工作电源， 传感器输出端接压力传感器特性测试仪的信号输入端，
从而对不平衡电桥 （即压
力传感器）的输出电压进行放大、测量和显示。
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图 8 仪器连接
2．仪器调节 先将仪器电源打开，预热十五分钟以上，调节电源电压为 压力电压显示值为 0.000 伏。 个人收集整理 勿做商业用途
10.0 伏。再旋转调零旋钮，使
作基长） l），应变片的规格一般以使用面积和电阻值来表示，
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如 3× 10 平方毫米， 350 欧姆。
基底片：基底将构件上的应变准确地传递到敏感栅上去．因此基底必须做得很薄，一般
1/8
为 0.03～ 0.06 毫米，使它能与试件及敏感栅牢固地粘结在一起， 另外它还具有良好的绝缘性、
6 伏）最小二乘法求关系
曲线函数。求出传感器的灵敏度。作输出电压～电阻箱 图中）。 个人收集整理 勿做商业用途
Rx 值曲线。（10 伏、 6 伏作在一张
2. 测定双臂差动输入时电桥的电压输出特性。
1) 实验测量电路（见图 2）。其中 R1 、 R2 和 R3 在实验板上为固定电阻（
2) 测定全等臂双臂电桥差动输入时电压输出特性（电源电压
100 欧姆（正负 5% ，1/8 瓦），说明什么？
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五、实验内容
实验（ 1）
1．测定单臂输入时电桥的电压输出特性
（1）（ 1）按实验电路接好测量电路。其中
R1 和 R2 在实验板上为固定电阻， Rx1 和 Rx2
用电阻箱，调节供电电源电压 E0=6.00 伏。 个人收集整理 勿做商业用途
（2）R1=R2=1M ，即 K=1 ；再调节 Rx1= Rx2=10K ，即使 U AB=0。但由于电阻箱存在一
5. 设计实验：测定四臂差动输入时电桥的电压输出特性。 6. 设计实验：四个压力传感器组成称重系统，测量定标曲线。 要求：进行原理分析，实验电路设计。
1 kg。
六、实验原理
1. 电桥信号转换技术 1) 单臂输入时电桥电压输出特性
图 3 单臂原理
若电桥供电电源的电压为 V0 ，根据串联电阻分压原理，图 3 若以电路中 C 点为零电势
定误差，以及接触电阻等因素的影响，此时电桥未必能平衡，即
U AB 0；为此需要微调电压
表，使 UAB=0。 个人收集整理 勿做商业用途
图 6 实验板
图 7 实验电路
（ 3）使 Rx1 每次增大 200 ，用电压表测出电桥相应的输出电压 1.200K 。
2．测定双臂输入时电桥的电压输出特性
U AB，直到 Rx1 增大
压或电流值的一种电路。 电桥电路在检测技术中应用非常广泛， 根据激励电源的性质不
同，可把电桥分为直流电桥和交流电桥两种。根据桥臂阻抗性质的不同，可分为电阻电
桥、电容电桥和电感电桥 3 种。根据电桥工作时是否平衡来区分，可分为平衡电桥和非
平衡电桥两种，平衡电桥用于测量电阻、电容和电感，而非平衡电桥在传感技术和非电
电路见图 1。检查无误后，调节电源电压到 参数。 个人收集整理 勿做商业用途
10 伏。调节 Rx 使输出电压为零。注意电阻箱的
2) 估测仪表饱和时的电压及刚饱和时的电组箱的电阻值。
3) 测定单臂输入时电桥的电压输出特性（电源电压 敏度。
10 伏）逐差法求关系曲线函数，灵
4) 测定单臂输入（升、降）时电桥的电压输出特性（电源电压
（1）调节 Rx1 Rx2 10k ，使电桥平衡。
（2）使 Rx1 每次增大 200 ，而 Rx2 相应每次减少 200 ，测出电桥的相应输出电压 直到 Rx1、Rx2 的最大改变量为 1.2000K 。个人收集整理 勿做商业用途
实验（ 2）
U AB 。
1．仪器连接 仪器的连接如图 8 所示，电源电压接压力传感特性测试仪的电源输出端，为传感器提供
化再转换为电压或电流的变化。最常用的测量电路为电桥电路。
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三、实验仪器
四、预习要求
1. 了解压力传感器的组成、结构及工作参数
2. 了解电桥的相关知识
3. 作图解释全等臂电桥、半等臂电桥的含义？
4. 本实验中，测定单臂电桥平衡时或近似平衡时，两电阻箱的阻值
R 。取多少？
5. 什么是电阻箱的额定功率？金属电阻参数为
参考点，当电桥平衡时， R1 : R2 R3 : R4 ，则电桥的输出电压为： 个人收集整理 勿做商业用途
R1
R1 R0
令电桥比率 K= R2 ，根据电桥平衡条件， R2 R4 ，且当 R<<R0 时，略去分母中的微小
R 项 R0 ，有
VAB= (1
当 K=1 时，电桥输出电压灵敏度最大；且为
K V0 K ) 2 ( R0 / R)
七、思考题
1．分析给出本系统的最小分辨重量。 2．分析此种压力传感器是否线性传感元件？ 3．设计由四个压力传感器组成的汽车称原理连接图，如何调整称平面各处称重的一致 性。 4．写出此种压力传感器的主要参数及其含义是什么。
一、实验介绍
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图 1 实验电路
图 1 是惠斯登电桥的基本电路。 电桥是将电阻、 电容、 电感等电参数变化量变换成电
10 伏）
3) 测定半等臂双臂电桥差动输入时电压输出特性（电源电压
10 伏）
R3 不接入），
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图 2 实验电路
3. 测量压力传感器参数。 1) 测定压力传感器重量与电压输出特性。 2) 用逐差法求出传感器的灵敏度 S
S
V0
F （ V/kg ）
3) 用压力传感器测量任意物体的重量。 4) 测出本实验系统的最小分辨重量。 4. 测量传感器电源电压与电桥输出电压 V 0 的关系，保持加载砝码的质量为
量测量技术中广泛用作测量信号的转换。根据桥臂阻抗大小的不同，可分为全对称等臂
电桥（四桥臂阻抗相同）、半对称等臂电桥（相邻桥臂阻抗相同）、不等臂电桥等。
个
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二、参考资料
《大学物理实验教程》 （ 2007,西南交大出版社 ,姜向东主审） 4.3 节、 3.5 节。 《大学物理实验教程 ----个性化专题实验参考》讲义。
成。
电阻应变片的结构如图 1 所示：
1－敏感栅 (金属电阻丝 ) 2－基底片
3－覆盖层
图 1 电阻丝应变片结构示意图
4－引出线
敏感栅：是感应弹性应变的敏感部分。敏感栅由直径约
0.01～0.05 毫米高电阻系数的细
丝弯曲成栅状， 它实际上是一个电阻元件， 是电阻应变片感受构件应变的敏感部分． 敏感栅
用粘合剂固定在基底片上。 b× l 称为应变片的使用面积 （应变片工作宽度， 应变片标距 （工
抗潮性和耐热性．基底材料有纸、胶膜和玻璃纤维布等。
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引出线的作用是将敏感栅电阻元件与测量电路相连接， 一般由 0.1-0.2 毫米低阻镀锡钢丝
制成，并与敏感栅两输出端相焊接，覆盖片起保护作用．
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粘合剂： 将应变片用粘合剂牢固地粘贴在被测试件的表面上， 随着试件受力形变应变
2.0 伏变至 10.0 伏，每隔
1.0 伏记录一个输出电压值 U0。 个人收集整理 勿做商业用途 （2）作 E- U0 关系曲线，分析是否为线性关系。
6．测出本实验系统的最小分辨重量。 用实验室提供的砝码 1 克至 9 克，由 1 克加载，每加 1 克记录传感器输出电压值 分析测量结果，给出实验系统所能测出的最小重量以及能分辨的最小重量。
(重量 )作用下产生形
变( 应变 )，导致 (按电桥方式联接 )粘贴于弹性体中的应变片，产生电阻变化的过程。
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压力传感器的主要指标是它的最大载重 (压力 ) 、灵敏度、输出输入电阻值、工作电压 (激 励电压 )(VIN) 、输出电压 (VOUT) 范围。 个人收集整理 勿做商业用途
片的敏感栅也获得同样的形变， 从而使其电阻随之发生变化，通过测量电阻值的变化可
反映出外力作用的大小． 个人收集整理 勿做商业用途
图 2 压力传感器
压力传感器： 是将四片电阻片分别粘贴在弹性平行粱 A 的上下两表面适当的位置， 如图
2 所示． R1、R2、 R3、 R4 是四片电阻片，粱的一端固定，另一端自由用于加载荷（如外力 F）。 个人收集整理 勿做商业用途
R
L
A
（ 1）
导体在承受机械形变过程中，电阻率、长度、截面都要发生变化，从而导致其电阻变化。
R
LA
R
LA
（2）
这样就把所承爱的应力转变成应变， 进而转换成电阻的变化。 因此电阻应变片能将弹性体上
应力的变化转换为电阻的变化。 个人收集整理 勿做商业用途
电阻应变片的结构：电阻应变片一般由基底片、敏感栅、引线及履盖片用粘合剂粘合而
V0 Smax= 4R0 。
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2) 双臂差动输入电桥的电压输出特性。
图 4 双臂原理
若在相邻臂内接入两个变化量的大小相等、 半桥差动电路，如图 4 所示。 则半桥差动电路输出电压为
符号相反的可变电阻， 这种电桥电路称为
电桥的输出电压灵敏度为
V0 R VAB = 2 R0
V0
S = 2R0
可见，半桥差动电路的输出电压灵敏度比单臂输入时的最大电桥电压灵敏度提高了一倍。
U 0。
六、实验操作中的重点、难点、注意事项
操作中的重点、难点：非平衡电桥 注意事项：
1．仔细检查电路有否接错，否则会烧坏电阻箱、压力传感特性测试仪。检查后方可通 电。
2．根据电源电压的大小、电阻大小，估算流经电阻箱的电流，是否超过其额定电流。 3．实验完毕，关闭电源。才能离开。清理导线、整理清洁实验桌面、桌凳。 4. 本次实验做完后，申报仪器状态，经老师检查签字后方可离开。