金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应工作原理和性能
输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。
, 比较单臂、半桥、全桥
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：
R／ R＝ Kε 式中： R／ R 为电阻丝电阻相对变
化， K 为应变灵敏系数 , ε = L/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，
通过它转换被测部位受力状态变化。
电桥的作用完成电阻
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。
对单臂电桥输出电压
Uo= EK ε /4 。
半桥测量电路中， 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
Uo＝ EKε／ 2。
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 R1＝ R2＝ R3＝ R4时，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。其桥路输出电压 Uo＝ KEε 。
三、需用器件与单元： 主机箱 ( ± 4V、± 15V、电压表 ) 、应变式传感器实验模板、托盘砝
码。
四、实验步骤：
应变传感器实验模板简介
5 个电阻符号下面是空的， 黑曲线表示连接线。
应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。传感器中的
：实验模板中的 R1、 R2、 R3、 R4 为应变片，没有文字标记的
图中的粗
其中 4 个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，
4片应变片和加
R1；
热电阻已连接在实验模板左上方的
R1、R2、R3、R4 和加热器上。传感器左下角应变片为
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， 可用四位半数显万用表 2K 电阻档进行测量判别。
常态时应变片阻值为 350Ω ，
加热丝电阻值为 50Ω左右。
实验模板放大器调零 ：用导线将实验模板上的± 15V、⊥插口与主机箱电源± 15V、⊥分
再将实验模板中的放大器的两
别相连， 将实验模板中的放大器的两输出接主机箱的电压表； 输入口短接 (V i ＝ 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
2V 档，合上主机箱电源开关；
调节实
时针旋转 2 圈 ) ；将主机箱电压表的量程切换开关打到
验模板放大器的调零电位器
RW4，使电压表显示为零。
单臂电桥性能实验：
拆去放大器输入端口的短接线，
根据图 1 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； 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
1。
加砝码和读取相应的数显表值，
200g 砝码加完。记下实验数据填入表
图1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图
表 1 应变片单臂电桥性能实验数据重量 (g)
电压 (mV)
半桥性能实验：
根据图 2 接线。 注意 R2 应和 R3 受力状态是相反的， 即将传感器中两片受力相反 （一片受
拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。 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砝码加完。记下实验数据填入表 2 。
图2 应变式传感器半桥接线图
表 2 应变式传感器半桥实验数据重量 (g)
电压 (mV)
全桥性能实验：
根据图 3 接线。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。
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 砝码加完。 记下实验数据填入表 3 。
图 3 全桥性能实验接线图
表 3 全桥性能实验数据重量 (g)
电压 (mV)
五、实验结果：
根据表 1、表 2、表 3的实验数据，分别计算单臂、半桥和全桥系统灵敏度
S＝ V/
W（
V 输出电压变化量，
W 重量变化量）和非线性误差
与拟合直线的最大偏差：
δ， δ = m/yFS × 100％式中
m 为输
出值（多次测量时为平均值）
yFS 满量程输出平均值， 此处为 200g。
画出实验曲线，并单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。
阐述理由。
六、思考题：
1、作为桥臂电阻应变片应选用： 负应变片均可以。
（ 1）正（受拉）应变片（ 2）负（受压）应变片（ 3）正、
2、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：（ 边。
3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：
1）对边（ 2）邻
（ 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。
4、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 1）可以（ 2）不可以。
时，是否可以组成全桥：（
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