应变片实验报告.docx

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 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Ap故引起电阻值变化AR。对式（1 — 1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：
(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，灵敏度系数K=2，则电阻的
R
相对变化量为 r K 2 1000 10-6=，%。这样小的电阻变化，用一 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。
(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 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
可以认为电桥的负载电阻为无穷大，这时电桥
RR R R 1 3 2 4 (RI R2XR3R4)
(1-3)
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
Ri时，由初始平衡条件R1R3
r2r4 得^
t，代入式
(1-3)，则电桥由于
R1产生不平
衡引起的输出电压为
R2
(Ri R2)2
R1U
R1 R2
(R1 R2)2
(1-4)
对于输出对称电桥，此时
R1 R2
R，R3
R4 R',当R1臂的电阻产生变化
R1 R,
根据式(1-4)可得到输出电压为
(1-5)
RR
(R R)2
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）
u
。
RR'
U(R R') R 2(
R )U
RR'
2k (R R') 2
(1-6)
对于等臂电桥
R R2 R3
2 3
R4
R，当R1的电阻增量 R1
R时，由式（1-10）可得输
出电压为
U o
(1-7)
由上面三种结果可