应变片测力实验综述报告

摘 要：本文在CSY-2000D传感器与测试技术实验台基础上，从实验目的、实验原理、实验步骤等几方面详细阐述了电阻应变片测力的工作原理以及应变片电桥测量电路，并要求学生利用labview编写程序对实验数据采用最小二乘法实现线性拟合从而计算系统灵敏度和非线性度。

关键词：应变片；电桥；Labview；最小二乘法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.251

1 实验项目

（1）应变片直流电桥测力实验-半桥单臂；（2）应变片直流电桥测力实验-半桥双臂；（3）应变片电桥测力实验-全桥。

2 实验目的

（1）掌握应变片的基本原理以及应变片在使用过程中的贴片方式；

（2）掌握应变片后续转换电路（直流电桥）的三种形式及特点；（3）掌握数据处理的方式并利用labview编写程序对实验数据采用最小二乘法实现线性拟合得到系统灵敏度和非线性度。

3 实验条件

实验仪器：CSY-2000D传感器与测试技术实验台、相关实验模块，见图1所示。

电源：直流电源（4V、15V）。其他辅助设备：5个20g小砝码、放置砝码的托盘、电压表

4 实验原理

本实验中应变片式力传感器包括两部分：粘贴了四片应变片的悬臂梁和转Q电路（电桥）。当我们在悬臂梁上托盘放置砝码时，悬臂梁受力产生变形，粘贴在悬臂梁上的应变片感知变形自身阻值会发生改变，再由电桥将应变片阻值的变化转变成电压的变化，通过电压表读出电压值，这样我们就完成了从非电量到电量的转换。这里值得注意的是常用的电桥有三种形式，半桥单臂、半桥双臂和全桥，半桥单臂电桥是非线性的，灵敏度也较低；半桥双臂和全桥是线性的，灵敏度分别是半桥单臂的二倍和四倍。本实验也可以印证这一点。

5 实验步骤

以应变片单臂直流电桥测力实验为例，实验步骤如下：

（1）安装。将托盘安装到贴有四片应变片的悬臂梁上，如图1所示。（2）调零。本实验中的调零包括两部分，即放大器调零和电桥调零。差动放大器调零主要通过调节放大器增益电位器和放大器调零电位器两个旋钮到合适的位置；电桥调零主要是调节电桥平衡电位器旋钮到合适的位置。（3）测量。在托盘中心点上依次放置20g砝码，分别读取电压表相应的数值。（4）数据处理。根据数据画出重量-电压曲线，并利用labview编写程序对实验数据采用最小二乘法实现线性拟合从而计算系统灵敏度和非线性度。某次实验学生编制界面及实验数据处理结果如图2所示。

6 实验总结

该实验的主要误差来源于实验过程中电路的不稳定。在做单臂电桥实验时，正负之间出现了比较大的误差，而在做双臂电桥以及全桥实验时，误差很小。可见是定值电阻R2的接入给电路带来的影响，尤其是当四个定值电阻都换成应变片的时候（全桥测量），正负的测量值几乎没有差别。从最后的结果来看，全桥的灵敏度最高，双臂次之，单臂最低。且基本呈现出以下关系，即全桥灵敏度约为双臂的2倍，双臂约为单臂的2倍。这和理论值是基本相符的。可见，电桥的工作臂系数越大，则电桥的灵敏度越高。

参考文献：

[1]吴建平，甘媛.传感器”课程实验教学研究[J].成都理工大学学报（社会科学版），2005（12）：64-66.

[2]夏燕兰.传感器与测试技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]何云峰，朱蕴.《传感器原理》实验教学的启示[J].洛阳师范学院学报，2005（02）：108-110.

[4]黄曼纯.激发认知兴趣，培养创造性思维[J].广东教育（ 教研版） ，2007（02）：40-41.

[5]宋君.教会学习方法提高素质能力[A].学校管理与学校心理研究会第十次学术研讨会论文集[C].2006.

[6]王木子，赵欣.论教学方法及其选择[J].宜春学院学报，2009（12）：87-88.

基金项目：2016质量工程项目：虚拟仪器创客实验室（2016ckjh168）；

教育部产学合作专业综合改革项目：教学内容及课程体系改革-传感器与测试技术实验（201601011047）；教育部国家大学生创新创业计划联合基金项目：基于机器视觉的乒乓球机器人（20160101105）；国家级大学生创新创业训练计划项目：《基于NI机器视觉的乒乓球机器人视觉跟踪与控制的研究》；安徽省大学生创新创业训练计划项目：《新型实验室自助预约系统》

作者简介：汪B（1979―），女，硕士，实验师，主要从事测控技术方面的教学与科研工作。