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、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，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为 式中为电阻丝电阻相对变化；
为应变灵敏系数；
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。通过它转换被测部位受力状态变化、电桥等作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压。
三、需用仪器与单元：
应变传感器实验模块、应变式传感器、砝码、直流电压表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤：
应变感器实验模块说明：应变传感器实验模块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）为称重传感器的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥连接方便而设；R5、R6、R7是350固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其他桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时使用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时使用。
1、将托盘安装到传感器上，如图1-1所示。
图1-1传感器托盘安装示意图
2、测量应变片的阻值：当传感器上的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4的阻值。在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化，分析应变片的受力情况（受拉的应变片：阻值变大，受压的应变片：阻值变小。）。
图1-2 测量应变片的阻值示意图
3、实验模板中差动放大器调零：按图1-3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控台电源开关，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1-3 差动放大器调零接线示意图
4、应变片单臂电桥实验：关闭主机箱电源，按实验指导书上图1-4示意图接线，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应变片单臂电桥性能试验数据
重量（g） | 0 | 20 | mathcad200140 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
电压（mv） | 0 | 2 | 6 | 11 | 15 | 20 | 24 | 28 | 32 | 37 | 42 |
| | | | | | | | | | | |
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为满量程输出平均值，此处为200g。实验完毕，关闭电源。
五、数据处理：
1、用matlab绘制W-U曲线图如下图所示
2、灵敏度计算
用matlab进行线性拟合如下图所示，蓝为拟合曲线
拟合直线y=p1x+p2 p1= 0.2141 p2= -1.682Δm=1.6812
故灵敏度S＝ΔU/ΔW=p1=0.2141
非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％=1.6812/200×100％=0.8406%
实验二应变片半桥性能实验
一、实验目的：
了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。
二、基本原理：
应变片基本原理参阅实验一。应变片半桥特性实验原理如图2-1所示。不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出电压Uo≈(1/2)(△R/R)E=(1/2)KεE。
图2-1 应变片半桥特性实验原理图
三、需用仪器与单元：
主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变传感器实验模块、托盘、砝码。
四、实验步骤：
1、按实验一（单臂电桥性能试验）中的步骤一和步骤三实验。
2、关闭主机箱电源，除将图1-4改成实验指导书上的图2-2示意图接线外，其他按实验一中的步骤4实验。读取相应的数显电压值，填入表2中。
图2-2 应变片半桥实验接线示意图
表2 应变片半桥实验数据
重量（g） | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 变电工程140 | 160 | 180 |
电压（mv） | 0 | 8 | 16 | 25 | 33 | 42 | 51 | 59 | 68 | 76 |
| | | | | | | | | | |
3、根据表2实验数据作出实验曲线，计算系统灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。
五、数据处理：
1、用matlab绘制W-U曲线图如下图所示
2、灵敏度计算
用matlab进行线性拟合如下图所示，蓝为拟合曲线
拟合直线y=p1x+p2 p1= 0.4261 p2= -0.5455Δm=0.5455
故灵敏度S＝ΔU/ΔW=p1=0.4261
非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％=0.5455/180×100％=0.303056%
六、g20能源部长会议思考题：
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：应放在邻边。因为在邻边时,中点的电位变化的才能和另外的参考点进行比较,如果不在邻边,也就会出现当两个应变片都发生变化时,与他们对应电阻的电位差可能会出现0的情况。
实验三应变片全桥性能实验
一、实验目的：
了解应变片全桥工作特点及性能。
二、基本原理：
应变片基本原理参阅实验一。应变片全桥特性实验原理如图3-1所示。应变片全桥测量电路中，将应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Uo≈(△R/R)E＝KεE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。
图3-1 应变片全桥特性实验原理图
三、需用仪器与单元：
主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变传感器实验模块、托盘、砝码。
四、实验步骤：
实验步骤与方法（除了按图3—2示意接线外）参照实验二，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。
图3-2 应变片全桥性能实验接线示意图
表3 全桥性能实验数据
重量（g） | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 |
电压（mv） | 0 | 16 | 34 | 51 | 69 | 87 | 104 | 122 | 139 | 157 | 175 |
| | | | | | | | | | | |
五、数据处理：
1、用matlab绘制W-U曲线图如下图所示
2、灵敏度计算
用matlab进行线性拟合如下图所示，蓝为拟合曲线
拟合直线y=p1x+p2 p1= 0.8777 p2= -1.045Δm=1.045
故灵敏度S＝ΔU/ΔW=p1=0.8777
非线性误差δf1李光斗品牌营销机构=Δm/yF..S ×100％=1.045/200×100％=0.5225%
六、思考题：
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，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
答：可以，当两对边电阻相等时,电桥平衡。
实验四应变片单臂、半桥、全桥性能比较
一、实验目的：
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。
二、基本原理：
如图4（a）、（b）、（c）
（a）单臂（b）半桥（c）全桥
图4 应变电桥
(a)、=U①-U③
={(R1+△R1)/(R1+△R1+R2)-R4/(R3+R4)}E
={(1+△R1/R1)/(1+△R1/R1+△R2/R2)-(R4/R3)/(1+R4/R3)}E
设R1=R2=R3=R4，且△R1/R1<<1。
所以电桥的电压灵敏度：S=≈kE =(1/4)E
(b)、同理：
S=(1/2)E
(c)、同理：
S=E
三、需用仪器与单元：
主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；应变传感器实验模块、托盘、砝码。
四、实验步骤：
根据实验一、二、三所得的单臂、半桥、全桥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：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。实验完毕，关闭电源。
五、数据处理：
| 酋长国和共和国的区别单臂 | 半桥 | 全桥 |
灵敏度 | 0.2141 | 0.4261 | 0.8777 |
非线性度 | 0.8406% | 0.303056% | 0.5225% |
| | | |
理论上，由上述公式可以得出，灵敏度全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍，嗅探本次实验基本符合结果。
理论上非线性度单臂>半桥>全桥，本次实验结果为单臂>全桥>半桥，存在偏差。
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