金屬箔式應變片效能實驗報告

實驗報告

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實驗專案名稱：實驗一金屬箔式應變片效能——單臂電橋，半橋

實驗目的：了解金屬箔式應變片，單臂單橋的工作原理和工作情況；：驗證單臂、半橋效能及相互之間關係。

實驗原理：

單臂、半橋、全橋是指在電橋組成工作時，有乙個橋臂、二個橋臂、全部四個橋臂（用應變片）阻值都隨被測物理量而變化。

電橋的靈敏度：電橋的輸出電壓（或輸出電流）與被測應變在電橋的乙個橋臂上引起的電阻變化率之間的比值，稱為電橋的靈敏度。　如圖是直流電橋，它的四個橋臂由電阻r1、r2、r3、r4組成，u。

是供橋電壓，輸出電壓為：

當r1×r3=r2×r4則輸出電壓u為零，電橋處於平衡狀態

如果將r4換成貼在試件上的應變片，應變片隨試件的受力變形而變形，引起應變片電阻r4的變化，平衡被破壞，輸出電壓u發生變化。當臂工作時，電橋只有r4橋臂為應變片，電阻變為r＋r，其餘各臂仍為固定阻值r,代入上式有

組橋時，r1和r3，r2和r4受力方向一致。

實驗步驟（電路圖）：

（1）了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、後、左、右調節。

（2）將差動放大器調零：用連線將差動放大器的正（＋）、負（－）、地短接。將差動放大器的輸出端與f／v表的輸入插口vi 相連；開啟主、副電源；調節差動放大器的增益到最大位置，然後調整差動放大器的調零旋鈕使f／v表顯示為零，關閉主、副電源。

（3）根據圖１接線r1、r2、r3為電橋單元的固定電阻。r4為應變片；將穩壓電源的切換開關置±4v檔，f／v表置20v檔。調節測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調節電橋平衡網路中的w1，使f／v表顯示為零，然後將f／v表置2v檔，再調電橋w1（慢慢地調），使f／v表顯示為零。

（4）將測微頭轉動到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調節測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使f／v表顯示最小，再旋動測微頭，使f／v表顯示為零（細調零），這時的測微頭刻度為零位的相應刻度。

（5）——往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產生位移記下f／v表顯示的值。建議每旋動測微頭一周即δx＝0.5mm記乙個數值填入下表：

（6）據所得結果計算靈敏度s＝δv／δx（式中δx為梁的自由端位移變化，δv為相應f／v表顯示的電壓相應變化）。

(7) 將r3固定電阻換為與r4工作狀態相反的另一應變片即取二片受力方向不同應變片，形成半橋，調節測微頭使樑到水平位置（目測），調節電橋w1使f／v表顯示表顯示為零，重複（5）過程同樣測得讀數，填入下表：

實驗結果及分析：

單臂電橋結果：

靈敏度計算：電壓變化的平均值=0.013mv

s=δv／δx=0.026mv/mm

結果分析：半橋的靈敏度是單臂電橋靈敏度的2倍。

實驗中的注意事項及實驗感想、收穫或建議等：

注意事項：1）為確保實驗過程中輸出指示不溢位，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢位，適當減小，差動放大增益，此時差動放大器不必重調零

2）做此試驗時應將低頻振盪器的幅度關至最小，以減小其對直流電橋的影響。

3）電位器w1、w2，在有的型號儀器中標為rd、ra。

思考題：

1. 為什麼r3和r4的工作狀態要相反?若相同,其輸出電壓將會是多少?

單臂電橋存在非線性誤差，r3和r4工作狀態相反，兩個電阻的增量相互抵消，可以補償非線性誤差。若相同時，輸出電壓將為0

2. 比較單臂、半臂的靈敏度、穩定性並說明原因。

半臂的靈敏度是單臂的兩倍，半臂的穩定較好，因為具有溫度補償作用

3. 電橋的靈敏度與什麼因素有關？如何用電橋特性來提高靈敏度和消除不利因素的影響？

電橋靈敏度與檢流計的電流靈敏度si成正比；與電源的電動勢e成正比；與電源內阻r和串聯限流電阻re之和有關；與檢流計內阻和串聯限流電阻rg之和有關。

4.測量時，電橋不平衡會對測量產生什麼影響，為什麼每次測量前要重新檢查平衡？

會導致無應變時輸出電壓不為零。因為如果應變片發生變形將導致測量錯誤。

檢查平衡是為了消除實驗儀器造成的誤差，減小線性誤差。