金属箔式应变片单臂电桥性能实验

（1）实验目的

了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥的工作原理和性能。

（2）实验仪器

应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15 V、±5 V电源、万用表（自备）。

（3）实验原理

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

式中　——电阻丝电阻相对变化；

k——应变灵敏系数；

金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图7.3所示，将4个金属箔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，应变片随弹性体形变被拉伸或被压缩。

图7.3　双孔悬臂梁式称重传感器结构图

通过这些应变片转换弹性体被测部位的受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图7.4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，其输出电压为

式中　E——电桥电源电压。

式（7.24）表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为(www.xing528.com)

图7.4　单臂电桥面板接线图

（4）实验内容与步骤

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。

②差动放大器调零。从主控台接入±15 V、±5 V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，输出端Uo2接数显电压表（选择2 V挡）。调节电位器Rw3使电压表显示为0 V。关闭主控台电源。

③按图7.4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。

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5 min，先调节Rw1使电压表显示近似为零，再调节Rw4约中间位置。

备注：在后面的测量过程中不能再改变Rw1和Rw3。

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200 g砝码加完，记下实验结果，填入下表。

⑥实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

（5）实验报告

①根据实验所得数据计算系统灵敏度S＝ΔU／ΔW（ΔU为输出电压变化量，ΔW为质量变化量）。

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（200 g）输出平均值。

（6）注意事项

实验所采用的弹性体为双孔悬臂梁式称重传感器，量程为1 kg，最大超程量为120%。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！