应变片实验报告

1 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 ΔS，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 ΔR。对式（1－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有: SSLLRR （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 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101000 -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10002KRR10-6=0.002，电阻变化率只有 0.2%。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。 2 （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 URRRRRRRRU))((432142310 （1-3） 设电桥为单臂工作状态，即1R 为应变片，其余桥臂均为固定电阻。当1R 感受应变产生电阻增量 1R时，由初始平衡条件4231RRRR得3421RRRR ，代入式（1-3），则电桥由于 1R产生不平衡引起的输出电压为 URRRRRRURRRRU)()()(2122121122120 （1-4） 对于输出对称电桥，此时RRR21，43RRR´，当1R 臂的电阻产生变化 RR1，根据式（1-4）可得到输出电压为 KURRURRRRRRUU44)(20）（）（ （1-5） 对于电源电桥，RRR41...