应变片测量电路性能研究

【实验任务】（1）观察应变片的粘贴方式，并测量应变片在不受力状态下的电阻。 （2）比较单臂电桥、半桥的输出灵敏度，并得出结论。 【设备和器材】粘贴有4个箔式应变片的悬臂粱（上面有称盘）（也称电子称传

感器模块），实验模块（包括差动放大器模块、调零模块、可变电阻模块），万用表1个，20g砝码10个，直流电源（可输出±15V，±4V电压），350电阻3个，1K电阻1个，转换模块，导线及实验模板（也称九孔板）。

【知识点及预习要求】

1．了解箔式应变片的结构、性能。

2．了解应变电桥测量电路原理。

（1）电桥电路的构成，电桥的输出电压公式，电桥灵敏度的定义。 （2）当R1、R2、R3、R4均为应变片时，其应变方向有什么不同？ （3）单臂电桥、半桥、全桥的输出灵敏度的不同点及关系。

3．教材的图6.1—4是实验测量电路，了解该电路由几部分构成，其名称及作用是什么？

4. 了解教材的实验内容1）、2）。

【注意事项】

1. 应变片不能用手触摸。

2. 电桥电压为±4V，绝不可错接成±15V；差动放大器电压为±15V。 3. 砝码盘上不能放置超1000g的物体，否则要损坏应变片。

以下内容是附加资料，可以看看。

【附录1】应变片的工作原理

电阻应变片的工作原理是基于应变电阻效应, 即导体或半导体材料因机械变形导致其阻值发生变化的现象。

设材料的轴向线应变为变化为

dRKm R用应变片测量应变或应力时，将应变片牢固粘贴在被测试件或弹性元件上。外力作用使被测试件或弹性元件产生微小的机械变形，带动应变片发生相同的变化，导致应变片电阻发生变化。测得应变片电阻值变化量ΔＲ，便可得到被测对象的应变ε。根据应力和应变的正比关系可以得到应力大小。 【附录2】测量电桥

测量电桥的基本电路如图所示，四个桥臂为纯电阻性元件。

当负载电阻RL→∞时，电桥输出电压为

R1R3UoER1R2R3R4R1R4R2R3E RRRR1234dL，Km为材料的应变灵敏系数，则电阻值的相对L当电桥平衡时，其输出电压为零，此时有平衡条件

R1R4R2R3

令初始时4个电阻阻值均为R。

若R1为应变片，R2、R3、R4为固定电阻，此电桥为四分

图6.1 直流电桥电路 之一电桥。

若R1和R2为应变方向相反的两个应变片，R3和R4为固定电阻，此电桥为半差动电桥。

若R1、R2、R3、R4均为应变片，且满足“邻臂应变方向相反，对臂应变方向相同”的原则，此电桥为全差动电桥。

设应变引起的电阻变化量为ΔR， 则电桥的非平衡输出电压为

ER 对四分之一电桥： Uo

4RER对半差动电桥： Uo

2RR 对全差动电桥： UoE

R

可见，非平衡输出电压与电源E和电阻相对 变化量有关。

实际使用时，不可能做到4个电阻阻值 完全相同，因此采用如右图6-2所示的电桥

平衡补偿电路。调节RW可以使电桥平衡。 图6-2 电桥平衡补偿电路