单臂电桥性能实验报告.docx
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单臂电桥性能实验报告
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单臂电桥性能实验报告
篇一：
单臂电桥性能实验报告
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：
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：
?
R/R?
K?
式中?
R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，?
?
?
l/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。
单臂电桥输出电压uo1?
eK?
/4。
三、需用器件与单元：
应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±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R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
图1-1应变式传感器安装示意图
2、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，将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。
检查接线无误后，合上主控箱电源开关。
调节Rw1，使数显表显示为零。
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在电子秤上放置一只砝码，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500g（或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
5、根据表1-1计算系统灵敏度s，s=?
u/?
w（?
u输出电压变化量；?
w重量变化量）计算线性误差：
?
f1=?
m/yF?
s×100%，式中?
m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：
yF?
s满量程输出平均值，此处为500g或200g。
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。
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=eK?
/2。
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。
2、根据图1-3接线。
R1、R2为实验模块左上方的应变片，注意R2应和R1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1-2，计算灵敏度s=?
u/?
w，非线性误差?
f2。
若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。
接主控箱电接数显表
源输出Vi地接主控箱电
源输出
图1-3应变式传感器半桥实验接线图
表1-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值
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。
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。
篇二：
自动化传感器实验报告一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
广东技术师范学院实验报告
学院：
自动化专业：
自动化姓名：
实验地点：
学号：
实验日期：
班级：
08自动化组
别：
成
绩：
组员：
指导教师签名：
实验一项目名称：
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
金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：
R?
?
l
（1）s
当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?
l，横截面积相应减小?
s，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变?
?
，故引起电阻值变化?
R。
对式
（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：
?
R?
l?
s?
?
（2）?
?
?
Rls?
式中的?
l为电阻丝的轴向应变，用?
表示，常用单位?
?
（1?
?
=1×10?
6）。
若径向应变为?
r
，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比?
表示为
?
?
?
?
，因为?
s=2（?
），则
（2）式可以写成：
（?
）?
R?
l?
?
?
?
?
?
l?
l（3）
?
1?
2?
）?
?
（1?
2?
?
?
k0Rl?
?
lll
式（3）为“应变效应”的表达式。
k0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2?
），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是?
?
，是
?
?
）
材料的电阻率?
随应变引起的（称“压阻效应”）。
对于金属材料而言，以前者为主，则
k0?
1?
2?
，对半导体，k0值主要是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明，在金属丝拉
伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。
通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。
通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值?
，而根据应
力应变关系：
?
?
e?
（4）
式中σ——测试的应力；
e——材料弹性模量。
可以测得应力值σ。
通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。
电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。
三、需用器件与单元
传感器实验箱
（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件。
四、实验内容与步骤
1．应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实验箱
（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。
R4
R3
R1
R2
图1-1应变式传感器安装示意图
2．把?
15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：
将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端uo2接直流电压表，调节实验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。
（注意：
当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。
）
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
3．按图1-2将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±5V，如图1-2所示。
检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节Rw1，使直流电压表显示为零。
4．在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后每次增加一个砝码并读取相应的测量值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
5.根据表1-1计算系统灵敏度s?
?
u/?
w（?
u输出电压的变化量，?
w重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yFs×100％式中?
m（多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差：
yFs满量程输出平均值,此处为200g。
解：
s=200/47=4.225δf1=Δm/yFs×100％=2/200×100％=1％
五、思考题
1．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、负应变片均可以。
答：
应选用正应变片。
六、实验报告要求
1．记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。
2．从理论上分析产生非线性误差的原因。
答：
产生非线性误差的原因：
电阻变化率△R/R不可能完全成线性增加。
广东技术师范学院预习报告
学院：
自动化专业：
自动化姓名：
实验地点：
学号：
实验日期：
班级：
08自动化组
别：
成
绩：
组员：
指导教师签名：
实验一项目名称：
金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
四、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。
五、基本原理
金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表达式为：
R?
?
l
（1）s
当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?
l，横截面积相应减小?
s，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变?
?
，故引起电阻值变化?
R。
对式
（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：
?
R?
l?
s?
?
（2）?
?
?
Rls?
式中的?
l为电阻丝的轴向应变，用?
表示，常用单位?
?
（1?
?
=1×10?
6）。
若径向应变为?
r
，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比?
表示为
?
?
?
?
，因为?
s=2（?
），则
（2）式可以写成：
（?
）?
R?
l?
?
?
?
?
?
l?
l（3）
?
1?
2?
）?
?
（1?
2?
?
?
k0Rl?
?
lll
式（3）为“应变效应”的表达式。
k0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2?
），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是?
?
，是
?
?
）
材料的电阻率?
随应变引起的（称“压阻效应”）。
对于金属材料而言，以前者为主，则
k0?
1?
2?
，对半导体，k0值主要是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明，在金属丝拉
伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。
通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。
用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。
通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值?
，而根据应
力应变关系：
?
?
e?
（4）
式中σ——测试的应力；
e——材料弹性模量。
可以测得应力值σ。
通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。
电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。
六、需用器件与单元
传感器实验箱
（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件。
四、实验内容与步骤
1．应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实验箱
（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。
R4
R3
R1
R2
图1-1应变式传感器安装示意图
2．把?
15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：
将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端uo2接直流电压表，调节实验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。
（注意：
当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。
）
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
篇三：
实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
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，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。
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，如图1-1所示，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。
图1-1
图1-2
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，如图1-2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uo=e?
R/R（1-1）?
1?
R41?
?
2R
e为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=?
1?
R?
?
100%。
2R
四、实验内容与步骤（略）
五、实验报告
根据表1－1计算系统灵敏度s＝Δu/Δw（Δu输出电压变化量，Δw重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..s×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；yF·s为满量程（200g）输出平均值。
六．数据处理
１．实验数据如下表所示：
表1－1
２．最小二乘法计算如下所示：
３．数据计算结果
（1）由上图可得系统灵敏度：
s=ΔV/Δw=1.243mV/g
（2）由上图可得非线性误差：
Δm=0.527mV（最大的点）yFs=249mV
δf=Δm/yFs×100%=0.21%
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