1、實驗 A 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理：電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數,=L/L為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它轉換被測部位受力狀態變化。電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應的受力狀態。對單臂電橋輸出電壓 Uo1= EK/4。三、需用器件與單元：主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應變式傳感

2、器實驗模板、托盤、砝碼、4位數顯萬用表（自備）。圖1 應變片單臂電橋性能實驗安裝、接線示意圖四、實驗步驟：應變傳感器實驗模板說明：實驗模板中的R1、R2、R3、R4為應變片，沒有文字標記的5個電阻符號下面是空的，其中4個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設，圖中的粗黑曲線表示連接線。1、根據圖1應變式傳感器（電子秤傳感器）已裝于應變傳感器模板上。傳感器中4片應變片和加熱電阻已連接在實驗模板左上方的R1、R2、R3、R4和加熱器上。傳感器左下角應變片為R1；右下角為R2；右上角為R3；左上角為R4。當傳感器托盤支點受壓時，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值減小，可用四位半數顯萬用進行測量判別。

3、常態時應變片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。安裝接線。 2、放大器輸出調零：將圖1實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，再用導線將兩輸入端短接(Vi0)；調節放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；調節實驗模板放大器的調零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、應變片單臂電橋實驗：拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時脫開的引線復原(見圖1接線圖)。調節實驗模板上的橋路平衡電位器RW1，使主機箱電壓表顯示為零；在應變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到

4、200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結果填入表1畫出實驗曲線。表1重量(g)電壓(mv)4、根據表1計算系統靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差，=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實驗完畢，關閉電源。五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片（2）負（受壓）應變片（3）正、負應變片均可以。 實驗 B 金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的：比較半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、基本原理：不同受力方向的兩只應變片接入電

5、橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓UO2EK2。三、需用器件與單元：主機箱、應變式傳感器實驗模板、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、將托盤安裝到應變傳感器的托盤支點上。將實驗模板差動放大器調零：用導線將實驗模板上的±15v、插口與主機箱電源±15v、分別相連，再將實驗模板中的放大器的兩輸入口短接(Vi0)；調節放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；調節實驗模板放大器的調零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖2 應變式傳感器半橋接

6、線圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據圖2接線。注意R2應和R3受力狀態相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。調節實驗模板上的橋路平衡電位器RW1，使主機箱電壓表顯示為零；在應變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗數據填入表2畫出實驗曲線，計算靈敏度S2UW，非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。表2重量電壓三、思考題：1、半橋測量時兩片不同受力狀態的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊（2）鄰邊。2、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原

7、理上存在非線性（2）應變片應變效應是非線性的（3）調零值不是真正為零。實驗 C 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的：了解全橋測量電路的優點。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應變片接入電橋對邊，相反的應變片接入電橋鄰邊。當應變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、需用器件和單元：同實驗二。四、實驗步驟：1、將托盤安裝到應變傳感器的托盤支點上。將實驗模板差動放大器調零：用導線將實驗模板上的±15v、插口與主機箱電源±15v、分別相連，再將實驗模板

8、中的放大器的兩輸入口短接(Vi0)；調節放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；調節實驗模板放大器的調零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖31 全橋性能實驗接線圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據圖31接線。實驗方法與實驗二相同，將實驗數據填入表3畫出實驗曲線；進行靈敏度和非線性誤差計算。實驗完畢，關閉電源。表3重量電壓五、思考題：1、測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。2某工程技術人員在進行材料拉力測

9、試時在棒材上貼了兩組應變片，如圖32，如何利用這四片應變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖32應變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖實驗D 金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實驗目的：比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應的結論。二、基本原理：如圖4 （a）、（b）、（c） （a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖4 應變電橋（a）、U0UU(R1R1)(R1R1R2)R4(R3R4)E （1R1R1）（1R1R1R2R2）（R4R3）（1R4R3）E設R1R2R3R4，且R1R11。U0(14)(R1R1)E所以電橋的電壓靈敏度:SU0(R1R1)kE(14)E(b)、同理:

10、U0(12)(R1R1)ES(12)E(C)、同理:U0(R1R1)E SE三、需用器件與單元：主機箱、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼。四、實驗步驟：根據實驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進行分析比較。闡述理由（注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同）。實驗完畢，關閉電源。實驗 E 直流全橋的應用電子秤實驗一、實驗目的：了解應變直流全橋的應用及電路的標定。二、基本原理：數字電子秤實驗原理如圖5，全橋測量原理。本實驗只做放大器輸出UO實驗，通過對電路調節使電路輸出的電壓值為重量對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺原始電子秤。圖5 數字電子稱原

11、理框圖三、需用器件與單元：主機箱、應變式傳感器實驗模板、砝碼。四、實驗步驟：1、實驗模板差動放大器調零：將實驗模板上的±15v、插口與主機箱電源±15v、分別相連。用導線將實驗模板中的放大器兩輸入口短接(Vi0)；調節放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；調節實驗模板放大器的調零電位器RW4，使電壓表顯示為零。按圖31直流全橋接線，合上主機箱電源開關，調節電橋平衡電位RW1，使數顯表顯示0.00V。2、將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節電位器RW3（增益即滿量程調節）使數顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或0.2