應變式傳感器

一、實驗目的：
1．觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。
2．測試應變梁變形的應變輸出。
3．測試單臂橋、差分橋的輸出，并比較兩種橋路間的輸出關系。
二、實驗原理：
本實驗說明箔式應變片及單臂和差分直流電橋的原理和工作情況。
應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。
電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，且R1＝R2＝R3＝R4＝R。

由此可知，單臂，差分橋，全橋電路的靈敏度依次增大。
三、實驗所需部件：
直流穩壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應變片（平行懸臂梁或雙孔懸臂梁）、測微頭（或稱重砝碼）、直流電壓表。
四、實驗步驟：
1．調零。開啟儀器總電源和副電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“＋、－”輸入端用實驗導線對地短路。輸出端接數字電壓表，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗導線。調零后調零電位器不要再變化。
如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。
調零后關閉儀器電源。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調節使應變梁處于基本水平狀態。
2．按圖1將實驗部件用實驗導線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，Rx為應變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為±4V。

應變片單臂橋實驗電路

3．確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘。調整電橋WD電位器，使測試系統輸出為零。
4．旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以懸臂梁水平狀態下電路輸出電壓為零處為起點，向上和向下移動各2.5mm，測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，并填寫表1、表2。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗，填寫表3、表4）。

根據表中所測數據計算靈敏度S，S＝△V／△X（或S＝△V／△g），并在同一坐標圖上做出V－X（V－g）關系曲線。
5．把R3電阻換成另外一個應變片電阻（注意要與前一個方向相反，如圖2所示），構成差分橋，并重復3-4步驟，測得差分橋的各個輸出，并畫V－X（V－g）關系曲線、計算靈敏度。

應變片差分橋實驗電路

五、注意事項：
1．實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。
2．接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內導線斷裂。
3．穩壓電源不要對地短路。所有單元電路的地均須與電源地相連。
4．差動橋實驗時，應變片接入電橋時注意其受力方向。
5．直流激勵電壓不能過大，以免造成應變片自熱損壞。
6．由于進行位移測量時測微頭要從零到正的最大值，又回復到零，再到負的最大值，因此容易造成零點偏移，因此計算靈敏度時可將正△X的靈敏度與負的△X的靈敏度分開計算。再求平均值，以后實驗中凡需過零的實驗均可采用此種方法。
六、思考：
1．在測量數據時，測微頭向上和向下移動時（增加砝碼和減少砝碼），電路的輸出有何不同？輸入輸出關系曲線是否重合？為什么？
2．單臂橋和差分橋的輸出有何變化？靈敏度相同嗎？