一、实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理
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元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。
三、实验器材
主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 图2-1 应变式传感器安装示意图
如图2-1，将托盘安装到应变传感器的托盘支点上，应变式传感器（电子秤传感器）已安装在应变传感器实验模板上。传感器左下角应变片为R1，右下角为R2，右上角为R3，左上角为R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值减小。
如图2-2，应变传感器实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片。没有文字标记的5 个电
阻是空的，其中4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设的。传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。可用万用表进行测量判别，常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。
四、实验步骤
1、根据图2-3 工作原理图、图2-2 接线示意图安装接线。
图2-2 应变传感器实验模板、接线示意图
图2-3 单臂电桥工作原理图
2、放大器输出调零:将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3 大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2 圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V 档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
3、电桥调零:拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原。调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使电压表显示为零。
4、应变片单臂电桥实验:在应变传感器的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（或500 g）砝码加完。实验结果填入表2-1，画
出实验曲线。
表2-1
重量(g) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
电压(mv) | 5 | 10 | 15 | 20 | 26 | 31 | 36 | 42 | 47 | 52 |
| | | | | | | | | | |
5、根据表2-1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU为输出电压变化量，ΔW 为重量变化量）
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为满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
解：S=5/20=0.25 δf1=Δm/yFS ×100％=2/200×100％=1％
实验完毕，关闭电源。
*6、利用虚拟仪器进行测量。
五、思考题
单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）
应变片（3）；正、负应变片均可以。
答：应选用正应变片。
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、基本原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2＝EKε／2。
三、实验器材
主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
图2-4 半桥工作原理图
图2-5 应变传感器实验模板、接线示意图
四、实验步骤
1、根据图2-4 工作原理图、图2-5 接线示意图安装接线。
2电阻丝、放大器输出调零 : 将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，用导线将两输入口短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2 圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
3、电桥调零 : 恢复实验模板上放大器的两输入口接线，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。
4、应变片半桥实验 : 在应变传感器的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（或500 g）砝码加完。实验结果填入表2-2，画出实验曲线。
表2-2
重量(g) | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
电压(mv) | 11 | 22 | 33 | 44 | 54 | 65 | 76 | 87 | 98 | 109 |
| | | | | | | | | | |
5、计算灵敏度S＝U／W，非线性误差δ。
S＝U／W=11/20=0.55
δ=(1/109)*100%=0.091%
6、实验完毕，关闭电源。
*7、利用虚拟仪器进行测量。
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：(1)对边；(2)邻边。
答: 邻边。
2、半桥测量时，两片相同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：(1)对边；(2)邻边。
答: 对边。
3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性；(2)
应变片应变效应是非线性的；(3)调零值不是真正为零。
答:电桥测量原理上存在非线性。
实验三 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、基本原理
全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值R1＝R2＝R3＝R4、其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uo3＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
三、实验器材
主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
图2-6 全桥工作原理图
图2-7 应变传感器实验模板、接线示意图
四、实验步骤
1、根据图2-6 工作原理图、图2-7 接线示意图安装接线。
2、差动放大器调零 : 将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，用导线将两输入口 短接(Vi＝0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2 圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
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