THZK-1型测控技术综合实验平台实验指导书.pdf

传感器部分 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、 基本原理 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变 效应。 金属的电阻表达式为： l R  （1） S 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ，横截面积相应减小S ，电阻率因 晶格变化等因素的影响而改变 ，故引起电阻值变化R 。对式（1）全微分，并用相对 变化量来表示，则有： R l S  （2 ）   R l S   6 mm 式中的l 为电阻丝的轴向应变，用 表示，常用单位 （1 =1× ）。   10 l mm 若径向应变为 r ，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比  表示为 r r l S r ，因为 =2 （ ），则（2 ）式可以写成： （ ） r l S r R l    l l （3 ） （12） （12 ） k0 R l  l l l l 式（3 ）为“应变效应”的表达式。k 0 称金属电阻的灵敏系数，从式（3 ）可见，k 0 受 两个因素影响，一个是（1+2 ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是 ， （） 是材料的电阻率 随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则 k0 12 ，对半导体，k 0 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝 拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数k 0 =2 左右。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表 面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电  路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3 ）式，可以得到被测对象的应变值 ，而根 据应力应变关系：  E （4 ） 式中 σ ——测试的应力； E——材料弹性模量。 可以测得应力值σ 。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换 为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分 - 1 - 为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 三、需用器件与单元 THZK-1 型传感器实验模块、砝码 （10 个）、传感器调理电路挂件 （ZK-1）。 四、实验内容与步骤 1．应变片的安装位