传感器实验
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2023年3月4日发(作者：兔社区)1
传感器技术实验报告
院（系）机械工程系专业班级
姓名同组同学
实验时间2014年月日，第周，星期第
节
实验地点单片机与传感器实验室实验台号
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码（每只约20g）、、数显电压表、±15V、±4V电源、
万用表（自备）。
三、实验原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述
电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系
数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的
应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到
压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1
通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，
如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压
2
k
ER
R
R
R
R
E
U
4R4
E
2
1
1
40
（1-1）
E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差
为%100
2
1
L
R
R
。
四、实验内容与步骤
1．图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4
上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输
入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw3，使电压表显示为0V，
Rw3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
3．将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂
直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出
接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显
示为零。
4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw4，改变差动放大器的增益，使数显电压
表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到
200g砝码加完，记录实验结果，填入表1-1，关闭电源。
表1－1
重量
(g)
3
电压
(mV)
五、注意事项
加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
六、实验报告
根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和
非线性误差δf1=Δm/yF..S×100％，式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线
的最大偏差；yF·S为满量程（200g）输出平均值。
七、思考题：
采用单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：
(1)正(受拉)应变片；
(2)负(受压)应变片；
(3)正、负应变片均可以。
答：
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传感器技术实验报告
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姓名同组同学
实验时间2014年月日，第周，星期第
节
实验地点单片机与传感器实验室实验台号
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
二、实验仪器：同实验一
三、实验原理：不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，
非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压
R
RE
kU
22
E
0
（2-1）
U0比单臂电桥灵敏度提高一倍，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
四、实验内容与步骤
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可
用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
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图2-1应变式传感器半桥实验接线图
2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，
将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw3，
使电压表显示为0V，Rw3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
3．根据图2-1接线，R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，
即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入
桥路电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，
合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。
4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw4，改变差动放大器的增益，使数显电压
表显示10mV，读取数显表数值，保持Rw4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到
200g砝码加完，记录实验结果，填入下表，关闭电源。
表2－1
重量
(g)
电压
(mV)
五、实验报告
根据表2－1计算系统灵敏度L＝ΔU/ΔW和非线性误差δf2。
六、思考题：
1．半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边(2)邻
边的位置
答：
2．桥路测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性误差(2)应变
片应变效应是非线性的(3)零点偏移
答：
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实验时间2014年月日，第周，星期第
节
实验地点单片机与传感器实验室实验台号
实验三金属箔式应变片――全桥性能实验
一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。
二、实验仪器：同实验一。
三、实验原理：
全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如
图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：
Uo=Ekε（3-1）
E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误
差得到进一步改善。
四、实验内容与步骤
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图3-1全桥性能实验接线图
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可
用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输
入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw3，使电压表显示为0V。
Rw3的位置确定后不能改动，关闭主控台电源。
3．按图3-1接线，将受力不同的4只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，
直流电源±4V(从主控台接入)，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合
上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。
4．在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw4，改变差动放大器的增益，使数显电压
表显示左右，读取数显表数值，保持Rw4不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到
200g砝码加完，记录实验结果，填入下表3-1，关闭电源。
表3-1
重量
(g)
电压
(mV)
五、实验报告
根据表3-1的实验数据，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δf3
六、思考题
1．全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时，是
否可以组成全桥：(1)可以，(2)不可以。
答：
2．工程技术人员在进行材料拉力测
试时在棒材上贴了两组应变片，如何利
用这四片电阻应变片组成电桥，是否需
要外加电阻。
图3-2应变式传感器受拉时传感器圆平面展开图
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姓名同组同学
实验时间2014年月日，第周，星期第
节
实验地点单片机与传感器实验室实验台号
实验四直流全桥的应用——电子称实验
一、实验目的：了解直流全桥的应用及电路的定标
二、实验仪器：同实验一
三、实验原理：
电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使
电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电
子称。
四、实验内容与步骤
1．按实验三的步骤1、2、3接好线并将电路调零。
2．将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw4（满量程时的增益），使数显
电压表显示为（2V档测量）。
3．拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为，若不为，再次调节Rw4调零。
4．重复2、3步骤的定标过程，直到精确为止，把电压量纲改为重量量纲即可以称重。
5．将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记录实验结果，
填入下表，关闭电源。
表4-1
重量
(g)
电压
(mV)
6．打开电源，根据定标结果，在电子秤上称量几样自己的随身物品（例如手机、钥匙
等）的重量，记录实验结果，填入下表，关闭电源。
表4-2
电压手钥
9
(mV)机匙
重量
(g)