傳感器應(yīng)用技術(shù) 課件 知識(shí)點(diǎn)：2.8應(yīng)變片的溫度誤差及分析

傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目二

基于電阻式傳感器的電子秤的設(shè)計(jì)與制作應(yīng)變片的溫度誤差及分析講授內(nèi)容1.溫度誤差由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量帶來的附加誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。用作測(cè)量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受其它因素的影響。實(shí)際上應(yīng)變片的阻值受環(huán)境溫度（包括被測(cè)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(gè)主要因素：其一是應(yīng)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(cè)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(guān)系可用下式表示：式中:

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

當(dāng)溫度變化Δt時(shí)，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(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí)：環(huán)境溫度變化不會(huì)產(chǎn)生附加變形。當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí)：環(huán)境溫度變化，電阻絲會(huì)產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。設(shè)電阻絲和試件在溫度為0℃時(shí)的長(zhǎng)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(zhǎng)度分別為：ls=l0(1+βsΔt)lg=l0(1+βgΔt)

1.溫度誤差

當(dāng)兩者粘貼在一起時(shí)，電阻絲產(chǎn)生的附加變形Δl、附加應(yīng)變?chǔ)纽潞透郊与娮枳兓β分別為：1.溫度誤差由于溫度變化而引起的應(yīng)變片總電阻相對(duì)變化量為

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

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

2.溫度補(bǔ)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(dāng)R3、R4為常數(shù)時(shí)，R1和R2對(duì)輸出電壓的作用方向相反。利用這個(gè)基本特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償，補(bǔ)償效果較好，這是最常用的補(bǔ)償方法之一。2.溫度補(bǔ)償方法測(cè)量應(yīng)變時(shí)，使用兩個(gè)應(yīng)變片，一片貼在被測(cè)試件的表面，如圖中R1，稱為工作應(yīng)變片。另一片貼在與被測(cè)試件材料相同的補(bǔ)償塊上，如圖中R2，稱為補(bǔ)償應(yīng)變片。在工作過程中補(bǔ)償塊不承受應(yīng)變，僅隨溫度發(fā)生變形。當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和R2處于同一溫度場(chǎng)，調(diào)整電橋參數(shù)，可使電橋輸出電壓為零。2.溫度補(bǔ)償方法當(dāng)溫度升高或降低時(shí)，若,即兩個(gè)應(yīng)變片的熱輸出相等，由此可得輸出電壓UO為2.溫度補(bǔ)償方法若此時(shí)有應(yīng)變作用，只會(huì)引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應(yīng)變，故可得輸出電壓UO為:由上式可知，電橋輸出電壓只與應(yīng)變有關(guān)，與溫度無關(guān)。最后應(yīng)當(dāng)指出，為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列條件：2.溫度補(bǔ)償方法1.應(yīng)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(yīng)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(bǔ)償片的構(gòu)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(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。3.單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

15利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片來補(bǔ)償。根據(jù)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片的工作原理，要實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，必須有當(dāng)被測(cè)材料確定以后，就可以選擇合適的敏感柵材料滿足上式，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?.雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)16這種溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)是由兩種不同電阻溫度系數(shù)（一種為正值，一種為負(fù)值）的材料串聯(lián)組成敏感柵，以達(dá)到一定的溫度范圍內(nèi)在一定材料的試件上實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。如圖所示。這種應(yīng)變片的自補(bǔ)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(hào)相反，即焊點(diǎn)RaRb4.雙絲組合式自補(bǔ)償應(yīng)