应变片实验报告x.doc

应变片实验报告x
传感器实验----
金届箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
【实验目的】
了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
【所需单元及部件】
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、缺码、一片应变片、电压 /频率表、电
源，重物加在短小的圆盘上。
【旋钮初始位置】
直流稳压电源打到±2V挡，电压/频率表打到2V挡，差动放大增益最大。
【应变片的工作原理】
当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变 效应。
设有一根长度为 L、截面积为S、电阻率为p的金属丝，在未受力时，原始电阻为
当金属电阻丝受到轴向拉力 F作用时，将伸长 业，横截面积相应减小 您,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 四。对式（1 — 1）全微分，并用相对变化量来表示，则 有：
旦 _L _S
旦 _L _S
R L S
(1-2)
【测量电路】
应变片测量应变是通过敏感栅的电阻相对变化而得到的。通常金属电阻应变片灵敏度系数 K很
小，机械应变一般在 10X10-6?3000刈0-6之间，可见，电阻相对变化是很小的。例如，某传感器弹性 元件在额定载荷下产生应变 1000 10-6,应变片的电阻值为120 ，灵敏度系数 K=2,则电阻的
相对变化量为 —R K 2 1000 10-6=，电阻变化率只有 %。这样小的电阻变化，用一
R
般测量电阻的仪表很难直接测出来，必须用专门的电路来测量这种微弱的电阻变化。最常用的电路 为电桥电路。
[iuoQoLho(a)单臂(b)
[iuoQ
oLho
(a)单臂
(b)半桥
(c)全桥
图1-1 应变电桥
直流电桥的电压输出
当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以，可以认为电桥的负载电阻为 无穷大，这时电桥以电压的形式输出。输出电压即为电桥输出端的开路电压，其表达式为
(1-3)R1R3 R2R4 u
(1-3)
(Ri R2XR3 R4)
设电桥为单臂工 -作状态，即R为应变片，其余桥臂均为固定电阻。 当R感受应变产生电阻增
量尺时，由初始平衡条件R1R
量尺时，由初始平衡条件
R1R3 R2 R4 得
R
R2
坦，代入式(1-3),贝U电桥由于 R产生不平
R3
衡引起的输出电压为
R2U 0 2―2 R
R2
U 0 2―2 R1U
(R1 R2)
R1 R2
(R1 R2)2
R1 ..
(M)u
R2
(1-4)
对于输出对称电桥，此时
R2
R4
R ,当R〔臂的电阻产生变化
R1 R,
根据式(1-4)可得到输出电压为
U。
U一
U。
U
一RR
(R
Uk
4
(1-5)
对于电源电桥，R1 R4 R , R2 R3 R ,当R1臂产生电阻增量 R1 R时，由式(1-4)
RR (RR )2亨）URR (R R )2(1-6)
RR
(R
R )2
亨）U
RR
(R R )2
(1-6)
对于等臂电桥R
R2 R3 R4 R，当Ri的电阻增量
R1 R时，由式（1-1