测试技术基础实验指导书.pdf

实验一 直流电桥实验 一、实验目的： 金属箔式应变片的应变效应，单臂、半桥、全桥测量电路工作原理、性能。 二、实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码、试验台（数显电压表、正负 15V 直流电源、正负 4V 电源）。 三、实验原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形，电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，关系式： ∆R k ε (1-1) R ∆R 式中 为电阻丝电阻相对变化； R k 为应变灵敏系数； ∆l ε 为电阻丝长度相对变化。 l 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组件。如图1-1 所示，将四 个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变 片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。当受到压力时，上面二个应变片被拉伸，下面二个应变 片则被压缩。 图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图 通过这些应变片转换弹性体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， (1) 单臂电桥：如图1-2 所示R =R =R =R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电 5 6 7 桥，其输出电压 ∆ / E R R U0 ⋅ (1-2) 4 1 ∆R 1+ ⋅ 2 R E 为电桥电源电压； 1 ∆R 式(1-2)表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L= − ⋅ ⋅100% 。 2 R (2) 半桥：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图1-3 。电桥输出灵敏度提 高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 E ⋅k ⋅ε E ∆R U0 ⋅ (1-3) 2 2 R ∆R 式中 为电阻丝电阻相对变化； R k 为应变灵敏系数； ∆l ε 为电阻丝长度相对变化； l E 为电桥电源电压。 式(1-3)表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 （3 ）全桥：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的 接入邻边，如图1-4 ，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出 ∆R Uo= E ⋅ (1-4) R 式中E 为电桥电源电压。 ∆R 为电阻丝