实验一金属箔式应变片实验报告Word文件下载.docx

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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）

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

电压（mv）

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

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。

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

12.0

15.0

18.0

21.0

24.0

27.0

30.0

由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下：

（g）

（1）计算系统灵敏度：

Δu=3mV 

S=Δu/ΔW=0.15mV/g 

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% 

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。

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。

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

了解全桥测量电路的优点。

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

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

18.1

24.1

36.0

42.0

48.1

54.1

60.0

由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下：

Δu=6mV 

S=Δu/ΔW=0.3mV/g 

Δm=（0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+）/11=30.04mV 

yFS=60mV 

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。

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?

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

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。

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）。