电桥 应变片 误差来源及改进 思考题

金属箔式应变片实验思考题：

Q.1 三种桥式电路的测量灵敏度之间的关系

1.全桥的灵敏度是四分之一桥的4倍，半桥的灵敏度是四分之一桥的两倍

四分之一桥的输出电压为$U_O\approx \frac{1}{4}{V}_{s}Ge$

$Ge=\frac{\Delta R}{R}$

Q.2 实验可能存在的误差

电桥测量原理上存在非线性。如1/4电桥的输出电压（Z1为变化电阻），如图4-1所示。

从理论上分析应为
$$U_O=\left(\frac{R_1+\Delta R_1}{R_1+\Delta R_1+R_4}-\frac{R_2}{R_2+R_3}\right)V_s$$
只有当$R_{1-初始}=R_2=R_3=R_4$，且$\frac{\Delta R}{R}=\frac{\Delta R_1}{R_1}\ll 1$，$\frac{\Delta R}{R}=Ge$时，
$$U_O\approx \frac{1}{4}{V}_{s}Ge$$

• 应变片应变效应实际上是非线性的。只有当应变在很小尺度时，才能用线性关系去近似应变片的应变效应。
• 调零不是真正为零。实验仪器如电阻的标称值和真实值之间存在一定的偏差。
• 实验导线可能陈旧或老化，产生线间电容效应，读数可能出现跳变情况。调零或是读数时可能没有等示数稳定后读数
• 无线数据交换的电子设备可能作为干扰信号影响差动放大器。

改进措施：

• 实验选择电阻和应变的变化范围时，应使应变在较小的范围内变化，并使$\frac{\Delta R}{R}\ll 1$
• 实验读数时应尽可能在示数稳定后读数，在调零操作后续的实验步骤中，不要旋动调零旋钮等。
• 实验过程中，将实验设备模块远离有无线数据交换的设备。
• 更换实验所用导线，并且在实验过程中尽量不要接触实验线。
• 实验测量记录时，应向一个方向增加（或减少）应变，减少反复向两个方向变化应变时，应变片应变的误差

参考：传感与测试技术实验指导

总结

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