一、实验目的
2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。
3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。
二、实验所用单元
电阻应变式传感器、 调零电桥， 差动放大器板、 直流稳压电源、 数字电压表、 位移台架。
三、实验原理及电路
1、电阻应变式传感如图 1-1 所示。 传感器的主要部分是上、 下两个悬臂梁，
四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成 单臂、（双臂）半桥与全桥 电路，最大测
量范围为 ± 3mm 。
3
2
+5V
R R
1
4
R R
5
1─外壳 2─电阻应变片 3─测杆 4─等截面悬臂梁 5─面板接线图
图 1-1 电阻应变式传感器
2、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是 电阻应
变效应 ，其关系为： ΔR/ R＝KΔL/ L=K ε，ΔR 为电阻丝变化值， K 为应变灵
敏系数， ε为电阻丝长度的相对变化量 ΔL/ L。通过施加外力引起应变片变形，
测量电路将电阻变化转换为电流或电压的变化。
1 d
K S (1 2 )
对于金属应变片， Ks 主要取决于式中的第一项。金属的泊松比通常在 0.3 左右，对于
大多数金属 Ks 取 2。本实验采用直流电桥来测量金属应变片的工作特性。
3．电桥的工作原理和特性
（1）电桥的工作原理
图2 是一个直流电桥． A、C端接直流电源，称供桥端， Uo称供桥电压； B、
D 端接测量仪器，称输出端
UBD=UBC+UCD=UO[R3/(R 3+R4)-R 2/(R 1+R2)] 1 ）
由式（1）可知，当电桥输出电压为零时电桥处于平衡状态．为保证测量的
准确性，在实测之前应使 电桥平衡（ 称为预调平衡）．
（2）电桥的加减特性
电桥的四个桥臂都由应变片组成， 则工作时各桥臂的电阻状态都将发生变化
( 电阻拉伸时，阻值增加；电阻压缩时，阻值减小 ) ，电桥也将有电压输出．当供
桥电压一定而且 △Ri< <Ri时，
d U=( U/ R1) d R1+( U/ R2) dR2+( U/ R3) dR3+( U/ R4) dR4 2) 其中U U BD ．
对于全等臂电桥， R1=R2=R3七彩金曲排行榜=R4=R，各桥臂应变片灵敏系数 K相同，上式可简
化为
d U=0.25UO(d R1 / R1- d R2 / R2+ d R3 / R3- d R4 / R4) 3 ）
当△Ri<<R 时，此时可用电压输出增量式表示
U=0.25 UO ( R1 / 河南科技学院学报R1- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4) 4 ） 式（4）为电桥转换原理的一般形式，现讨论如下：
（a）当只有一个桥臂接应变片时（称为单臂电桥），桥臂 R1为工作臂，且 工作时电阻由
R 变为R+△R，其余各臂为固定电阻 R（△R2=△R3=△R4=0），则式
（4）变为
U=0.25 UO ( R / R)= 0.25 UOKε 5）
（b）若两个相邻臂接应变片时（称为双臂电桥，即半桥），（见图 3）即桥
臂R1、R2为工作臂，且工作时有电阻增量 △R1、△R2，而R3和R4臂为固定电阻 R
（ R3= R4=0）．当
两桥臂电阻同时拉伸或同时压缩时， 则有△R1=△R2=△R，由式（4）可得△U=0．当
一桥臂电阻拉伸一桥臂压缩时，则有 △R1=△R，△R2=－△R，由式（ 4）可得
U 0.25 UO ( R / R) 0.25 UO Kε] 6)
（c）当四个桥臂全接应变片时（称为全桥），（见图 4），R1=R2= R3=R4=R，
都是工作臂， △R1=△R3=△R，△R2=△R4=－△R，则式（ 4）变为
U 0.25 UO ( R / R) 0.25 UO Kε] 7)
此时电桥的输出比单臂工作时提高了四倍，比双臂工作时提高了二倍．
（3）电桥的灵敏度
电桥的灵敏度 Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小
Su= U/( R/ R)= 0.25 UO ( R1 / R1- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)/ ( R/ R) 8)
令 n= ( R1 / R1- R2 / R2+ R3 / R3- R4 / R4)/ ( R/ R) 9)
则Su=0.25n UO 10)
式中，n 为电桥的工作臂系数．
由上式可知，电桥的工作臂系数愈大，则电桥的灵敏度愈高， 因此，测量时可利用电桥
的加减特性来合理组桥，以增加 n 及测量灵敏度．
3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图 1-2所示，图中 R1、R2、R3为固定，R为
电阻应变片，输出电压 U=EKε 11）
E---电桥转换系数：单臂 E= U0/4 半桥（双臂） E= U0/2 全桥 E= U0
4.由 10）11）可知：Su、 U 均与 电桥的工作臂数、 Uo 供桥电压成正比；但 Uo
供桥电压过大会使应变片的温度变大。
001tttR3
V
| RP | | r | | R1 B E | | R3 | | R1 R2 | | 2 | | FIKFAP 1 8 7 OP07 | | 6 | | R4 | | 重庆师范大学初等教育学院 RP1 |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
R2 R
3
图 1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图
四、实验步骤
1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使
其指示 15mm 左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使 其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧， 然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传
感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、实验箱上差动放大器（实验台内部已连接± 15V），；将差动放大器放大
倍数电位器 RP1 旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负输入端 连接，再将其输出端接到数字电压表
的输入端；按下面板上电压量程转换开关的 20V 档按键（实验台为将电压量程 拨到 20V 档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器 RP2 旋钮，使电压表指
示向零趋近，然后换到 2V 量程，旋动调零电位器 R P2 旋钮使电压表指示为零；
此后调零电位器 RP2 旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器 RP1。
4、按图 1-2 接线，R1、R2、R3（电阻传感器部分固定电阻）与一个的应变
片构成单臂电桥形式。
5、调节平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使电压
表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次
0.5mm ， 上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO 记入下表中。
表 1-1
X(mm) -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
UO(mV)
五、实验报告
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