金属箔应变片单臂电桥性能探究与实验

"金属箔式应变片单臂电桥性能实验" 本次实验主要涉及金属箔式应变片和单臂电桥的性能测试，旨在理解传感器中的应变效应以及电桥的工作原理。实验中，使用了应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、电源和万用表等设备。 金属箔式应变片是一种利用电阻应变效应工作的传感器，当受到外力作用时，其电阻值会随形状变化而改变。电阻应变效应的关系可以用公式(1-1)表示，其中ΔR/R是电阻的相对变化，k是应变灵敏系数，ε是电阻丝的长度相对变化。金属箔式应变片通常通过精细工艺制造，例如光刻和腐蚀，然后贴在弹性体上，以感知应力变化。 实验中采用的双孔悬臂梁式称重传感器结构如图1-1所示，四个应变片分别布置在弹性体的两侧，当受到压力时，应变片的电阻值会因形变而改变。通过单臂电桥（如图1-2所示），将这种电阻变化转化为电压输出，表达式为U = kεV，其中U是输出电压，V是电桥电源电压，kε是非线性误差。从图1-2可以看出，单臂电桥的输出电压是非线性的。 实验步骤包括：首先，确认应变片与应变传感器模块的连接，测量并确保各应变片的初始电阻相等。然后，进行差动放大器的调零，接入电源并预热。接下来，按照电桥电路图连接传感器的一个应变电阻，如R1，与固定电阻R5、R6、R7组成单臂电桥。之后，添加托盘并调整电桥以达到零输出。逐次增加砝码，记录每次增加后的数显表数值，形成负载与输出电压的关系。 实验数据的分析主要包括绘制W-U曲线图（W代表砝码重量，U代表输出电压），这有助于直观地观察应变片的响应。此外，利用MATLAB进行线性拟合，计算灵敏度（p1=0.9），这表示输出电压与砝码重量之间的比例关系。 该实验提供了实践经验，使学生能够深入理解金属箔式应变片的应变效应和单臂电桥的非线性特性，同时也掌握了如何通过实验数据分析传感器的性能。通过对数据的处理和拟合，可以计算出传感器的灵敏度，这对于实际应用中对传感器性能的评估和优化至关重要。