成绩：
预习审核：
评阅签名：
厦门大学嘉庚学院传感器
实验报告
实验项目：实验一、二、三金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥
实验台号：
专业：物联网工程
年级：2014级
班级：1班
学生学号：ITT4004
学生姓名：黄曾斌
实验时间：2016 年 5 月20 日
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
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
金属电阻丝在未受力时，原始电阻值为R=ρL/S 。

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：
式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，L L /∆=ε
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的受力状态变化，电桥的作用是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。

输出电压：
1.单臂工作：电桥中只有一个臂接入被测量，其它三个臂采用固定电阻；输出
U O14/εEK =。

2.双臂工作：如果电桥两个臂接入被测量，另两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；半桥电压输出U
O2
2/εEK =。

3.全桥方式：如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。

全桥电压输出U O3
εEK =。

三．需用器件与单元
CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。

()()
E
R R R R R R R R U O 43213
241++-=
四．实验步骤
1．根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。

传感器中各应变片已接入模块的
左上方的BF 1、BF 2、BF 3、BF 4。

加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R BF1= R BF2= R BF3= R BF4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

2．差放调零 3．电桥调零
4．在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g 砝码加完。

记下实验结果填入表1-1，关闭电源。

重量（g ） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mv ）
1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 10.8 1
2.5 14 15.5 回程测量电压（mv ）
5．根据表1-1计算系统灵敏度S ，S=W u ∆∆/（u ∆输出电压变化量；W ∆重量变化量）计算线性误差：δf1=y m /∆ F •S ×100%，式中m ∆为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：y F •S 满量程输出平均值，此处为200g 测量出的电压。

由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下 (mv)
（g ）
应变片
引出线 固定垫圈
固定螺丝
限程螺丝 模块
弹性体
加热丝
应变片
图1-1 应变式传感器安装示意图
(1) 计算系统灵敏度 Δu=1.5mV ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.075mV/g （2）计算非线性误差：
Δm =（0+1.5+3.0+4.5+6.0+7.5+9.0+10.8+12.5+14+15.5）/11=7.67mV yFS=15.5mV
δf1 =Δm / yFS ×100%=49.5%
五．思考题
单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。

答：正、负应变片都可以，因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响。

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验
一．实验目的
比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。

二．基本原理
不同受力方向的两片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。

当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo 2=2/εEK 。

三．需要器件与单元
同实验一。

四．实验步骤
1．传感器安装同实验一。

做实验（一）2的步骤，实验模块差动放大器调零（注意：同时做实验一、二、三时，实验一调节差动放大器为零后，后面实验二、三不再调节差动放大器）。

2．根据图2-1接线。

BF 1、BF 2为CGQ-013实验模块左上方的应变片，注意BF 2和BF 1受力状态相反，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。

接入桥路电源±4V ，调节电桥调零电位器Rw 1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表2-1，计算灵敏度S=W u ∆∆/，非线性误差
δf2。

重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mv）0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0 21.0 24.0 27.0 30.0 回程测量电压（mv）
由所得数据绘出半桥电桥的传感器特性曲线如下：
(mv)
(g)
（1）计算系统灵敏度：
Δu=3mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.15mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm=（0+3.0+6.0+9,0+12.0+15.0+18.0+21.0+24.0+27.0+30.0）/11=15mV
yFS=30mV
δf2=Δm/yFS×100%=50%
五．思考题
1．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：邻边。

2．桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（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。

答：电桥测量原理上存在非线性
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验
一．实验目的
了解全桥测量电路的优点。

二．基本原理
全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R BF1= R BF2= R BF3= R BF4，其变化值ΔR BF1=ΔR BF2=ΔR BF3=ΔR BF4时，其桥路输
KE。

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。

出电压U o3=
三．需用器件和单元
同实验一。

四．实验步骤
1．传感器安装同实验一。

接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主
控箱电源开关。

2．根据图3-2接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表3-1；进行灵敏度和
非线性误差计算。

重量（g）0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压（mv）0 6.0 12.0 18.1 24.1 30.0 36.0 42.0 48.1 54.1 60.0 回程测量电压（mv）
由所得数据绘出全桥电桥的传感器特性曲线如下：
（mv）
(g)
（1）计算系统灵敏度：
Δu=6mV
ΔW=20g
S=Δu/ΔW=0.3mV/g
（2）计算非线性误差：
Δm=（0+6.0+12.0+18,1+24.1+30.0+36.0+42.0+48.1+54.1.0+60.0.0）/11=30.04mV
yFS=60mV
δf2=Δm/yFS×100%=50%
五．思考题
1．全桥测量中，当两组对边（BF1、BF3为对边）电阻值R相同时，即R BF1= R BF3，R BF2=
R BF4，而R BF1≠R BF2时，是否可以组成全桥：（1）可以 （2）不可以。

答：可以组成全桥电路。

2．某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻?
答：将这两组应变片按照两个不同方向贴在棒材上，利用两组不同的测量值即可组成一 个全路电桥，不需要外加电阻。

实验四 金属箔式应变片单臂、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。

答：全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍，也就是说，灵敏度：全=2*半=4*单。

二．实验步骤
根据实验一、二、三所得的单臂、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（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。

图3-1 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图。