非线性
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，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：
RBF1=RBF2=RBF3=RBF4，其变化值ΔRBF1=ΔRBF2=ΔRBF3=ΔRBF4时，其桥路输出电压Uo3=
。
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．需用器件和单元
同实验一。
四．实验步骤
1．传感器安装同实验一。
接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。
2．根据图3-2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）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
6.0
12.0
18.1
24.1
30.0
36.0
42.0
48.1
54.1
60.0
回程测量电压（mv）
由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下：
（mv）
（g）
（1）计算系统灵敏度：
Δu=6mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.3mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm=（0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+）/11=30.04mV
yFS=60mV
δf2 =Δm / yFS×100%=50%
五．思考题
1．全桥测量中，当两组对边（BF1、BF3为对边）电阻值R相同时，即RBF1=RBF3，RBF2=RBF4，而RBF1≠RBF2时，是否可以组成全桥：
（1）可以
（2）不可以。
答：
可以组成全桥电路。
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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻?
答：
将这两组应变片按照两个不同方向贴在棒材上，利用两组不同的测量值即可组成一
个全路电桥，不需要外加电阻。
实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
一．实验目的
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。
答：
全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍，也就是说，灵敏度：
全=2*半=4*单。
二．实验步骤
根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。
阐述理由（注意：
实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。
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