第6章_ 综合性实验
实验49_ 传感器系列实验
传感器技术是现代信息技术的三大基础之一。它不仅能代替人的某些感知功能，也能感知一些人的感官所不能感受的参数，在工业自动化、能源、交通、灾害预测、安全防卫、环境保护、医疗卫生、航天等领域有着广泛的应用。
实验一__ 箔式应变片原理及其性能参数测试
【实验目的】
1． 掌握箔式应变片的原理、结构及使用方法；
2． 
掌握应变片电桥测量电路原理及性能。
【实验原理】
1．应变片的原理及结构
应变片是最常用的测力传感元件之一。其工作原理基于导体的应变—电阻效应：导体在应力作用下发生应变，使其电阻值相应地发生变化。在弹性范围内，电阻的相对变化与应变间的关系为
__ _____________ _____________ _____________ (49-1)
S称为应变灵敏系数，其物理意义为单位应变引起的物体电阻的相对变化。
为了使应变片既有一定的电阻，又不太长，应变片都是做成栅状，其结构如图49-1所示。金属丝的轴向长度缩短，集中在一小块面积上，因而能近似反映这一面积上的平均应变。
由栅状应变片的结构可知，敏感栅中除有纵向栅线外，还有圆弧或直线形的横栅。横栅既对应变片轴线方向的应变敏感，又对垂直于轴线方向的横向应变敏感，使应变片指示的应变中包含有横向应变的影响，即应变片的横向效应。为了尽可能减少横向应变效应，应变片应当牢固粘贴在测试体表面。
应变片的结构形式有丝式、箔式和薄膜式三种。箔式应变片的敏感栅是金属箔片，其横向部分特别粗，可大大减小横向效应；与基底的接触面积大，能更好地随同试件变形；另外，箔式应变片线段表面积大，散热条件好，允许通过较大的电流，其结构见图49-2。
2． 应变电桥测量电路及其特性
电桥电路是常用的非电量测量电路，其电路如图49-3。 输出电压Uo为
___ _____________ _____________ _____________ _____________ __ _____________ _____________ (49-2)
电桥平衡(R1R4=R2R3)时，由上式知电桥输出电压Uo=0。
设电阻R1、R2、R3、R4的相对变化分别为△R1/R1、△R2/R2、△R3/R3、△R4/R4，R1=R2=R3=R4，则在一阶近似情况下，有：
______________ _____________ (49-3)
令_ ε＝△L/L，由式(49-1)和(49-3)，
____________________ _____________ (49-4)
单位电阻变化率时对应的输出电压大小定义为电桥的灵敏度SV，即
________________________________ _____________ (49-5)
显然，电桥灵敏度SV越大，单位应变的输出电压越大。
按工作臂的不同，可将应变电桥分为：单臂应变电桥—电桥的一个臂接入应变片；双臂应变电桥—电桥的两个臂接入应变片；全臂应变电桥—电桥的四个臂接入应变片。不同电桥工作时的灵敏度是不同的。
(1) 对单臂电桥，只有桥臂R1工作，则
，
；