金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
一、实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。 三、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：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，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
1-1
图1-2
通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压
Uo=
ER/R
（1-1）
1R4
12R
E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=
1R100%。 2R
四、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±15V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短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）
3．按图1-2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，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。
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
五、实验报告
根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差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（200g）输出平均值。 六、注意事项
加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、实验仪器：同实验一 三、实验原理：
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为
Uo=EKε/2 =
ER
（2-1） 2R
E为电桥电源电压，式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 四、实验内容与步骤
1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零，参考实验一步骤2。
3．按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。
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200g砝码加完，计下实验结果，填入下表，关闭电源。
五、实验报告
根据表2-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δ六、思考题
引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？
f2
金属箔式应变片――全桥性能实验
一、实验目的：
了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器：
同实验一。 三、实验原理：
全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KEε （3-1）
E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到
进一步改善。 四、实验内容与步骤
1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零，参考实验一步骤2。 3．按图 3-1接线， 将受力相反（一片受拉， 一片受压）的两对应变 片分别接入电桥的邻边。
4．加托盘后电桥调
零，参考实验一步骤4。 图3-1
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200g砝码加完，
计下实验结果，填入下表3-1，关闭电源。
五、实验报告
根据记录表3-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δ六、思考题
f3
比较单臂、全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。
金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
一、实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。 三、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：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，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
1-1
图1-2
通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压
Uo=
ER/R
（1-1）
1R4
12R
E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=
1R100%。 2R
四、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±15V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短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）
3．按图1-2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，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。
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
五、实验报告
根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差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（200g）输出平均值。 六、注意事项
加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二、实验仪器：同实验一 三、实验原理：
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为
Uo=EKε/2 =
ER
（2-1） 2R
E为电桥电源电压，式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 四、实验内容与步骤
1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零，参考实验一步骤2。
3．按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。
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200g砝码加完，计下实验结果，填入下表，关闭电源。
五、实验报告
根据表2-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δ六、思考题
引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？
f2
金属箔式应变片――全桥性能实验
一、实验目的：
了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器：
同实验一。 三、实验原理：
全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KEε （3-1）
E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到
进一步改善。 四、实验内容与步骤
1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零，参考实验一步骤2。 3．按图 3-1接线， 将受力相反（一片受拉， 一片受压）的两对应变 片分别接入电桥的邻边。
4．加托盘后电桥调
零，参考实验一步骤4。 图3-1
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200g砝码加完，
计下实验结果，填入下表3-1，关闭电源。
五、实验报告
根据记录表3-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δ六、思考题
f3
比较单臂、全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。