应变片的温度误差及补偿
- 格式：doc
- 大小：27.00 KB
- 文档页数：7
应变片的温度误差及抵偿之五兆芳芳创作
1. 应变片的温度误差
由于丈量现场情况温度的改动而给丈量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差. 产生应变片温度误差的主要因素有 :
1) 电阻温度系数的影响
敏感栅的电阻丝阻值随温度变更的关系可用下式暗示：
Rt=R0（ 1+ α 0 Δ t ） (3 - 14)
式中 : Rt—— 温度为 t ℃时的电阻值 ;
R0—— 温度为 t 0 ℃时的电阻值 ;
α 0—— 金属丝的电阻温度系数 ;
Δt——温度变更值 , Δ t=t -t0 .
当温度变更Δ t 时 , 电阻丝电阻的变更值为
ΔRt=Rt-R0=R0α0Δt（ 3 - 15 ）
2) 试件资料和电阻丝资料的线膨胀系数的影响
当试件与电阻丝资料的线膨胀系数相同时 , 不管情况温度如何变更 , 电阻丝的变形仍和自由状态一样 , 不会产生附加变形. 当试件和电阻丝线膨胀系数不合时 , 由于情况温度的变更 ,
电阻丝会产生附加变形 , 从而产生附加电阻.
设电阻丝和试件在温度为 0 ℃时的长度均为 L0 ，它们的线膨胀系数辨别为β s 和β g, 若两者不粘贴 , 则它们的长度辨别为
Ls=L0（ 1+ β s Δ t ） （ 3 - 16 ）
Lg= L0 （ 1+ β g Δ t ） （ 3 - 17 ）
当两者粘贴在一起时 , 电阻丝产生的附加变形Δ L, 附加应变εβ和附加电阻变更Δ R β辨别为
Δ L= Lg - Ls = （β g- β s ） L0 Δ t (3 - 18)
εβ = Δ LL0= （β g- β s ）Δ t (3 - 19)
ΔRβ=K0R0εβ=K0R0(βg-βs)Δt(3-20)
由式（ 3 - 15 ）和式（ 3 - 20 ） , 可得由于温度变更而引起应变片总电阻相对变更量为
折分解附加应变量或虚假的应变ε t, 有
由式（ 3 - 21 ）和式（ 3 - 22 ）可知 , 因情况温度变更而引起的附加电阻的相对变更量 , 除了与情况温度有关外 , 还与应变片自身的性能参数（ K0 ，α 0 ，β s ）以及被测试件线膨胀系数β g 有关.
2. 电阻应变片的温度抵偿办法
电阻应变片的温度抵偿办法通常有线路抵偿法和应变片自抵偿两大类.
1) 线路抵偿法
电桥抵偿是最经常使用的且效果较好的线路抵偿法.图 3 - 4
所示是电桥抵偿法的原理图.电桥输出电压 Uo 与桥臂参数的关系为
Uo=A（ R1 R4- RB R3 ） （ 3 - 23 ）
式中 : A—— 由桥臂电阻和电源电压决定的常数.
R1— 任务应变片； RB— 抵偿应变片
由上式可知 , 当 R3 和 R4 为常数时 , R1 和 RB 对电桥输出电压 U0 的作用标的目的相反.利用这一根本关系可实现对温度的抵偿. 丈量应变时 , 任务应变片 R1 粘贴在被测试件概略上 , 抵偿应变片 RB 粘贴在与被测试件资料完全相同的抵偿块上 , 且仅任务应变片承受应变. 如图 3 - 4 所示. 当被测试件不承受应变时 , R1 和 RB 又处于同一情况温度为
t ℃的温度场中 , 调整电桥参数，使之达到平衡 , 有
Uo=A（ R1R4-RBR3 ） =0 （ 3 – 2 ）
图 3-4 电桥抵偿法
工程上 , 一般按 R1 = R2 = R3 = R4 选取桥臂电阻.当温度升高或下降Δ t = t-t0 时 , 两个应变片的因温度而引起的电阻变更量相等 , 电桥仍处于平衡状态 , 即
Uo=A［（ R1+ Δ R1t ） R4-(RB+ Δ RBt)R3 ］ =0 (3 - 25) 若此时被测试件有应变ε的作用 , 则任务应变片电阻 R1 又有新的增量Δ R1=R1K ε , 而抵偿片因不承受应变 ,
故不产生新的增量 , 此时电桥输出电压为
Uo=AR1R4Kε（ 3 - 26 ） 由上式可知 , 电桥的输出电压 Uo 仅与被测试件的应变ε有关 , 而与情况温度无关.
应当指出 , 若实现完全抵偿 , 上述阐发进程必须满足四个条件 :
①在应变片任务进程中 , 包管 R3 =R4 .
② R1 和 RB 两个应变片应具有相同的电阻温度系数α , 线膨胀系数β , 应变灵敏度系数 K 和初始电阻值 R0 . ③粘贴抵偿片的抵偿块资料和粘贴任务片的被测试件资料必须一样 , 两者线膨胀系数相同.
④两应变片应处于同一温度场.
2) 应变片的自抵偿法
这种温度抵偿法是利用自身具有温度抵偿作用的应变片 , 称之为温度自抵偿应变片.
温度自抵偿应变片的任务原理可由式（ 3 - 21 ）得出 , 要实现温度自抵偿 , 必须有
α0=-K0（β g- β s ） （ 3 - 27 ）
上式标明 , 当被测试件的线膨胀系数β g 已知时 , 如果公道选择敏感栅资料 , 即其电阻温度系数α 0 、灵敏系数 K0
和线膨胀系数β s, 使式（ 3 - 27 ）成立 , 则不管温度如何变更 , 均有Δ Rt/ R0=0, 从而达到温度自抵偿的目的.
一、 电阻应变片的种类
电阻应变片品种单一 , 形式多样. 但经常使用的应变片可分为两类 : 金属电阻应变片和半导体电阻应变片.
金属应变片由敏感栅、 基片、 笼盖层和引线等部分组成 , 如图 3 - 2 所示. 敏感栅是应变片的焦点部分 , 它粘贴在绝缘的基片上 , 其上再粘贴起庇护作用的笼盖层 , 两端焊接引出导线.金属电阻应变片的敏感栅有丝式、 箔式和薄膜式三种.
图 3-2 金属电阻应变片的结构
箔式应变片是利用光刻、腐化等工艺制成的一种很薄的金属箔栅 , 其厚度一般在 0.003 ～ 0.01mm .其优点是散热条件好 ,
允许通过的电流较大 , 可制成各类所需的形状 , 便于批量生产.薄膜应变片是采取真空蒸发或真空沉淀等办法在薄的绝缘基片上形成 0.1 μ m 以下的金属电阻薄膜的敏感栅 , 最后再加上庇护层.它的优点是应变灵敏度系数大 , 允许电流密度大 ,
任务规模广.
半导体应变片是用半导体资料制成的 , 其任务原理是基于半导体资料的压阻效应.所谓压阻效应，是指半导体资料在某一轴向受外力作用时 , 其电阻率ρ产生变更的现象.
半导体应变片受轴向力作用时 , 其电阻相对变更加
（ 3-10 ）
式中Δρ / ρ为半导体应变片的电阻率相对变更量 , 其值与半导体敏感元件在轴向所受的应变力关系为 （ 3-11 ） 式中
: π —— 半导体资料的压阻系数.
将式（ 3 - 11 ）代入式（ 3 - 10 ）中得
（ 3-12 ）
实验证明 , π E 比（ 1+2 μ）大上百倍 , 所以（ 1+2 μ）可以疏忽 , 因而半导体应变片的灵敏系数为
Ks= （ 3-13 ）
半导体应变片突出优点是灵敏度高 , 比金属丝式高 50 ～ 80
倍 , 尺寸小 , 横向效应小 , 动态响应好.但它有温度系数大 ,
应变时非线性比较严重等缺点.
