电子信息工程学系实验报告

课程名称：传感器与检测技术                              

实验项目名称： 实验（二）金属箔式应变片单臂半桥全桥 实验时间：2011.09.16       

班级：测控091                 姓名：陈云            学号：910707153      

                                                                                                                                             

实验目的:

验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

实验环境:

CSY-910型传感器实验仪：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。

实验内容及过程:

1、实验原理

已知单臂、半桥和全桥电路的ΣR分别为△R/R、2△R/R、4△R/R。根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于ΣR.E4，电桥灵敏度Ku=Uo/△R/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为E/4、E/2和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

2、旋钮初始位置

直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2v档，差动放大器增益打到最大。

3、实验步骤

(1)按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。

(2)使用一片应变片，组建单臂电桥。

按图l接线，图中Rx=R4为工作片，r及Wl为电桥平衡网络。完成接线与调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流电源打到±4V档，选择适当的放大增益，然后调节W1，使F/V显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。记下此时的测微头的初始刻度。（Rx接↑的应变片）

(3)旋动测微头的调节旋钮，记下梁自由端的位移和F/V表的示值。

旋转测微头，使梁移动，每隔1mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。

(4)使用两片应变片，组建差动半桥，保持放大器增益不变，重复步骤（3）过程，记下所测得数据。

将R3固定电阻换为与R4（取↑应变片）受力方向相反的另一应变片（↓应变片），即取两片受力方向不同应变片，形成半桥。调节测微头使梁到水平位置(目测)，调节电桥Wl使F/V表显示为零，重复(3)过程同样测得读数填入下表：

(5) 使用四片应变片，组建差动全桥，保持放大器增益不变，重复步骤（3）过程，再次记下所测得数据。

保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片(即Rl换成↓，R2换成↑)。组桥时，只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W，同样使F/V表显示零。重复(4)过程将读出数据填入下表：

(6)在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。

实验结果及分析：

单臂电桥测得数据：

差动半桥测得数据：

差动全桥测得数据：

在同一坐标纸上描出X-V曲线，以及比较三种接法的灵敏度

图中紫色所对应的直线是单臂电桥的情况，黄色是半臂电桥的情况，褐色是全桥的情况。通过比较可以发现它们的斜率依次是两倍的关系。通过本次实验验证了单臂时，Ku=E/4; 半桥时Ku=E/2;全桥时Ku=E.

实验心得：

经过此次的实验，让我们了解不同电桥的特性和实现方法，以及了解单臂电桥特性、差动半桥特性和差动全桥特性和他们各自的工作原理和工作情况。得知单臂电桥的灵敏度最低，差动半桥的灵敏度是单臂电桥的2倍和差动全桥的灵敏度为单臂电桥的4倍；以后的应用打下理论和实践基础。

附 录：

注意事项

(1)在更换应变片时应将电源关闭。

(2)在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。

(3)在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

(4)直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。

(5)接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

第二篇：实验一 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

实验一 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

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、基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时，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：

                          ΔR/R=Kε

式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。

    三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。

    四、实验步骤：

    1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。

                   

    2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。

    3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

          4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表（1-1）。

       表1-1：单臂测量时，输出电压与负载重量的关系：

5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变化量；ΔW重量变化量)，计算非线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%，式中Δm为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均值。

6、重复以上过程，分别测量半桥和全桥时电压的输出。

7、根据实验所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性误差，从理论上进行分析比较，阐述理由。