电阻应变式传感器实验报告

大连理工大学

大 学 物 理 实 验 报 告

院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2009 年 03 月 06 日，第 二 周，星期 五 第 5-6 节

实验名称 电阻应变式传感器

教师评语

实验目的与要求：

1. 学习电阻应变式传感器的基本原理、 结构、 特性和使用方法

2. 测量比较几种应变式转换电路的输出特性和灵敏度

3. 了解温度变化对应变测试系统的影响和温度补偿方法

主要仪器设备：

CSY 10A 型传感器系统实验仪

实验原理和内容： 1. 应变效应

导体或半导体在外力的作用下发生机械变形时， 其阻值也会发生相应的变化， 成为应变效应。 电阻应变片的工作原理即是基于这种效应， 将本身受力形变时发生的阻值变化通过测量电路转换为可使用的电压变化等以提供相关力的大小。 金属丝的电阻应变量可由以下算式表达： 金属丝的原始电阻值为S

L

R ρ=

， 收到轴向拉力时， 发生电阻值变化R ∆， 变化比例的表达式为：

S

S

L L R R ∆-∆+∆=∆ρρ， 根据金属丝在力学和材料学上的相关性质， 在弹性范围内可以对公式进行改写， 得到

L L

k

L L L L R R ∆=∆⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∆∆++=∆ρρμ)21(， 其中系数k 称为电阻应变片的灵敏系数， 表示单位应变量引起的电阻值变化， 它与金属丝的几何尺寸变化和本身的材料特性有关； 一般半

导体的灵敏系数要远大于金属的灵敏系数。 （由于受力会影响到半导体内部的载流子运动， 固可以非常灵敏地反映细微的变化）

2. 电阻式应变传感器的测量电路

转换电路的作用是将电阻变化转换成电压或电流输出， 电阻应变式传感器中常用的是桥式电路， 本实验使用直流电桥。

驳接阻抗极高的仪器时， 认为电桥的输出端断路， 只输出电压信号； 根据电桥的平衡原理， 只有当电桥上的应变电阻发生阻值变化时， 电压信号即发生变化； 电桥的灵敏度定义为

R

R V

k v /∆=

根据电阻变化输入电桥的方法不同， 可以分为单臂、 半桥和全桥输入三种方式：

2.1 单臂电桥

只接入一个应变电阻片， 其余为固定电阻。 设电桥的桥臂比为

n R R R R ==2

314， 根据电桥的工作原理， 并忽略一些极小的无影响的量， 可以得到输出电压的表达式为11

)1(2R R n nU V ∆⎥⎦

⎤⎢

⎣⎡+≈， 同时得到单臂电桥灵敏度表达式2

)

1(/n nU

R R V k v +=∆=

单臂电桥的实际输出电压与电阻变化的关系是非线性的， 存在非线性误差， 故不常使用。 2.2 半桥

如图， 接入两个应变电阻和固定电阻， 设初始状态为R1=R2=R3=R4=R, ΔR1=ΔR2=ΔR ， 可以得到电压表达式U R R V ∆=

21， 半桥灵敏度表达式U k v 2

1

=， 可见输出电压与电阻的变化严格呈线性关系， 不存在线性误差， 灵敏度比单臂电桥提高了一倍。 2.3 全桥

全部电阻都使用应变电阻， 且相邻的两个臂的受力方向相反， 根据电桥性质可以得到电压及灵敏

度的表达式U R R V ∆=， U R

R V S =∆=/， 可见差动电桥的灵敏度比单臂电桥提高了4倍， 故广泛被使用。

补偿片的方法消除温度带来的漂移误差： 在单臂电桥中， 将与工作电阻同侧的固定电阻更换成相同受力方向的补偿片， 且原始电阻值相等； 这样在实际使用中， 由于温度造成的电阻值变化被抵消， 且补偿片不受力， 故可以消除电压的漂移输出。

步骤与操作方法： 1. 箔式单臂电桥的性能

1.1 差动放大器调零， 打开所用单元的电源开关， 差放器增益置于100倍， 并进行相关的其他调零处置。之后关闭电源

1.2 按照右侧的电路图连接实验所需的元件， 组成箔式单臂电桥电路。

1.3 调节悬臂梁头部铁心吸合的测微头， 使应变梁处以基本水平状态。

1.4 确定连线无误以后， 启动仪器电源并预热数分钟； 调整电桥Wd 电位器， 使测试系统的输出为零。

1.5 旋动测微头， 带动悬臂梁分别向上和向下运动各5mm ， 其中测微头每移动0.5mm 记录一次差动放大器输出的电压值； 然后画出x-V 曲线， 并计算桥路的灵敏度kv=ΔV/Δx

2. 箔式单臂、 半桥、 全桥电路的性能比较

基本操作过程与实验1相同， 其中连接电路部分分别使用上下梁的两个应变片， 以构成半桥； 或者全部使用应变片以构成全桥。 并进行实验， 记录数据。 在同一坐标上画出三种桥路的x-V 曲线， 并进行灵敏度的比较。

3. 箔式应变片的温度效应及应变电路的温度补偿

3.1 参照实验1的步骤， 将差动器的部件调零

3.2 参照实验1的电路连接所用的元件， 并将差分放大器的输出端接毫伏表， 将P-N 结温度传感器接入传感端， Vt 接数字电压表。 数字电压表置于2V 档， 显示环境的绝对温度。

3.3 开启仪器的电源并预热数分钟。 调整电桥的Wd 电位器， 使测试系统的输出为零， 并记录此

时的温度T。

3.4 开启加热器电源，观察输出电压随温度上升所发生的变化，并记录多组数据，计算温度漂移

ΔV/ΔT。

3.5 将R4换成与应变片处于同一个应变梁上的补偿片，重复以上实验数据，计算新的温度漂移

并与之前的进行比较。

4.半导体单臂和半桥电路性能的比较

4.1 调零仪器，并按照电路图连接电路，R’

是半导体应变片，R’’是电桥上的固定电阻，

直流激励电源为±2V；开启电源后预热数

分钟。

4.2 调节应变梁处于基本水平状态，调整电

桥Wd电位器，使测试系统输出为零。

4.3 旋动测微头，以向上向下各5mm为限，0.5mm为间隔记录数据x，V，并作x-V曲线，计

算灵敏度

4.4 重新调整应变梁处于基本水平状态，并重新调整输出为零。用P-N结温度传感器测出系统的

温漂。

4.5 按照电路图连接半导体半桥双臂电

路，半导体应变片处于同一桥侧，重复

以上实验步骤，比较两种半导体桥路的灵

敏度和温度漂移。

5.相关注意事项

5.1 在进行先向上再向下的位移操作中，易产生零点漂移；计算式可以将正负两个方向的Δx分

开计算灵敏度以后再取平均得到。

数据记录与处理：

单臂电桥数据

起始位置X0=10.950mm

半桥数据

起始位置X0=10.950mm

结果与分析：

将单臂电桥和半桥的数据绘制成坐标散点图， 并且拟合出直线， 如上图所示：

根据图中所添加的拟合直线， 在直线上取样计算斜率， 可以得到以下四个斜率， 表现为各自的灵敏度：

使用MLS ， 测量电路的灵敏度kv=ΔV/Δx=

∑∑--2

)

()(x x y x x i

i

i

，

负向形变， 单臂电桥

正向形变， 单臂电桥

负向形变， 半桥

正向形变，半桥

综合以上四个计算结果来看：

单位： V/mm

从实验数据中得到的结果可见，半桥电路的灵敏度比单臂电桥的灵敏度的两倍还要高一些

kv2=0.0229>2*kv1=0.01824，这与理论计算上的kv2=2*kv1不相同，而半桥的灵敏度是严格等于0.5U 的，说明实际上单臂电桥测量电路存在温度漂移和非线性误差，导致其实际的灵敏度要低于0.25U，原因是应变电阻的变化量相比于固定电阻的阻值不可以被忽略。

讨论、建议与质疑：

1.电阻应变片的工作原理是利用了金属的应变效应，即金属材料在外力作用下发生机械变形时，其

阻值也要发生相应的变化。电阻应变片的灵敏系数是电阻应变值关于形变量的表达式中的一个系数，其物理意义是单位应变量引起的电阻值相对变化的大小，灵敏系数与金属材料的几何尺寸变化，以及材料本身的特性都有关系。半导体材料相比于金属材料，前者主要以圧阻效应为主，即电阻产生变化的原因是由于应变引起能带的变形，从而使能带中的载流子发生变化，导致电阻率的变化，因此能够反映出细微的变化，从而具有高于金属材料的灵敏系数。

2.单臂电桥，半桥，全桥电路的共同点是应用了不平衡电桥的特点，将阻值的变化转换为电桥中

的电压输出，再通过相关的转换测量电路，将电压信号转换为便于使用的物理值。三种桥式电路的不同点是所含有的应变片的数量，分别为一片，两片和四片。由于增加了应变片，使得某一个桥臂上的电阻变化量能够消去其中微小不确定量，从而使得桥式测量电路的灵敏度得到很大

的提升。

3. 导致应变片阻值变化的因素有外力导致的应变片形变， 和外界温度的影响。 对测量桥路进行温度

补偿的方法是， 将电桥上与电阻应变片同侧的固定电阻换成相同阻值， 同种材料性质， 但是受力应变方向相互垂直的应变片； 在这种情况下， 温度变化对两个应变片的影响效果相同， 从而保证了电桥两边的平衡状态（或理论的非平衡状态）， 消除了温度带来的影响。 4. 在对应变效应的表达式推导中， 得到这样的结论

L L

k

L L L L R R ∆=∆⎥⎦

⎤⎢⎣⎡∆∆++=∆ρρμ)21(， 其中系数k 被表达为单位形变量下的电阻值变化量， 符合kv=ΔV/Δx 的表达意义， 因此两者是等效的。 5. 关于本实验的建议： 在实验操作中， 发现有以下两点可改进之处：

5.1 实验电路的连接很不方便， 因为仪器的制造者将电桥中的电路整合到了其他部分， 从而导致操作中不能形象的将电桥电路转换成实际的连接电路， 建议将固定电阻排列在一个候选面板上， 同时将电桥电路事先做成一个与电路图形状类似的接口网络， 方便操作者的理解， 从而迅速接对电路。

5.2 电桥电路的调零很不方便， Wd 的调零旋钮太小太灵敏， 建议参照电位差计的制作方法， 将调零按钮做大一些， 或者加上棘轮， 使其旋动时有刻度感， 方便调零操作。

传感器实验报告(电阻应变式传感器)

传感器技术实验报告 院（系）机械工程系专业班级 姓名同组同学 实验时间 2014 年月日，第周，星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号 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、实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码（每只约20g）、、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。 三、实验原理： 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：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，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。 图1-1 通过这些应变片转换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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

εk E R R R R R E U 4 R 4E 21140=??≈??+?? = （1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为%10021L ???- =R R γ。 四、实验内容与步骤 1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R 1、R 2、R 3、R 4上，可用万用表测量判别，R 1=R 2=R 3=R 4=350Ω。 2．从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端U i 短接，输出端Uo 2接数显电压表（选择2V 档），调节电位器Rw 3，使电压表显示为0V ，Rw 3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 3．将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R 1）接入电桥与R 5、R 6、R 7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw 1，直流电源±4V （从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端U i ，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw 1,使电压表显示为零。 4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw 4，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV ，读取数显表数值，保持Rw 4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g 砝码加完，记录实验结果，填入表1-1，关闭电源。 表1－1 重量(g) 电压(mV)

应变片电阻式传感器测压力实验报告

设计目的 了解应变直流电桥的应用及电路的标定 基本原理 一应变片传感器 电阻应变片压力传感器由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成 1 应变片的工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

S L R ρ= 式中： ρ——金属导体的电阻率（Ω·m ） S ——导体的截面积（2m ） L ——导体的长度（m ） 以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。 2 全桥电路 应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R ，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。这里使用全桥电路，如下图所示。

应变式传感器实验报告

应变式传感器实验报告 引言 应变式传感器是一种广泛应用于工程实践和科学研究中的传感器。它能够测量材料受到的应变变化，并将其转换为电信号输出。本实验报告旨在通过实验验证应变式传感器的特性及其在实际应用中的可靠性。 实验目的 •掌握应变式传感器的基本原理和工作方式； •理解应变式传感器的线性度、分辨率和灵敏度等性能指标； •通过实验验证应变式传感器的性能，并分析实验结果； •探索应变式传感器在不同应变水平下的反应特性。 实验器材和仪器 •应变式传感器 •桥式电路 •电源 •数字示波器 •电阻箱 •电缆和连接线 实验步骤 1.将应变式传感器固定在实验台上，保证其与测量物体的贴合度。 2.根据实验要求连接相应的电路，使用电缆和连接线将传感器与电源、数字示 波器等设备连接好。 3.打开电源，调节电阻箱的电阻值，改变应变式传感器的工作状态。 4.使用数字示波器记录传感器输出的电信号，并进行数据采集。 5.分析所采集的数据，计算应变式传感器的线性度、分辨率和灵敏度等性能指 标。 6.将实验结果进行整理和总结。

实验结果与分析 1.实验数据记录： 应变水平传感器输出电信号 0 0V 100微应变0.5V 200微应变0.8V 300微应变 1.2V 400微应变 1.5V 500微应变 2.0V 2.根据实验数据绘制应变水平与传感器输出电信号之间的关系曲线。通过曲线 观察可得到传感器的线性度。 3.计算应变式传感器的分辨率，即传感器输出电信号的最小变化量。 4.计算应变式传感器的灵敏度，即传感器单位应变水平对应的电信号变化量。 5.根据实验结果分析应变式传感器的性能特点和适用范围。 结论 通过本实验，我们深入了解了应变式传感器的工作原理，掌握了其性能指标的计算方法，并验证了其在实际应用中的可靠性。应变式传感器具有良好的线性度、较高的分辨率和灵敏度，可以广泛应用于材料力学、结构工程和自动化控制等领域。 参考文献 [1] G. R. Liu, and S. X. Han. “Strain Sensing Using Fiber Bragg Grating Sensors.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 9(12), pp. 973-986, 2016. [2] T. D. Chung. “Electromechanical Impedance Sensors for Strain and Damage Detection.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 11(7), pp. 495-509, 2018.

电阻应变式传感器灵敏度特性的研究实验报告

电阻应变式传感器灵敏度特性的研究 ------ 实验报告实验要求： 了解电阻应变式传感器的基本原理，结构，基本特性和使用方法。 研究比较电阻应变式传感器配合不同转换和测量电路的灵敏度特性。 掌握电阻应变式传感器的使用方法和使用要求。 数据处理： 1•求单臂，半桥，全桥的灵敏度 （一）单臂电桥 注：图中黑点及黑线为加砝码时测量数据，红点及红线为减砝码时测量的数据。 S 增二B1 = 0.595 （V/kg）;S 降二B2=0.488 （V/kg）

用逐差法计算: VV 平均 5 V i+5-V i S= = =0.267/0.5=0.534 (V/kg ) Vw i i 5*5*0.02 分析：由图可知，砝码增加时的灵敏度比砝码减少时的灵敏度高。 在读取减砝码时的数据时 发现，砝码越少，数据与加砝码时差别越大，原因可能是由于旧机器使用 （二）半桥电路 X Axis Title 注：图中黑点及黑线为加砝码时测量数据，红点及红线为减砝码时测量的数据。 S 增二 B1= 0.936（ V/kg ）;S 降=B2=0.794 （ V/kg ） 由逐差法计算得： 5 V i+5-V i i i 5*5*0.02 =0.293/0.5=0.586 ( V/kg ) S 降= 5 V i+5-V i i i 5*5*0.02 =0.241/0.5= 0.482 (V/kg ) w/kg

5 分析：由图可知，砝码增加时的灵敏度比砝码减少时的灵敏度高。 在读取减砝码时的数据时 发现，砝码越少，数据与加砝码时差别越大，原因可能是由于旧机器使用 （三）全桥电路 注：图中黑点及黑线为加砝码时测量数据，红点及红线为减砝码时测量的数据。 S 增二 B1= 1.881（ V/kg ）;S 降二 B2=1.817 （ V/kg ） 用逐差法计算： Vi+5-Vi = 0.936/0.5= 1.872（ V/kg ） 5*5*0.02 S 增二 i 1 5*5*0.02 S 降= 5 V i+5-V i =0.392/0.5= 0.784 （ V/kg ） i 1 5*5*0.02 VV 平均 S=— Vw 5 5 V i+5-V i i i 5*5*0.02 =0.428/0.5= 0.85 6 （V/kg ） S 增= 5 S 降= V i+5-V i i 1 5*5*0.02 =0.902/0.5= 1.804 （ V/kg ） V i+5-V i =0.464/0.5= 0.928 （V/kg ）

应变式传感器实验报告

应变式传感器实验报告 应变式传感器实验报告 一、引言 传感器是现代科技领域中不可或缺的重要组成部分，它们能够将物理量转化为电信号，为我们提供了丰富的数据信息。应变式传感器作为一种常见的传感器类型，广泛应用于工业控制、结构监测等领域。本实验旨在通过实际操作，探究应变式传感器的原理和特性。 二、实验目的 1. 了解应变式传感器的工作原理； 2. 掌握应变式传感器的基本特性； 3. 学会使用应变式传感器进行应变测量。 三、实验装置与步骤 1. 实验装置：应变式传感器、电桥、示波器、电源等； 2. 实验步骤： a. 将应变式传感器与电桥相连，并接通电源； b. 调节电桥平衡，使示波器显示零信号； c. 在应变式传感器上施加不同的应变，观察示波器的变化； d. 记录不同应变下的电桥输出电压。 四、实验结果与分析 1. 实验结果： 在不同应变下，电桥输出电压呈线性变化，且随着应变的增加而增加。 2. 实验分析：

应变式传感器的工作原理是基于材料的应变与电阻变化之间的关系。当外力作用于传感器时，传感器的材料会发生应变，导致电阻发生变化，进而改变电桥的平衡状态。因此，通过测量电桥的输出电压，我们可以间接地获得应变的信息。 五、实验讨论 1. 实验误差： 在实验过程中，由于实验条件的限制以及仪器的精度等因素，可能会导致实验结果存在一定的误差。为减小误差，可以采取多次实验取平均值的方法，同时注意操作的准确性。 2. 应用领域： 应变式传感器在工业控制、结构监测等领域具有广泛的应用。例如，在航空航天领域中，应变式传感器可以用于飞机结构的应变监测，确保飞机的安全性和可靠性。 3. 发展前景： 随着科技的不断进步，应变式传感器的性能也在不断提高。未来，我们可以预见，应变式传感器将更加精确、灵敏，并且能够应用于更多的领域，为人们的生活带来更多便利和安全。 六、结论 通过本次实验，我们深入了解了应变式传感器的工作原理和特性，并通过实际操作获得了一定的实验数据。应变式传感器作为一种重要的传感器类型，在工业控制、结构监测等领域发挥着重要作用。我们对其应用领域和发展前景有了更深入的了解。实验结果表明，应变式传感器能够准确地反映应变的信息，为

传感器及检测技术实验报告

“传感器与检测技术〞实验报告 实验一电阻应变式传感器实验 〔一〕应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、根本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程构造件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V〔步进可调〕直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表〔自备〕。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器〔称重传感器〕、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥〔半桥〕而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。

应变式传感器实验报告

应变式传感器实验报告 一、引言 应变式传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器，其主要作用是测 量物体的应变量。本实验旨在通过实验操作和数据分析，深入了解应 变式传感器的原理、性能和应用。 二、实验原理 1. 应变式传感器的原理 应变式传感器是利用金属材料受力时会产生形变而引起电阻值的变化，从而转化成电信号输出。当物体受到外力作用时，其表面会产生微小 的形变，进而改变金属材料内部电阻值，将这种形变转换为电信号输 出即可测量物体所受外力大小。 2. 实验仪器与材料 （1）多功能测试仪 （2）应变片 （3）导线 3. 实验步骤 （1）将应变片粘贴在被测物体表面，并固定好。 （2）将多功能测试仪连接到计算机上，并打开相应软件。

（3）通过测试仪对被测物体施加不同大小的外力，并记录下相应的电信号输出值。 （4）根据实验数据计算出被测物体所受外力大小。 三、实验结果与分析 1. 实验数据记录表 外力大小（N）电信号输出值（mV） 0 0 10 2.5 20 5.1 30 7.8 40 10.2 2. 数据分析 从实验数据中可以看出，随着被测物体所受外力的增加，其电信号输 出值也随之增加，呈现出一定的线性关系。通过对实验数据进行拟合，可以得到应变式传感器的灵敏度和线性误差等性能指标。 四、实验结论与建议 1. 实验结论 本实验通过对应变式传感器的原理和性能进行了深入了解，并通过实 验操作和数据分析验证了其可靠性和准确性。应变式传感器在工业领

域有着广泛的应用前景。 2. 实验建议 （1）在实验过程中要注意被测物体表面必须平整光滑，并且应变片固定牢固。 （2）在进行数据分析时要注意选择合适的拟合方法，并对误差进行修正。 （3）在使用多功能测试仪时要仔细阅读说明书，并按照说明书操作。 五、参考文献 [1] 王志勇, 马海彬, 陈明,等. 应变式传感器原理及其应用[J]. 传感器与微系统, 2010(4):1-4. [2] 黄华, 郑海峰. 应变式传感器的原理及应用[J]. 电气自动化, 2012(5):25-27.

应变传感器实验报告

应变传感器实验报告 应变传感器实验报告 引言 应变传感器是一种用于测量物体应力和变形的装置，广泛应用于工程领域。本 实验旨在通过对应变传感器的实际应用进行研究，探索其工作原理和性能特点。 1. 实验目的 本实验的主要目的是研究应变传感器的基本原理和测量应变的方法，以及了解 其在工程中的应用。通过实际操作，我们将探索应变传感器的灵敏度、线性性 和稳定性等性能指标。 2. 实验装置和方法 实验中使用的装置包括应变传感器、电桥、电源和示波器等。首先，我们将应 变传感器粘贴在被测物体上，并将其与电桥连接。然后，通过调节电桥电阻使 其平衡，记录示波器上的输出信号。 3. 实验结果 我们进行了一系列实验，分别测试了不同应变程度下的应变传感器输出信号。 实验结果显示，应变传感器的输出信号与应变程度呈线性关系，且具有较高的 灵敏度。此外，我们还观察到应变传感器的输出信号在稳定状态下几乎不发生 变化，表明其具有良好的稳定性。 4. 实验分析 根据实验结果，我们可以得出以下结论： 首先，应变传感器的工作原理是基于电阻的变化。当物体受到应力或变形时， 应变传感器内部的电阻发生变化，从而引起输出信号的变化。

其次，应变传感器的灵敏度较高，能够精确测量微小的应变。这使得它在工程领域中具有广泛的应用，如结构健康监测和材料研究等。 最后，应变传感器的稳定性是其重要的性能指标之一。在实验中，我们观察到应变传感器在稳定状态下输出信号几乎不变化，这表明其适用于长期监测和控制应用。 5. 实验应用 应变传感器在工程领域有着广泛的应用。例如，在桥梁结构中，应变传感器可以用于监测桥梁的应力分布，从而评估其结构健康状况。此外，应变传感器还可以应用于材料研究中，帮助科学家了解材料的力学性能和变形特点。 结论 通过本次实验，我们对应变传感器的工作原理和性能特点有了更深入的了解。应变传感器作为一种重要的测量装置，在工程领域发挥着重要作用。通过进一步研究和改进，我们可以进一步提高应变传感器的精度和稳定性，以满足不同领域的需求。 参考文献： [1] 张三，李四. 应变传感器原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2010. [2] Wang, X., & Li, Y. (2018). Strain gauge-based sensors: a comprehensive review. Sensors, 18(8), 1-26.

电阻应变计测量原理实验报告

电阻应变计测量原理实验报告摘要： 本实验通过电阻应变计测量原理，对材料在受力作用下的应变、应力进行了实验探究。结果表明：通过电阻应变计所得到的数据 准确可靠，可反映出材料在不同受力条件下的性能。 实验原理： 电阻应变计是一种用于检测应变的传感器，其原理是基于应变 导致电阻值的变化。当电阻应变计被放置在受力的材料表面，它 会随着表面的应变而产生电阻值的变化。通过测量电阻值的变化，我们可以确定应变的大小。在实验中，我们使用了四片电阻应变计，将其粘贴在被测材料表面，分别测量不同方向上的应变值。 实验步骤： 1.制备被测材料； 2.将四片电阻应变计分别粘贴在被测材料的不同方向上；

3.搭建实验电路，设置电桥电路； 4.对被测材料施加相应的载荷，并测量对应的电阻值； 5.记录所得到的数据，进行处理和分析。 实验结果： 通过实验可得到被测材料在不同受力条件下的应变值和应力值，如下表所示： 载荷大小 q1应变 q2应变q3应变 q4应变 1N 8.22με7.90με8.12με 8.10με 2N 16.42με15.81με16.21με 16.18με

3N 24.83με23.89με24.48με24.45με 4N 33.05με31.85με32.69με32.63με 5N 41.29με39.60με40.76με40.67με 根据实验数据，我们可以绘制应变与载荷大小的散点图，如下图所示： 通过对图像的分析，我们可以得到被测材料的杨氏模量，并进行进一步的分析和应用。 结论： 通过实验，我们成功应用了电阻应变计测量原理，获得了被测材料受力下的应变和应力值。实验结果表明，通过电阻应变计所得到的数据准确可靠，可反映出材料在不同受力条件下的性能。本实验对于深入理解材料弹性性能有很好的帮助，并可在工程实际应用中得到广泛的应用。

电阻应变传感器灵敏度特性研究实验报告·

实验题目：电阻应变传感器灵密度特性研究实验。 满分100 姓名：娄春雅学号： 201922150275 。班级：卓越二班实验日期： 2020.06.19 校区：兴隆山校区。 一、实验目的 1.了解电阻应变式传感器的基本原理、结构、基本特性和使用方法 2.测量传感器半桥和全桥的灵敏度，并与单臂电桥进行比较 3.研究比较电阻应变式传感器配合不同的转换和测量电路的灵敏度的特性从而掌握电阻应变式传感器的使用方法和使用要求 4.通过称重实验学习电子秤的原理并能设计简单的电子秤 二、实验仪器 ET-N型传感器实验仪；砝码；砝码盒 三、实验原理（主要公式，原理图，实验方法等） 1. 物理基础 如果沿导线轴线方向施加拉力或压力使之产生变形，其电阻也会随之变化，这种现象称为应变电阻效应，如图1所示，电阻应变式传感器正是基于此效应而产生的。 一段金属导线，设导线长度为L，其截面积为A(直径为D)，导线电阻为：

K0意义是单位应变量可产生或转换的电阻值相对变化量，是由材料本身的性质决定的。一般的金属材料，在弹性范围内，其泊松比通常在0.25到0.4之间，因此1+2v在1.5到1.8之间，而其电阻率也稍有变化，一般金属材料制作的应变敏感元件的灵敏系数值为2左右，但其具体大小需要经过实验来测定。 2. 金属材料电阻应变片的结构 电阻应变片是常用的电阻应变敏感元件，其结构如图2所示，由1-敏感栅、2-引线、3-粘接剂、4-盖层和5-基底等组成。其中敏感栅是用厚度为0.003到0.010mm的金属箔制成栅状或用金属丝制成。

3. 电阻应变式传感器的转换电路 （1）单臂电桥(在四臂电桥中，只有R1为工作应变片，由于应变 而产生相应的电阻变化为R1的变化，而R2、R3和R4为固定电阻)

传感器原理与应用实验报告

传感器原理与应用 实验报告 分校： 班级： 姓名： 学号：

实验一 电阻应变式传感器实验 实验成绩 批阅教师 一． 实验目的 1．熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用 2．比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度 3．比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度 4．通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理 二．实验内容 1．单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路， 2．半导体应变式传感器位移测量电路。 三．实验步骤 1．调零。开启仪器电源，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，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 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。 2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 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 。 图（1） 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。 3．接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。调整电桥W D 电位器，使测试系统输出为零。 1． 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起点，向上和向下移动各6mm ，测微头每移动1mm 记录一 ＋

个差动放大器输出电压值，并列表。2．计算各种情况下测量电路的灵敏度S。S＝△U／△x 表1 金属箔式电阻式应变片单臂电桥 表2 金属箔式电阻式应变片双臂电桥 表3 半导体应变片双臂电桥

电阻应变式传感器实验报告

电阻应变式传感器实验报告 电阻应变式传感器实验报告 导言： 电阻应变式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于各个领域。本实验旨 在通过实际操作和数据收集，了解电阻应变式传感器的原理和应用。 一、实验目的 本实验的目的是通过测量电阻应变式传感器在不同应变下的电阻变化，了解其 工作原理和特性。同时，通过实验数据的处理，掌握电阻应变式传感器的灵敏 度和线性范围。 二、实验器材和原理 1. 实验器材： - 电阻应变式传感器 - 电源 - 电压表 - 电流表 - 变压器 - 桥式电路 - 数据采集仪 2. 实验原理： 电阻应变式传感器是利用材料在受力作用下产生应变，从而改变电阻值的原理。当传感器受到外力作用时，其内部的应变片会产生应变，从而导致电阻值的变化。通过测量电阻值的变化，可以间接得到外力的大小。

三、实验步骤 1. 将电阻应变式传感器连接到桥式电路中，调节桥臂上的电阻，使得桥路平衡。 2. 施加外力，使传感器产生应变。 3. 通过电压表和电流表测量桥路的电压和电流值。 4. 记录不同应变下的电压和电流值，并计算电阻值的变化。 四、实验数据处理 1. 根据实验记录的电压和电流值，计算电阻值的变化。 2. 绘制电阻值与应变的关系曲线，分析其线性范围和灵敏度。 3. 根据实验结果，评估电阻应变式传感器的性能和适用范围。 五、实验结果和讨论 根据实验数据处理的结果，我们可以得出电阻应变式传感器在不同应变下的电 阻变化曲线。通过分析曲线，我们可以确定其线性范围和灵敏度。同时，我们 还可以评估传感器的稳定性和精确度。 六、实验结论 通过本实验，我们深入了解了电阻应变式传感器的工作原理和特性。实验结果 表明，电阻应变式传感器具有较好的线性范围和灵敏度，适用于各种测量场合。然而，其稳定性和精确度仍需进一步改进。 七、实验总结 本实验通过实际操作和数据处理，使我们对电阻应变式传感器有了更深入的认识。同时，也让我们了解到传感器在实际应用中的一些局限性和改进方向。通 过不断的实验和研究，我们可以进一步提高传感器的性能和精确度，以满足不 同领域的需求。

传感器实验报告

实验一电阻应变片式传感器 一、 实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应， 单臂电桥，半桥和全桥的工作 原理和性能。 二、 实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、士 15V 、士 4V 电源、万用表（自备）。 三、 实验原理： 1、单臂电桥： 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： △ R/R 二K £，式 中 △ R/R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数，£ =△ 1/1 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 的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体 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。 图 1-1 应交片

图1-2 通过这些应变片转换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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应 变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 Uo= (1-1) E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出 为非线性’非线 性误差为L=W 卡10 °%。 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 Uo=EK £ /2 (1-2) E 为电桥电源电压，式1-2表明，半桥输出与应变片阻值变化率 呈线性关系。 E ，R/ R 4 1 R 1 - 2 R

图1-3 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：Uo=KE £ (1-3 ) E 为电桥电源电压，式1-3表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高 了一倍，非线性误差得到进一步改善。 四、实验内容与步骤 1、单臂电桥 1) 图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块 左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别， R1=R2=R3=R4=350Q 。 2） 从主控台接入士 15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开 关，将差动放大器的输入端 Ui 短接，输出端U02接数显电压表（选 择2V 档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V 。Rw4的位置确定 后不能改动。关闭主控台电源。 3） 将应变式传感器的其中一个应变电阻（如 R1）接入电桥与 R W 馥主控相接数显衣 範谏輪出 V L 地 R o Ft 0 接主控箱 一电谅输出 应变传感器实验模块 tl5Y GND -15V 槎主控箱槎救显表 电源输岀 U 地 '* R W

传感器与检测技术实验报告

“传感器与检测技术”实验报告 9 ：薛磊 序号： 83

实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流稳 1位数显万用表（自备）。 压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。