传感器第二章——应变片传感器

1、第二章第二章 应变片传感器应变片传感器v金属应变片金属应变片 1 1、基本结构；基本结构； 2 2、工作原理工作原理 3 3、主要性能；主要性能； 4 4、温度效应及其补偿；温度效应及其补偿； 5 5、测量电路。测量电路。v半导体应变片半导体应变片 除上面除上面 1 1、外的有关内容。、外的有关内容。第二章第二章 应变片传感器应变片传感器第一节第一节 金属应变片传感器金属应变片传感器 应变片是一种应变片是一种测力（重）测力（重）或或测加速度测加速度传感器。传感器。主要应用于工程测量和实验。它具有以下特点：主要应用于工程测量和实验。它具有以下特点：1 1、精度高（、精度高（ 0.1 or 0.0

2、5%F.S）、测量范围广）、测量范围广 (几几N-几百几百kN or 几十几十Pa-1011Pa)；2 2、频率响应特性较好（动态范围几十、频率响应特性较好（动态范围几十-几百几百kHz，响应时间响应时间10-7秒秒/10-11秒）；秒）；3 3、结构简单，尺寸小，重量轻；、结构简单，尺寸小，重量轻； 可在高（低）温、高压等恶劣环境中正常工作。可在高（低）温、高压等恶劣环境中正常工作。 金属应变片传感器金属应变片传感器 并且有易于实现小型化和价格低廉等优点。并且有易于实现小型化和价格低廉等优点。 存在的问题存在的问题：在大应变状态时，有较大的非线性：在大应变状态时，有较大的非线性偏差；输出信号

3、较弱，抗干扰能力差；是面测量而偏差；输出信号较弱，抗干扰能力差；是面测量而不是点测量。不是点测量。 通过采取一定的补偿措施，仍为应用最广和最有通过采取一定的补偿措施，仍为应用最广和最有效的敏感元件。效的敏感元件。1 1、金属丝式应变片的基本结构、金属丝式应变片的基本结构 金属丝应变片是用直径为金属丝应变片是用直径为0.025mm0.025mm具有高电阻率具有高电阻率的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排的电阻丝制成的。为了获得高的阻值，将电阻丝排列成栅网状，称为列成栅网状，称为敏感栅敏感栅，并粘贴在绝缘的基片上，并粘贴在绝缘的基片上，电阻丝的两端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护用电阻丝的两

4、端焊接引线。敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层。的覆盖层。 常用敏感栅材料的主要性能常用敏感栅材料的主要性能(1) (1) 敏感栅敏感栅 它是应变计中实现应变它是应变计中实现应变-电阻转换的敏感元件。它电阻转换的敏感元件。它通常由直径为通常由直径为0.0150.05mm的金属丝绕成栅状，的金属丝绕成栅状，或用金属箔腐蚀成栅状。一般用或用金属箔腐蚀成栅状。一般用l表示栅长表示栅长（0.2,0.5,1.0,100,200mm），），b表示栅宽表示栅宽(几几-10 mm)。其电阻值一般在其电阻值一般在100以上（以上（120/200）。）。 (2) (2) 基底基底 为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，

5、通常用为保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通常用粘结剂将它固结在纸质或胶质的基底上。应变计工粘结剂将它固结在纸质或胶质的基底上。应变计工作时，基底起着把试件应变准确地传递给敏感栅的作时，基底起着把试件应变准确地传递给敏感栅的作用。为此，作用。为此，一般为，一般为0.020.020.04mm0.04mm。 其它其它 (3)(3)引线引线它起着敏感栅与测量电路之间它起着敏感栅与测量电路之间的过渡连接和引导作用。通常取直径约的过渡连接和引导作用。通常取直径约0.10.10.15mm0.15mm的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。的低阻镀锡铜线，并用钎焊与敏感栅端连接。 (4)(4)盖层盖层用纸、

6、胶作成，覆盖在敏感栅用纸、胶作成，覆盖在敏感栅上的保护层；起着防潮、防蚀、防损等作用。上的保护层；起着防潮、防蚀、防损等作用。 (5)(5)粘结剂粘结剂在制造应变计时，用它分别在制造应变计时，用它分别把盖层和敏感栅固结于基底；在使用应变计时，用把盖层和敏感栅固结于基底；在使用应变计时，用它把应变计基底再粘贴在试件表面的被测部位。因它把应变计基底再粘贴在试件表面的被测部位。因此它也起着传递应变的作用。此它也起着传递应变的作用。 2 2、金属应变片的工作原理、金属应变片的工作原理 它的物理基础是它的物理基础是胡克定律胡克定律，数学表达式为：，数学表达式为： ：为应力；：为应力； ：为材料的弹性模量

7、；：为材料的弹性模量； ：为应变，实现条件是在弹性范围内。：为应变，实现条件是在弹性范围内。 丝式应变片传感器的工作原理是金属的丝式应变片传感器的工作原理是金属的 ：由于应力作用引起的电阻的相对变化；：由于应力作用引起的电阻的相对变化；EE)/(sF)/(ll./0SKRR0/RR灵敏度系数灵敏度系数 ：灵敏度系数。：灵敏度系数。 有有 。c c为材料常数；为材料常数； ：为材料的泊松比：为材料的泊松比(0.25-0.4)(0.25-0.4)。物理意义：单位应变所引起的电阻值的相对变化。物理意义：单位应变所引起的电阻值的相对变化。 在弹性范围内，在弹性范围内， ：1.8-3.61.8-3.6。

8、SK21)21 ( cKSSK3 3、金属应变片的主要特性、金属应变片的主要特性对多种材料制成的应变片进行测试，测对多种材料制成的应变片进行测试，测试条件为试条件为：（1 1）被测试件为钢材（泊松比被测试件为钢材（泊松比0.2850.285）; ; （2 2）一维轴向应力作用；）一维轴向应力作用； 有有灵敏度约为灵敏度约为2 2. . 由于丝式应变片敏感栅上圆弧栅的由于丝式应变片敏感栅上圆弧栅的存在，使得应变片即受轴向应变又受横向应变的影存在，使得应变片即受轴向应变又受横向应变的影响，从而引起附加电阻变化的现象。响，从而引起附加电阻变化的现象。(2)(2)横向效应横向效应 通过分析可以发现，电

9、阻的相对变化为：通过分析可以发现，电阻的相对变化为：其中其中n n敏感栅根数；敏感栅根数；r r为圆弧栅半径；为圆弧栅半径；L L为敏感栅为敏感栅总长。上式可变为：总长。上式可变为：可以看出，可以看出，丝式应变片电阻的相对变化是轴向应丝式应变片电阻的相对变化是轴向应变变 和横向应变和横向应变 共同作用的结果。共同作用的结果。yxKLrnKLrnnlLLKRR2) 1(2) 1(2/yyxxKKRR/xy横向效应系数横向效应系数H H 可以发现，可以发现，r越小，越小，l越大，则越大，则H越小；即越小；即，的应变片，的应变片，引起的误差引起的误差。rnnlrnKKHxy) 1(2) 1(3)(3

10、)机械滞后机械滞后v现象现象 在加载或卸载过程中对同一机械应变，应在加载或卸载过程中对同一机械应变，应变片的指示值不同，一般卸载时的输出变片的指示值不同，一般卸载时的输出加加载时的输出，这种现象被称为载时的输出，这种现象被称为机械滞后机械滞后。v产生原因产生原因 应变片的残余应变。应变片的残余应变。v消除方法消除方法 机械锻炼机械锻炼(4)(4)动态特性动态特性 当被测应变随时间变化时，应变片的响应特性。当被测应变随时间变化时，应变片的响应特性。 考虑应变波沿应变片栅长方向传播时的情况：考虑应变波沿应变片栅长方向传播时的情况：应变波沿被测构件的分布为：应变波沿被测构件的分布为：设应变片中点的应

11、变为：设应变片中点的应变为：则由应变片测得的平均应变为：则由应变片测得的平均应变为：xx2sin)(0ttx2sin0llxxdxltlxlxmttsin.2sin2sin102/2/0(4)动态特性动态特性 与中点应变的相对误差与中点应变的相对误差 为为:上式表明上式表明 的大小，取决于的大小，取决于 的。在的。在 时，时，有有 。若已知材料的声速，可由。若已知材料的声速，可由 、 确定应变片确定应变片的最高工作频率的最高工作频率 。m2).(61sin1llltmtl201_101l%2l6maxlVf（5 5）温度效应）温度效应 温度效应温度效应：应变片在测量时，除电阻随应变而：应变片在

12、测量时，除电阻随应变而变外，阻值受温度影响很大变外，阻值受温度影响很大 ，从而产生温度误差。，从而产生温度误差。 引起温度误差的因素有：引起温度误差的因素有：（1 1）应变片电阻丝具）应变片电阻丝具有一定的有一定的温度系数温度系数 ；（；（2 2）电阻丝材料与被测试电阻丝材料与被测试件材料的线膨胀系数件材料的线膨胀系数 不同不同。 前者的定量表示为：前者的定量表示为： ， 后者为：后者为： 。 tRRtt1)(tKRRget)()(2t温度效应温度效应 ：电阻温度系数；电阻温度系数； 和和 ：分别为试：分别为试件和敏感栅材料的线膨胀系数。件和敏感栅材料的线膨胀系数。 丝式应变片温度效应的数学表

13、达式为：丝式应变片温度效应的数学表达式为： 相应的虚假应变为：相应的虚假应变为：tegtKtRRRRRRgetttt)()()()(21tKtKRRgettt)(/)(温度效应和热输出温度效应和热输出 也称为热输出，它是由于温度变化引也称为热输出，它是由于温度变化引起应变片产生的应变。起应变片产生的应变。 可以看出，热输出的大小不仅与应变片敏可以看出，热输出的大小不仅与应变片敏感栅材料的性能有关，而且与被测试材料的感栅材料的性能有关，而且与被测试材料的线膨胀系数有关。线膨胀系数有关。t4 4、温度补偿、温度补偿v结构补偿：通过敏感栅材料的选取或其结构的变化结构补偿：通过敏感栅材料的选取或其结构

14、的变化在一定温度范围内实现补偿。它分为单丝自补偿和在一定温度范围内实现补偿。它分为单丝自补偿和双丝自补偿。双丝自补偿。v电路补偿法：将性能相同的应变片粘贴在试件上使电路补偿法：将性能相同的应变片粘贴在试件上使它们感受应变极性相反的应变和相同的温度变化，它们感受应变极性相反的应变和相同的温度变化，并将其放在电桥的两个相邻桥臂上，可以实现部分并将其放在电桥的两个相邻桥臂上，可以实现部分温度补偿。这种补偿方式称为温度补偿。这种补偿方式称为恒压源半桥温度补偿恒压源半桥温度补偿。恒压源半桥温度补偿恒压源半桥温度补偿v半桥补偿的贴片方式半桥补偿的贴片方式v恒压源半桥温度补偿恒压源半桥温度补偿结论结论可实现

15、零点的完全温度补偿可实现零点的完全温度补偿，既无应变时，传感器输出，既无应变时，传感器输出不随温度变化；不随温度变化；一般情况下，其它测试点不能实现温度补偿；一般情况下，其它测试点不能实现温度补偿；但在一定但在一定条件下，可以忽略（较小）。条件下，可以忽略（较小）。金属箔式应变片金属箔式应变片 是利用照相制版或光刻技术将厚约是利用照相制版或光刻技术将厚约2-10m2-10m的金的金属箔制成所需要图形的属箔制成所需要图形的敏感栅敏感栅。箔材料常为康铜或。箔材料常为康铜或镍铬合金等。镍铬合金等。 在常温条件下在常温条件下主要性能优于丝式应变片。主要性能优于丝式应变片。应变花应变花 5 5、测量测量

16、电路电路不平衡电桥测量不平衡电桥测量 应变片常通过直流电桥实现电阻到电压的信号应变片常通过直流电桥实现电阻到电压的信号变化。变化。 忽略电源内阻忽略电源内阻并且在并且在输出为开路输出为开路的理想状况的理想状况下，有：下，有： U Ug g是输出电压；是输出电压；E E是电源电压。是电源电压。 当输入信号为当输入信号为0 0时（没有外力作用），要求时（没有外力作用），要求电桥平衡，即电桥平衡，即 。此时有。此时有 。 （这被称为（这被称为） ERRRRRRRRUg)(432132413241RRRR0gU等臂电桥等臂电桥 设上述电桥为设上述电桥为等臂电桥等臂电桥，有，有 （1 1）当）当 为应变

17、片时，为应变片时， 为应变片的初始电为应变片的初始电 阻阻值。当有应力作用时，根据电阻应变效阻阻值。当有应力作用时，根据电阻应变效 应，有应，有 。则应变片值。则应变片值 ， 此时电压输出为：此时电压输出为： 在在 ，对上式作级数展开且忽略二阶小项，对上式作级数展开且忽略二阶小项01432RRRRR1R0R0RKR0R0RR 1000)21 (4)2(2RRERRERRRUg10RR（1 1）单臂电桥）单臂电桥有输出电压：有输出电压：电压（相对）灵敏度：电压（相对）灵敏度：理论非线性偏差：理论非线性偏差：可以看出，可以看出，输入信号越大，非线性偏差越大输入信号越大，非线性偏差越大。4.0ERR

18、UgKRRUUUL21210线性非线性线性4)/(0ERRUKgu（2 2）半桥工作）半桥工作 和和 均为应变片，并且两者的均为应变片，并且两者的应变极性相反应变极性相反，当有应力作用时，当有应力作用时， 和和 的阻值变化为：的阻值变化为： ，此时输出电压为：此时输出电压为：线性度：线性度：灵敏度：灵敏度：2.0ERRUg0L2)/(0ERRUKgu1R2R2R1R1R2RRR0RR0（3 3）全桥工作）全桥工作 、 、 和和 均为应变片，它们的应变极性均为应变片，它们的应变极性应满足应满足“相邻相反，相对相同相邻相反，相对相同”的原则。其阻值变化的原则。其阻值变化为：为： ； ； ； ；输出

19、电压为：输出电压为：线性度：线性度： 灵敏度：灵敏度：ERRUg00LERRUKgu)/(01R2R3R4R3RRR02RRR04RRR01RRR0一般情况一般情况设：设： n n为桥臂电阻比为桥臂电阻比输出电压：输出电压：电路灵敏度：电路灵敏度： ，（，（经常取经常取n=1n=1）一般一般E E不能太大（不能太大（E-20VE-20V）；在）；在 时，时， 最大。最大。ERRRRRRRRRRRRUg)()(4433221122121nRRRR3412EnnKu2) 1( 1nuK结结 论论v综合考虑电路性能和经济原则，常使用综合考虑电路性能和经济原则，常使用v为保障输出性能稳定，电桥电源常用

20、为保障输出性能稳定，电桥电源常用高精度稳压源；高精度稳压源；v金属应变片金属应变片传感器传感器的功能框图如下的功能框图如下：第二节第二节 压阻式传感器压阻式传感器 它是它是半导体应变片半导体应变片，分为体型和扩散型两种。其，分为体型和扩散型两种。其特点是灵敏度高，温度稳定性差，非线性严重。特点是灵敏度高，温度稳定性差，非线性严重。一、压阻效应：一、压阻效应： 当沿半导体某一轴向施以一定的机械力时，半导当沿半导体某一轴向施以一定的机械力时，半导体因产生应变，其电阻率会发生变化，这就是体因产生应变，其电阻率会发生变化，这就是压阻压阻效应效应。 压阻效应是美国人压阻效应是美国人SmithSmith于

21、于19541954年发现的；年发现的；19581958年贝尔实验室做出了硅力敏传感器。年贝尔实验室做出了硅力敏传感器。1 1、工作原理、工作原理压阻效应压阻效应 压阻效应压阻效应的数学表达式为：的数学表达式为： ：为在：为在l l方向所受的应力；方向所受的应力； 是材料的压阻系数。是材料的压阻系数。 ：与半导体：与半导体、应力方向与各晶轴方向的、应力方向与各晶轴方向的有关。有关。根据胡克定律，压阻效应可以写为：根据胡克定律，压阻效应可以写为：lllll.KEl压阻效应和材料的晶向压阻效应和材料的晶向 忽略半导体的应变效应忽略半导体的应变效应, ,有：有： 。 半导体应变片的应变灵敏度为半导体应

22、变片的应变灵敏度为 。说明：目前使用最多的半导体应变片材料是单晶硅。说明：目前使用最多的半导体应变片材料是单晶硅。 对对P P型，当应力沿型，当应力沿111111晶轴方向；对晶轴方向；对N N型，当型，当应应 力沿力沿100100晶轴方向时，可得到最大的压阻效晶轴方向时，可得到最大的压阻效应。应。.KRREKl晶向和晶面晶向和晶面2 2、压阻应变片的主要特性、压阻应变片的主要特性（1 1）应变）应变电阻变化特性电阻变化特性 通过实验确定通过实验确定 曲线，结果表明：曲线，结果表明：vN N型材料应变片的型材料应变片的（ ）； vP P型材料应变片的型材料应变片的（ ）。（2 2）与金属应变片比

23、，）与金属应变片比，；灵敏度；灵敏度；RR0NK0PK压阻系数与压阻系数与表面掺杂浓度的关系表面掺杂浓度的关系（3 3）电阻和灵敏度温度特性）电阻和灵敏度温度特性v与金属应变片相类似，温度引起的电阻变化为：与金属应变片相类似，温度引起的电阻变化为：v由于压阻系数受温度影响，有：由于压阻系数受温度影响，有： ， 灵敏度为：灵敏度为： 灵敏度系数：灵敏度系数： :-:-(0.10.7)%/c(0.10.7)%/c0 0，所以，所以tKtRRgett)()( Atl AEtK01AEtdtdKkttk压阻系数与温度变化的关系压阻系数与温度变化的关系3 3、温度补偿技术、温度补偿技术v自补偿技术：自补

24、偿技术： 通过选择通过选择N N型半导体应型半导体应变片使热输出尽量小。变片使热输出尽量小。v电路补偿技术：电路补偿技术： 恒流源全桥补偿恒流源全桥补偿（）RIUsc半导体应变片的温度补偿技术半导体应变片的温度补偿技术v零点温度漂移补偿零点温度漂移补偿 在随温度变化较大的应变片上并联一个电阻在随温度变化较大的应变片上并联一个电阻RpRp。v灵敏度温度补偿灵敏度温度补偿 由于灵敏度随温度上升而减小（由于灵敏度随温度上升而减小（k kt t00），所以常），所以常通过在主回路上串联几个负温度系数（通过在主回路上串联几个负温度系数（-1.9-1.9- -2.4mv/c2.4mv/c0 0）的二极管实

25、现温度补偿。）的二极管实现温度补偿。温度补偿电路温度补偿电路5 5、测量测量电路电路不平衡电桥测量不平衡电桥测量 应变片常通过直流电桥实现电阻到电压的信号应变片常通过直流电桥实现电阻到电压的信号变化。变化。 忽略电源内阻忽略电源内阻并且在并且在输出为开路输出为开路的理想状况的理想状况下，有：下，有： U Ug g是输出电压；是输出电压；E E是电源电压。是电源电压。 当输入信号为当输入信号为0 0时（没有外力作用），要求时（没有外力作用），要求电桥平衡，即电桥平衡，即 。此时有。此时有 。 （这被称为（这被称为） ERRRRRRRRUg)(432132413241RRRR0gU（1 1）等臂电

26、桥）等臂电桥- -单臂模式单臂模式有输出电压：有输出电压：电压（相对）灵敏度：电压（相对）灵敏度：理论非线性偏差：理论非线性偏差：可以看出，可以看出，输入信号越大，非线性偏差越大输入信号越大，非线性偏差越大。4.0ERRUgKRRUUUL21210线性非线性线性4)/(0ERRUKgu（2 2）等臂电桥）等臂电桥- -半桥工作模式半桥工作模式 和和 均为应变片，并且两者性能相同均为应变片，并且两者性能相同, ,应变极应变极性性相反相反，当有应力作用时，当有应力作用时， 和和 的阻值变化为：的阻值变化为： ，此时输出电压为：此时输出电压为：线性度：线性度：灵敏度：灵敏度：2.0ERRUg0L2)

27、/(0ERRUKgu1R2R2R1R1R2RRR0RR0（3 3）等臂电桥）等臂电桥- -全桥工作模式全桥工作模式 、 、 和和 均为应变片，它们的应变极性均为应变片，它们的应变极性应满足应满足“相邻相反，相对相同相邻相反，相对相同”的原则。其阻值变化的原则。其阻值变化为：为： ； ； ； ；输出电压为：输出电压为：线性度：线性度： 灵敏度：灵敏度：ERRUg00LERRUKgu)/(01R2R3R4R3RRR02RRR04RRR01RRR0一般情况一般情况设：设： ，n n为桥臂电阻比为桥臂电阻比输出电压：输出电压：电路灵敏度：电路灵敏度：一般一般E E不能太大（不能太大（E-20VE-20

28、V）；在）；在 时，时， 最大。最大。 （经常取经常取n=1n=1）ERRRRRRRRRRRRUg)()(4433221122121nRRRR3412EnnKu2) 1( 1nuK结结 论论v综合考虑电路性能和经济原则，常使用综合考虑电路性能和经济原则，常使用v为保障输出性能稳定，电桥电源常用为保障输出性能稳定，电桥电源常用高精度稳压源；高精度稳压源；v金属应变片金属应变片传感器传感器的功能框图如下的功能框图如下：第二节第二节 压阻式传感器压阻式传感器 它是它是半导体应变片半导体应变片，分为体型和扩散型两种。其，分为体型和扩散型两种。其特点是灵敏度高，温度稳定性差，非线性严重。特点是灵敏度高，

29、温度稳定性差，非线性严重。一、压阻效应：一、压阻效应： 当沿半导体某一轴向施以一定的机械力时，半导当沿半导体某一轴向施以一定的机械力时，半导体因产生应变，其电阻率会发生变化，这就是体因产生应变，其电阻率会发生变化，这就是压阻压阻效应效应。 压阻效应是美国人压阻效应是美国人SmithSmith于于19541954年发现的；年发现的；19581958年贝尔实验室做出了硅力敏传感器。年贝尔实验室做出了硅力敏传感器。1 1、工作原理、工作原理压阻效应压阻效应 压阻效应压阻效应的数学表达式为：的数学表达式为： ：为在：为在l l方向所受的应力；方向所受的应力； 是材料的压阻系数。是材料的压阻系数。 ：与

30、半导体：与半导体、应力方向与各晶轴方向的、应力方向与各晶轴方向的有关。有关。根据胡克定律，压阻效应可以写为：根据胡克定律，压阻效应可以写为：lllll.KEl压阻效应和材料的晶向压阻效应和材料的晶向 忽略半导体的应变效应忽略半导体的应变效应, ,有：有： 。 半导体应变片的应变灵敏度为半导体应变片的应变灵敏度为 。说明：目前使用最多的半导体应变片材料是单晶硅。说明：目前使用最多的半导体应变片材料是单晶硅。 对对P P型，应力沿型，应力沿111111晶轴方向，对晶轴方向，对N N型，应型，应 力沿力沿100100晶轴方向时，可得到最大的压阻效晶轴方向时，可得到最大的压阻效 应。应。.KRREKl

31、晶向和晶面晶向和晶面2 2、压阻应变片的主要特性、压阻应变片的主要特性（1 1）应变）应变电阻变化特性电阻变化特性 通过实验确定通过实验确定 曲线，结果表明：曲线，结果表明：vN N型材料应变片的型材料应变片的（ ）； vP P型材料应变片的型材料应变片的（ ）。（2 2）与金属应变片比，）与金属应变片比，；灵敏度；灵敏度；RR0NK0PK压阻系数与压阻系数与表面掺杂浓度的关系表面掺杂浓度的关系（3 3）电阻和灵敏度温度特性）电阻和灵敏度温度特性v与金属应变片相类似，温度引起的电阻变化为：与金属应变片相类似，温度引起的电阻变化为：v由于压阻系数受温度影响，有：由于压阻系数受温度影响，有： ，

32、灵敏度为：灵敏度为： 灵敏度温度系数：灵敏度温度系数： :-:-(0.10.7)%/c(0.10.7)%/c0 0，所以，所以tKtRRgett)()( Atl AEtK01AEtdtdKkttk压阻系数与温度变化的关系压阻系数与温度变化的关系3 3、温度补偿技术、温度补偿技术v自补偿技术：自补偿技术： 通过选择通过选择N N型半导体应型半导体应变片使热输出尽量小。变片使热输出尽量小。v电路补偿技术：电路补偿技术： 恒流源全桥补偿恒流源全桥补偿（）RIUsc半导体应变片的温度补偿技术半导体应变片的温度补偿技术v零点温度漂移补偿零点温度漂移补偿 在随温度变化较大的应变片上并联一个电阻在随温度变化

33、较大的应变片上并联一个电阻RpRp。v灵敏度温度补偿灵敏度温度补偿 由于灵敏度随温度上升而减小（由于灵敏度随温度上升而减小（k kt t00），所以常），所以常通过在主回路上串联几个负温度系数（通过在主回路上串联几个负温度系数（-1.9-1.9- -2.4mv/c2.4mv/c0 0）的二极管实现温度补偿。）的二极管实现温度补偿。温度补偿电路温度补偿电路应变片传感器的应用应变片传感器的应用（1 1）概念：具有弹性变形特性的元件称为）概念：具有弹性变形特性的元件称为弹性元件弹性元件。 （2 2）作用作用：将力、力矩或压力转换为应变或位移。：将力、力矩或压力转换为应变或位移。 （3 3）分类：弹性

34、元件分为弹性敏感和弹性支撑元件。）分类：弹性元件分为弹性敏感和弹性支撑元件。 （4 4）基本特性：）基本特性： 弹性特性：弹性特性：外力与相应变形间的关系。它常用刚度外力与相应变形间的关系。它常用刚度或灵敏度表示。或灵敏度表示。弹性特性弹性特性刚度刚度K K： F F是作用在弹性元件上的外力；是作用在弹性元件上的外力；x x是弹性元件上的变是弹性元件上的变形。形。灵敏度灵敏度S Sn n： 在应用中，若几个弹性元件并联，则有：在应用中，若几个弹性元件并联，则有： 串联时，有：串联时，有： 。dxdFxFKx)(lim0dFdxKSn/1nininSS11/1nininSS1其它特性其它特性v弹

35、性滞后：加载和卸载曲线不重合的现象。弹性变弹性滞后：加载和卸载曲线不重合的现象。弹性变形之差称为弹性滞后误差。产生原因是弹性元件在形之差称为弹性滞后误差。产生原因是弹性元件在工作时分子间存在的内摩擦。工作时分子间存在的内摩擦。v弹性后效：元件加载后，不是立即完成相应形变，弹性后效：元件加载后，不是立即完成相应形变，而是在一定时间内逐渐完成变形的现象。它是动态而是在一定时间内逐渐完成变形的现象。它是动态测量中响应滞后的原因之一。测量中响应滞后的原因之一。v固有振动频率：元件的动态特性和变换时的滞后现固有振动频率：元件的动态特性和变换时的滞后现象与固有频率有关。一般它通过实验确定，也可用象与固有频率有关。一般它通过实验确定，也可