力和位移传感器制作
力和位移传感器制作
一、实验目的：了解力和位移传感器的制作原理及方法
二、设备及仪器：电阻应变仪、电阻应变片、易拉罐、导线、电阻仪
三、实验原理：
1、电阻应变片：它是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，
并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成。实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在
构件表面需测应变处。当该部位沿应变片L 方向产生线变形时，应变片亦随之一起
变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。实验证明，在一定范围内应变片的电
阻变化率△R ／R 于该处构件的长度变化△L ／L 成正比，即
△R ／R ＝K ·△L ／L
其中R 为应变片的初始电阻值; △表示应变片电阻变化值；△L ／L 表示应变片处纵
轴方向构件的应变值ε；K 为应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电
阻变化。试验中K=2.17
2、应变仪：由电阻应变片讲构件应变ε转换成电阻片的电阻变化△R ，而应变
片所产生的电阻变化是很微小的。通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图所示。电阻
R 1，R 2，R 3和R 4 构成电桥的四个桥臂。在对角点ＡＣ上接上电桥工作电压ｕ，另
一对角点ＢＤ为电桥输出端，输出电压ＵＢＤ。当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，
电桥输出电压为零，此时，称电桥平衡。电桥平衡条件为
R 1R 3=R2R 4
初始电阻R 1=R3=R2=R4 ，电桥保持平衡，即U BD =0。构件受力后，应变片各自受到
应变后分别有微小电阻变化△R 1、△R 2、△R 3和△R 4 ，这时，电桥的输出电压将有
增量△U BD ，即
△U BD =U／4﹙△R 1／R 1－△R 2／R 2△＋R 3／R 3－△R 4／ R 4﹚
四个电阻应变片的灵敏系数K 都相同，则
△U BD =K·U ／4﹙ε1－ε2＋ε3－ε4﹚
3、虎克定律：用电阻应变仪测出的应变值ε实，根据虎克定律求出应力
σ实 = E · ε实
实验时，采用增量法，每增加等量的载荷ΔP ，测定相应的应变增量，取应变增
量的平均值Δε实，则应力实验值为
Δσ实 = E · Δε实 = ΔP ／S
则弹性模量E=ΔP ／（S ·Δε实 ），其中S 为易拉罐的横截面积。
四﹑实验步骤
1、如下图所示，在易拉罐上贴好应变片，并连接好导线。
2、用电阻仪测出每个应变片的电阻，测出易拉罐的直径，并记录数据。
3、用“全桥接法”连接好应变片与应变仪，当易拉罐未受力时，调节应变仪，
使读数盘显示零。
4、在易拉罐上放上质量为500g 的砝码，记录应变仪的读数。每增加质量为500g
的砝码，记录相应的应变值，加到2000g 为止。
5、卸去砝码，应变仪复位。应变测量结束。
五、实验数据整理
S=3.14×3²=28.26 cm² ΔP=5N Δε=7 ×10^-6
E=ΔP ／（S ·Δε）=253 GPa