实验一应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等,在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”以圆柱形导体为例:设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为P时，根据电阻的定义式得L_L夙一一P2虫心(1—1)当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率P的变化为dL、dA、dP相应的电阻变化为dR。对式(1—1)全微分得电阻变化率dR/R为：(1—2)式中：dL/L为导体的轴向应变量£L；dr/r为导体的横向应变量牛由材料力学得：£L=-陆r(1—3)式中：卩为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3〜0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。将式(1—3)代入式(1—2)得：竺二〔1十细)F十空应P(1—4)式(1—4)说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变(几何效应)和本身特有的导电性能(压阻效应)。2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。（1）、金属导体的应变灵敏度K：主要取决于其几何效应；可取——口（1+2Q耳丘（1—5）其灵敏度系数为：K=—-=U+2Q金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。金属导体的电阻应变灵敏度一般在2左右。（2）、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/Rv~dp。半导体材料之所以具有较大的电阻变化率，是因为它有远比金属导体显著得多的压阻效应。在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理,使得它的电阻率发生变化,这种物理现象称之为半导体的压阻效应。不同材质的半导体材料在不同受力条件下产生的压阻效应不同，可以是正（使电阻增大）的或负（使电阻减小）的压阻效应。也就是说，同样是拉伸变形，不同材质的半导体将得到完全相反的电阻变化效果。半导体材料的电阻应变效应主要体现为压阻效应，其灵敏度系数较大，一般在100到200左右。3、贴片式应变片应用在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（压阻效应）传感器。大本实验以金属箔式应变片为研究对象。4、箔式应变片的基本结构金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成，如图1—1所示。I趴戍戏霍兀找匸U(b)半桥(c)全桥(a)单臂EE(b)、双臂(半桥)同理:UO~(1/2)«R/R)E=(1/2)K&E(C)、全桥同理:UO~(AR/R)E=K&E6、箔式应变片单臂电桥实验原理图孙动放人器—一弭E+4¥―图1—3应变片单臂电桥性能实验原理图图中R5、R6、R7为350Q固定电阻，Ri为应变片；Rwi和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源±4V。桥路输出电压UO~(1/4)(AR4/R4)E=(1/4)(AR/R)E=(1/4)K&E。差动放大器输出为VO。三、需用器件与单元：主机箱中的土2V〜±10V(步进可调)直流稳压电源、土15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码；4壬位数显万用表(自备)。2四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器(称重传感器)、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻...
