传感器实验-——-金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较【实验目得】了解金属箔式应变片，单臂单桥得工作原理与工作情况。验证单臂、半桥、全桥得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， 重物加在短小得圆盘上。【旋钮初始位置】直流稳压电源打到±2 Ｖ挡,电压/频率表打到 2V 挡,差动放大增益最大.【应变片得工作原理】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,这种现象称为金属得电阻应变效应。设有一根长度为Ｌ、截面积为 S、电阻率为 ρ 得金属丝，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得影响而改变 Δρ，故引起电阻值变化 Δ Ｒ。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】应变片测量应变就是通过敏感栅得电阻相对变化而得到得。通常金属电阻应变片灵敏度系数 K很小,机械应变一般在 1 ０×１ 0－6～３ 000×1 ０－６之间，可见,电阻相对变化就是很小得。例如,某传感器弹性元件在额定载荷下产生应变-6，应变片得电阻值为,灵敏度系数Ｋ=2,则电阻得相对变化量为1 ０—6=0、００２，电阻变化率只有 0、２％。这样小得电阻变化，用一般测量电阻得仪表很难直接测出来,必须用专门得电路来测量这种微弱得电阻变化。最常用得电路为电桥电路。 （a)单臂 (b)半桥 (ｃ）全桥图 1—1 应变电桥直流电桥得电压输出当电桥输出端接有放大器时,由于放大器得输入阻抗很高,所以,可以认为电桥得负载电阻为无穷大，这时电桥以电压得形式输出。输出电压即为电桥输出端得开路电压,其表达式为 (1-3)设电桥为单臂工作状态，即为应变片,其余桥臂均为固定电阻。当感受应变产生电阻增量 时,由初始平衡条件得,代入式(1—3)，则电桥由于 产生不平衡引起得输出电压为 （1－４）对于输出对称电桥，此时,Ｒ´，当臂得电阻产生变化 ，根据式（1-4)可得到输出电压为 (1—5)对于电源电桥，，´,当 R1 臂产生电阻增量时，由式(１-４）得 (１-６) 对于等臂电桥，当得电阻增量 时,由式(1—10)可得输出电压为 (１—7)由上面三种结果可以瞧出，当桥臂应变片得电阻发生变化时,电桥得输出电压也随着变化。当 时，电桥得输出电压与应变成线性关系。还可以瞧出,在桥臂电阻产生相同变化得情况下，等臂电桥以及输...
