应变片实验报告.docx

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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 ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为
（ 1-1）
当金属电阻丝受到轴向拉力 F 作用时，将伸长 ΔL，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 Δρ，故引起电阻值变化 R。对式（ 1－ 1）全微分，并用相对变化量来表示，
则有 :
R
L
S
R
L
（ 1-2）
S
【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
10×10-6～3000×10-6 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。
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.z
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（ 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
U 0
R1R3
R2 R4
U
（ 1-3）
R2)(R3 R4)
( R1
设电桥为单臂工 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 R3 R2 R4 得 R1 R4 ，代入式（ 1-3），则电桥由于 R1 产生不平
R2
R3
衡引起的输出电压为
U 0
(R