1、金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋、半橋、全橋性能實驗實驗時間第6周周六5、6節(jié)成績實驗項目名稱實驗地點綜合實驗樓C611/C612實驗指導(dǎo)教師雷璐寧一、實驗?zāi)康?、了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)；2、掌握單臂電橋、半橋、全橋的工作原理，比較其性能。二、實驗原理（或設(shè)計方案）電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為-kE（1-1）頊?zhǔn)街?為電阻絲電阻相對變化；k為應(yīng)變系數(shù)；AZ一為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件。如圖1-1所示， 將四個金屬箔應(yīng)變片（R1、R2、R3、R4）分別貼在雙桿式懸臂梁彈性體的

2、上下兩側(cè)，彈性 體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨懸臂梁形變被拉伸或被壓縮。圖1-1雙桿式懸臂梁稱重體感器結(jié)構(gòu)圖通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換懸臂梁被測部位受力狀態(tài)變化，可將應(yīng)變片串聯(lián)或并聯(lián)組成電 橋。如圖1-2信號調(diào)理電路所示，R5=R6=R7=R為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個單臂 電橋，其輸出電壓(1-2)E AR./R1 + -2 RE為電橋電源電壓；T I A/2L= 1a式1-2表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為 ：-圖1-2單臂電橋面板接線圖不同受力方向的兩只應(yīng)變片(R1、日2)接入電橋作為鄰邊，如圖1-3。電橋輸出靈 敏度提高，非線性得到改善，當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變系數(shù)也相同時，半橋的

3、輸 出電壓為芝旦=旦竺(1-3)22 R竺式中=為電阻絲電阻相對變化；k為應(yīng)變系數(shù)；_ A/ .一 為電阻絲長度相對變化；E為電橋電源電壓。式1-3表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。圖1-3半橋面板接線圖全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如 圖1-4，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo=ER式中E為電橋電源電壓。竺一 為電阻絲電阻相對變化；式1-4表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。圖1耳全橋面-板接線圖三、實驗儀器設(shè)備、材料雙桿式懸臂梁應(yīng)變傳感器、電壓溫度頻率表、直流穩(wěn)壓電源（4V）、差動放大器、

4、 電壓放大器、萬用表（自備）四、實驗步驟（或設(shè)計過程）懸臂梁上的各應(yīng)變片已分別接到面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量 判別，R1=R2=R3=R4=350Q。按圖1-2接好“差動放大器”和“電壓放大器”部分，將“差動放大器”的輸入端 短接并與地相連，“電壓放大器”輸出端接電壓溫度頻率表（選擇U），開啟直流電源開 關(guān)。將“差動放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器與“電壓放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器調(diào)至中間 位置（順時針旋轉(zhuǎn)到底后逆時針旋轉(zhuǎn)5圈），調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓溫度頻率表顯示為 零。關(guān)閉“直流電源”開關(guān)。（兩個增益調(diào)節(jié)電位器的位置確定后不能改動）調(diào)節(jié)千分尺（順時針向下、逆時針向上），使懸臂

5、梁處于平直狀態(tài)。按圖1-2接好所有連線，將應(yīng)變式傳感器R1接入“電橋”與R5、R6、R7構(gòu)成一個 單臂直流電橋。“電橋”輸出接到“差動放大器”的輸入端，“電壓放大器”的輸出接 電壓溫度頻率表。預(yù)熱兩分鐘。（直流穩(wěn)壓電源的GND1要與放大器共地）調(diào)節(jié)Rw1使電壓溫度頻率表顯示為零（選擇U）。移動千分尺向下移0.5mm，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次移動千分尺向下移0.5mm讀取相應(yīng) 的數(shù)顯表值，直到向下移動5mm，記錄實驗數(shù)據(jù)填入表1-1。將千分尺向上旋轉(zhuǎn)，使懸臂梁恢復(fù)平直狀態(tài)，按圖1-3接好所有連線，將受力相反 的兩只應(yīng)變片R1、R2接入電橋的鄰邊。再次調(diào)節(jié)Rw1使電壓溫度頻率表顯示為零。重復(fù)步驟6,測

6、量并記錄實驗數(shù)據(jù)填入表1-2。將千分尺向上旋轉(zhuǎn)，使懸臂梁恢復(fù)平直狀態(tài)，按圖1-4接好所有連線，將四個應(yīng)變 片接入電橋。再次調(diào)節(jié)Rw1使電壓溫度頻率表顯示為零。重復(fù)步驟6,測量并記錄實驗數(shù)據(jù)填入表1-3。實驗結(jié)束后，將千分尺向上旋轉(zhuǎn)，使懸臂梁恢復(fù)平直狀態(tài)，關(guān)閉實驗臺電源，整理 好實驗設(shè)備。五、實驗過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)(或設(shè)計計算、圖紙等)表1-1位移(mm)0.511.522.533.544.55電 U1(mV)1122233344線性度為0.08333。表1-2位移(mm)0.511.522.533.544.55電 U1(mV)1234566789線性度為。表1-3位移(mm)0.511.522.533.544.55電 U1(mV)245791113141618線性度為。六、實驗結(jié)果及分析（或設(shè)計總結(jié)）思考題：1、半橋測量時非線性誤差的原因是什么？答：電橋測量原理上存在非線性；應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)為非線性；調(diào)零值不是真正 為零。2、全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1 = R3, R2 = R4, 而R1尹R2時，是否可以組成全橋？答：不可以，因為此時電橋輸出電壓不為零，不能進行預(yù)調(diào)平衡?？偨Y(jié)：本次實驗中，由于儀器的原因，按照原定實驗步驟得出來的數(shù)據(jù)變化太小