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实验二 应变片单某某、半桥、全某某性能比较实验

一、实验目的：

1、掌握电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。

2、了解应变片单某某、半桥（双臂）及全某某工作特点及性能。

3、比较单某某、半桥、全某某输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

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。这种传感器是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。

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”。

应变灵敏度

应变灵敏度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。

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。

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（温某某、稳定性、线性度不好而且易某某）很少应用。一般半导体应变采用N型单某某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。

＊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。

(a) 丝式应变片? ????????????????????????????????????? ?(b) 箔式应变片

图1—1应变片结构图

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元件，与丝式应变片工作原理相同。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。

5、测量电路

为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 片：阻值变大，受压的应变片：阻值变小。）。

图1—4测量应变片的阻值示意图

3、实验模板中的差动放大器调零：按图1—5示意接线，将主机箱上的电压表量程切换

开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关；调节放大器的增益电位器RW3合适位置(先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈)后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。

图1—5差动放在器调零接线示意图

4、应变片单某某电桥实验：关闭主机箱电源，按照单某某电桥电路接线，将±2V～±10V可调电源调节到±4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。

表1 应变片单某某电桥性能实验数据

重量(g)

0























电压(mV)

0























5、根据表1数据作出曲线并计算系统灵敏度S＝ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS ×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：yFS满量程输出平均值，此处为200g。实验完毕，关闭电源。

6、应变片双臂电桥实验：按照半桥电路接线，其它按步骤4实验。读取相应的数显表电压值，填入表2中。

表2 应变片半桥性能实验数据

重量(g)

0























电压(mV)

0























7、根据表2实验数据作出实验曲线，计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。

8、应变片全某某电桥实验：接线按照全某某电路接，实验步骤与方法参照半桥电路实验，将实验数据填入表3作出实验曲线并进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕，关闭电源。

表3 应变片全某某性能实验数据

重量(g)

0























电压(mV)

0























根据实验所得的单某某、双臂和全某某输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。经实验验证阐述理由（注意：实验中的放大器增益必须相同）。

五、思考题：

1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在对边还是邻边。

2、测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全某某。

3、怎样应用应变片直流全某某做一个电子秤。

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