应变式传感器实验

应变式传感器

一、实验目的：
1．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2．测试应变梁变形的应变输出。
3．测试单臂桥、差分桥的输出，并比较两种桥路间的输出关系。
二、实验原理：
本实验说明箔式应变片及单臂和差分直流电桥的原理和工作情况。
应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，且R1＝R2＝R3＝R4＝R。

由此可知，单臂，差分桥，全桥电路的灵敏度依次增大。
三、实验所需部件：
直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片（平行悬臂梁或双孔悬臂梁）、测微头（或称重砝码）、直流电压表。
四、实验步骤：
1．调零。开启仪器总电源和副电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验导线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验导线。调零后调零电位器不要再变化。
如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。
调零后关闭仪器电源。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
2．按图1将实验部件用实验导线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，Rx为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V。

应变片单臂桥实验电路

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零处为起点，向上和向下移动各2.5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并填写表1、表2。（或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，进行上述实验，填写表3、表4）。

根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝△V／△X（或S＝△V／△g），并在同一坐标图上做出V－X（V－g）关系曲线。
5．把R3电阻换成另外一个应变片电阻（注意要与前一个方向相反，如图2所示），构成差分桥，并重复3-4步骤，测得差分桥的各个输出，并画V－X（V－g）关系曲线、计算灵敏度。

应变片差分桥实验电路

五、注意事项：
1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。
2．接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。
3．稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均须与电源地相连。
4．差动桥实验时，应变片接入电桥时注意其受力方向。
5．直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。
6．由于进行位移测量时测微头要从零到正的最大值，又回复到零，再到负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。
六、思考：
1．在测量数据时，测微头向上和向下移动时（增加砝码和减少砝码），电路的输出有何不同？输入输出关系曲线是否重合？为什么？
2．单臂桥和差分桥的输出有何变化？灵敏度相同吗？