应变片实验报告.doc

应变片实验报告.doc1
传感器实验----
金属箔式应变片：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、砝码、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 AL,横截面积相应减小 AS,电阻率因晶格变化
等因素的影响而改变 则有：
Ap故引起电阻值变化 职。对式（1- 1）全微分，并用相对变化量来表示，
(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 10X10-6〜3000X10-6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门，灵敏度系数 K=2,则电阻的
"I \ -6 ,. ,,
相对变化量为 Ki=2 1000 10 =，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。
2
■ouno
buoQ
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)
R1 R3 - R2R4
(Ri R2XR3 - R4)
设电桥为单臂工 一作状态，即R1为应变片，其余桥臂均为固定电阻。 当R1感受应变产生电阻增
量：R1时，由初始平衡条件
R1
R1R3 = R2 R4 得
R2
R4，代入式(1-3),则电桥由于
R3
■ ：R1产生不平
#
#
衡引起的输出电压为
Uo
R2
(R1
R1 R2 R1
(-)U
R2
2
(R1 R2)
(1-4)
对于输出对称电桥，此时 R
R2 二 R，
R3
*4 =R',
当R1臂的电阻产生变化
#
#
根据式(1-4)可得到输出电压为
RR iR
U 0 =U J ■)
(R +R) R
U -R
_( )=
4 R
(1-5)
#
#
对于电源电桥，R^R^R ,
R2 =R3二R '，当R1臂产生电阻增量 ：R^ R时，由式(1-4)
9
RR' . ：R RR '
2( )=U 2 K ；
(R R') R (R R')
(1-6)
对于等臂电桥 只勺=R2 =R3 =R4 =R，当R,的电阻增量
.：R^