金属箔式应变片：单臂电桥性能实验详解及应用

金属箔式应变片——单臂电桥性能实验是一项用于研究金属箔式应变片工作原理和性能的实验室活动。金属箔式应变片是利用材料的电阻应变效应设计的一种敏感元件，当外部机械力作用使其发生形变时，其电阻值会发生相应变化。实验的主要目的是让学生理解应变片如何将力学信号转化为电信号，以及单臂电桥的工作机制。 实验所需的关键设备包括应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V和±4V电源、以及个人携带的万用表。实验过程中，首先需要确认应变片的电阻值相等（例如，所有应变片的初始电阻均为350Ω），然后通过差动放大器进行调零，确保电路的准确性。 实验的核心环节是构建单臂电桥，通过四个金属箔应变片组成一个悬臂梁式传感器，其结构如图1-1所示。当弹性体受力变形时，应变片会随之变化，电桥通过对比固定电阻（R5、R6、R7）和应变电阻（如R1）的电阻差异，实现电阻到电压的转换。根据公式（1-2），单臂电桥输出电压是非线性的，存在非线性误差L，这会影响测量的精度。 接下来，学生会通过逐个增加砝码来模拟不同力度的负载，观察并记录对应电压值，以此研究应变片对力的响应。实验数据会记录在表格中，包括加载的砝码重量和对应的电压读数。 实验结束时，要确保正确断开电源，整理好实验设备。通过这个实验，参与者不仅能掌握金属箔式应变片的工作原理，还能了解单臂电桥在实际应用中的测量技术，如在重量测量、结构健康监测等领域中的重要性。整个过程强调了理论知识与实践操作的结合，提升了学生的实验技能和对传感器技术的理解。