傳感器應用技術 課件 知識點：2.8應變片的溫度誤差及分析

傳感器應用技術項目二

基于電阻式傳感器的電子秤的設計與制作應變片的溫度誤差及分析講授內(nèi)容1.溫度誤差由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差，稱為應變片的溫度誤差。用作測量應變的金屬應變片，希望其阻值僅隨應變變化，而不受其它因素的影響。實際上應變片的阻值受環(huán)境溫度（包括被測試件溫度）影響很大。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：其一是應變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。1.溫度誤差電阻溫度系數(shù)的影響敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示：式中:

Rt——溫度為t時的電阻值；R0——溫度為t0時的電阻值；α0——溫度為t0時金屬絲的電阻溫度系數(shù)；Δt——溫度變化值，Δt=t-t0

當溫度變化Δt時，電阻絲電阻的變化值為：

ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt

Rt=R0(1+α0Δt)

1.溫度誤差試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時：環(huán)境溫度變化不會產(chǎn)生附加變形。當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時：環(huán)境溫度變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。設電阻絲和試件在溫度為0℃時的長度均為l0,它們的線膨脹系數(shù)分別為βs和βg，若兩者不粘貼，則它們的長度分別為：ls=l0(1+βsΔt)lg=l0(1+βgΔt)

1.溫度誤差

當兩者粘貼在一起時，電阻絲產(chǎn)生的附加變形Δl、附加應變εβ和附加電阻變化ΔRβ分別為：1.溫度誤差由于溫度變化而引起的應變片總電阻相對變化量為

結論：因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對變化量，除了與環(huán)境溫度有關外，還與應變片自身的性能參數(shù)（K0,α0,βs）以及被測試件線膨脹系數(shù)βg有關。

2.溫度補償方法電阻應變片的溫度補償方法通常有線路補償和應變片自補償兩大類。電橋補償是最常用且效果較好的電阻片溫度誤差補償方法。2.溫度補償方法R１為工作應變片，R２為補償片。電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關系為:

2.溫度補償方法A為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。由上式可知，當R3、R4為常數(shù)時，R1和R2對輸出電壓的作用方向相反。利用這個基本特性可實現(xiàn)對溫度的補償，補償效果較好，這是最常用的補償方法之一。2.溫度補償方法測量應變時，使用兩個應變片，一片貼在被測試件的表面，如圖中R1，稱為工作應變片。另一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上，如圖中R2，稱為補償應變片。在工作過程中補償塊不承受應變，僅隨溫度發(fā)生變形。當被測試件不承受應變時，R1和R2處于同一溫度場，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零。2.溫度補償方法當溫度升高或降低時，若,即兩個應變片的熱輸出相等，由此可得輸出電壓UO為2.溫度補償方法若此時有應變作用，只會引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應變，故可得輸出電壓UO為:由上式可知，電橋輸出電壓只與應變有關，與溫度無關。最后應當指出，為達到完全補償，需滿足下列條件：2.溫度補償方法1.應變片工作過程中，保證另一橋臂兩電阻阻值相等；2.R1和R2的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β，應變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；3.用于粘貼補償片的構件和粘貼工作片的試件二者材料必須一相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；4.兩應變片處于同一溫度環(huán)境中。3.單絲自補償應變片

15利用自身具有溫度補償作用的應變片來補償。根據(jù)溫度自補償應變片的工作原理，要實現(xiàn)溫度自補償，必須有當被測材料確定以后，就可以選擇合適的敏感柵材料滿足上式，達到補償?shù)哪康摹?.雙絲組合式自補償應變計16這種溫度自補償應變計是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實現(xiàn)溫度補償。如圖所示。這種應變片的自補償條件要求粘貼在某種試件上的兩敏感柵，隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反，即焊點RaRb4.雙絲組合式自補償應