实验一 金属箔式应变片
单臂、半桥、全桥性能比较实验
一、实验目的
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性误差，得出相应的结论。
二、实验原理
电阻丝在外力作用下发生机械形变时，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
（1）
式中
为电阻丝电阻相对变化；
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
钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程
制成的应变敏感组件。如图1所示，将四个金属箔式应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，则应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1 应变式传感器安装示意图
三、主要实验设备
1．应变传感器实验模块
2．托盘
3．砝码
4．±15V、±4V电源
5．直流电压表
6. 万用表（自备）
四、实验内容
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图2所示R5=R6=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压
（2）
其中，
为电桥电源电压。
2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo接数显电压表（选择2V档）。将电位器调节放大倍数的Rw4调到适当位置（注意：不能置于逆时针最小位置！），调节电位器Rw3使电压表显示为0V。关闭主控台电源（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）。
3．按图2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
图2 单臂电桥面板接线图
4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。
5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1。
表1 单臂、半桥、全桥测量时，输出电压与砝码重量的关系
重量(g)
电压(mV)
单臂
半桥
全桥
6．不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为
（3）
式3表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
保持Rw3、Rw4的位置不变，按图3接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边；加托盘后调节Rw1将电桥调零；在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1。
图3 半桥电桥面板接线图
7．全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图4，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出
Uo=
（4）
式中
为电桥电源电压；
为电阻丝电阻相对变化。
式4表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。
保持Rw3、Rw4的位置不变，按图4接线，将四只应变片接入电桥，始终保持相邻的两只应变片受力方向相反；加托盘后调节Rw1将电桥调零；在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表1。
8．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
图4 全桥电桥面板接线图
五、实验
总结
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1．根据实验所得数据计算单臂系统灵敏度S1＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）。
2．计算单臂电桥的非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％。
式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·S为满量程（200g）输出平均值。
3．根据所得实验数据，计算半桥的灵敏度S2和非线性误差δf2。
4．根据实验数据，计算全桥的灵敏度S3和非线性误差δf3。
5．比较三种电桥的灵敏度和非线性误差。将得到的结论与理论计算进行比较。
六、预习及思考
1．预习教材中有关电阻应变传感器的内容。
2．引起半桥测量的非线性误差原因是什么？
3．半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？
4．某
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
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。
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