1、传感器原理与应用实践报告实验：应变片单臂、半桥、全桥性能实验一、实验目的：1、了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。2、了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。3、了解应变片全桥工作特点及性能。二、实验仪器：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码；4位数显万用表（自备）。三、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。一种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
2、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。1、箔式应变片单臂电桥实验原理图： 图31 应变片单臂电桥性能实验原理图图中R5、R6、R7为350固定电阻，R1为应变片； RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源4V。桥路输出电压Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE 。差动放大器输出为Vo。2、应变片半桥原理：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3-2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
3、度提高，非线性得到改善。其桥路输出电压Uo(12)(RR)E(12)KE 。图32 应变片半桥特性实验原理图3、应变片全桥原理：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31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：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压Uo(RR)EKE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。图33应变片全桥特性实验接线示意图四、实验数据及计量结果表1 应变片单臂电桥性能实验数据重量(g)20406080100120140160180200电压(mV)5.79.713
4、.817.821.825.729.633.737.641.6（1）计算系统灵敏度：V=（9.7-5.7）+（13.8-9.7）+.+（41.6-37.6）/9=3.99mVW=20gS=V/W=0.199mV/g（2）计算非线性误差：m=（5.7+9.7+13.8+17.8+21.8+25.7+29.6+33.7+37.6+41.6）/10=23.7mVyFS=41.6mVf=m/yFS100%=56.97%表2 应变片半桥实验数据重量(g)20406080100120140160180200电压(mV)7.415.022.730.438.346.154.161.969.777.5（1）计算系
5、统灵敏度：V=(（15.0-7.4）+（22.7-15.0）+.+（77.5-69.7）)/9=7.79mVW=20gS=V/W=0.39mV/g（2）计算非线性误差：m=（7.4+15.0+22.7+30.4+38.3+46.1+54.1+61.9+69.7+77.5）/10=42.31mVyFS=77.5mVf=m/yFS100%=54.6%表3全桥性能实验数据重量(g)20406080100120140160180200电压(mV)16.231.347.062.577.893.3109.0124.6140.3155.8（1）计算系统灵敏度：V=（31.3-16.2）+（47.0-31.3
6、）+（155.8-140.3）/9=15.51mVW=20gS=V/W=0.78mV/g（2）计算非线性误差：m=（16.2+31.3+47.0+62.5+77.8+93.3+109.0+124.6+140.3+155.8/10=85.78mV yFS=155.8mVf=m/yFS100%=55.1%五、结果讨论及心得单臂电桥传感器特性曲线呈非线性，因为电阻变化率R/R不完全是线性的；半桥的传感器特性曲线非线性得到了改善，电桥输出灵敏度提高；全桥的传感器特性曲线的线性特性良好，电桥输出灵敏度很高。本次实验验证了单臂时，Ku=E/4;半桥时Ku=E/2;全桥时Ku=E.经过此次的实验，让我们了解不同电桥的特性和实现方法，以及了解单臂电桥特性、差动半桥特性和差动全桥特性和他们各自的工作原理和工作情况。得知单臂电桥的灵敏度最低，差动半桥的灵敏度是单臂电桥的2倍和差动全桥的灵敏度为单臂电桥的4倍；以后的应用打下理论和实践基础。
