金属箔式应变片性能测试——单臂电桥法（中北大学五院电子信息工程）

简介：
本实验为中北大学五院电子信息工程课程的一部分，旨在通过单臂电桥法评估金属箔式应变片的各项性能指标，加深学生对应变测量技术的理解。 ### 实验报告 **一、实验目的和任务** 本实验旨在使学生了解金属箔式应变片及单臂电桥的工作原理与应用情况。 **二、实验仪器及器件** 所需设备包括可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片以及电压频率表等，同时还需要主副电源以确保整个系统的正常运行。 **三、实验内容及原理** 电阻应变式传感器通过在弹性元件上粘贴特定工艺制造的电阻应变片来实现。这类传感器将工程结构件内部变形转化为电阻变化，进而转换为电信号输出。具体而言，被测量量首先由机械装置转变为弹性元件形变；随后利用应变片将该形变转译成相应的电阻值改变，并通过电路测量技术将其进一步转化为电压或电流信号。 **1. 应变片的电阻应变效应** 所谓“电阻应变效应”，指的是当金属导体或半导体材料在外力作用下产生形变时，其内部结构变化导致电阻值相应调整的现象。以圆柱状导体为例：设长为L、半径为r，则截面积A=π*r^2；假设该材质的电阻率为ρ，则根据基本公式R=ρ*L/A可知，在外力作用下若长度与截面发生变化，即dL和dA时，相应的电阻变化量dR也会随之调整。 本实验聚焦于电子信息工程领域的传感器技术应用，特别是金属箔式应变片在单臂电桥中的性能分析。通过该实践环节，学生可以深入了解此类元件的工作机理及其实际操作方法，在5院电子信息工程专业教学体系中占据重要地位。 **2. 应变灵敏度** 衡量应变片性能的关键指标是其敏感程度（即“应变灵敏系数”），对于金属导体而言主要由几何效应决定，大约在2左右；而半导体材料则更多依靠压阻效应，可达到100至200的高值。 **3. 应变片结构与电桥测量电路** 实验所使用的金属箔式应变片采用直径约0.025mm的细丝或薄层通过光刻和腐蚀工艺制成。在外力作用下，其电阻变化遵循△R/R=K*ε的关系（其中K为灵敏系数；ε表示长度相对变形量）。 在进行测量时通常会使用电桥电路以提高精度与稳定性：包括单臂、半桥及全桥三种形式，后者的输出信号最强且性能最优，但因线性度较差，在复杂场景下可能更倾向于选择其他类型如单臂配置用于基础测试用途。 通过此次实验操作和理论学习相结合的方式，学生不仅能够深入理解传感器在信息与通信工程中的重要角色，并掌握其技术实际应用能力。