传感器及检测技术第二版陈洁黄鸿第三次课 应变片特性 温度补偿

1、电阻应变片传感器测量电路测量电路复习复习1、传感器的组成部分？ 传感器一般由敏感元件与转换元件组成。 2、下列属于按工作原理分类的传感器是？ （ ） A 电阻式传感器 B 力传感器 C位移传感器 D 压力传感器A A2. 传感器的构成 传感器一般由敏感元件与转换元件组成。被测信息敏感元件转换元件辅助电源信号调理电路输出信息敏感元件(Sensing element) 是指传感器中能直接感受被测量的部分转换元件(Transition element) 是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。敏感元件转换元件 压 力 作 用 膜片形变（应变） 应变片电阻改变 应变式压力传感器

2、结构简图金属电阻应变片金属电阻应变片3 3、下列不属于按输出信号分类的传感器是？、下列不属于按输出信号分类的传感器是？A A 开关型传感器开关型传感器 B B 能量转换型传感器能量转换型传感器C C 模拟型传感器模拟型传感器 D D 数字型传感器数字型传感器4 4、常用的应变片可分为两类、常用的应变片可分为两类: : ( )( )和和( ( ) )。5、半导体应变片工作原理是基于半导体材料、半导体应变片工作原理是基于半导体材料的的 ( )。金属电阻应变片的工作原。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的理基于电阻的( )。6、应变效应：、应变效应：SSKllKRR半导体电阻应变片半导体电阻应变片压阻

3、效应压阻效应 应变效应应变效应 传感器的分类(1)(1)按被测物理量分类按被测物理量分类: :(2)(2)按工作原理分类按工作原理分类: :(3)(3)按信号变换特征按信号变换特征: :(4)(4)按被测量与输出电量之间的关系按被测量与输出电量之间的关系: :(5)(5)按输出信号分按输出信号分: :位移位移, ,力力, ,温度等温度等. .电阻式、电容式、磁电式等电阻式、电容式、磁电式等. .物性型物性型, ,结构型结构型. .能量转换型和能量控制型能量转换型和能量控制型. .开关型（二值型）、模拟型和数字型开关型（二值型）、模拟型和数字型. .7、金属应变片有（金属应变片有（ ）和）和（

4、）。丝式电阻应变片丝式电阻应变片箔式应变片箔式应变片电阻应变片的特性电阻应变片的特性 弹性敏感元件及其基本特性弹性敏感元件及其基本特性 物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为称为变形变形， 而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形弹性变形。 具有弹性变具有弹性变形特性的物体称为形特性的物体称为弹性元件弹性元件。 物理量物理量应变应变弹性元件应变片电阻变化电阻变化电阻应变片的主要特性电阻应变片的主要特性SSKllKRRRRK/ 不能满足测量精度要求时不能满

5、足测量精度要求时, , 应进行必要的修正应进行必要的修正, , 为了减小横向效应产生的测量误差为了减小横向效应产生的测量误差, , 现在一般多采现在一般多采用箔式应变片。用箔式应变片。3 3、机械滞后、机械滞后 实用中，由于敏感栅基底和粘结剂材料性能，或使用中实用中，由于敏感栅基底和粘结剂材料性能，或使用中的过载，过热，都会使应变产生残余变形，导致在恒温条件的过载，过热，都会使应变产生残余变形，导致在恒温条件下增下增( (加载加载) )、减、减( (卸载卸载) )试件应变的过程中，对应同一机械应变试件应变的过程中，对应同一机械应变所指示应变输出的不重合。这种不重合性用机械滞后所指示应变输出的不

6、重合。这种不重合性用机械滞后(Z(Zj j) )来衡来衡量。量。4 4、 应变极限应变极限 应变的线性应变的线性( (灵敏系数为常数灵敏系数为常数) )特性，特性， 只有在一定的应只有在一定的应变限度范围内才能保持。当试件输入的真实应变超过某一限值变限度范围内才能保持。当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变的输出特性将出现非线性。在恒温条件下，使非线性时，应变的输出特性将出现非线性。在恒温条件下，使非线性误差达到误差达到10%10%时的真实应变值，称为应变极限时的真实应变值，称为应变极限 limlim。 5、 应变片的温度误差应变片的温度误差 由于测量现场环境温度的改变而给测量由于测量现场环

7、境温度的改变而给测量带来的附加误差，带来的附加误差， 称为应变片的温度误差。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下述两产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。个方面。 1) 电阻温度系数电阻温度系数的影响的影响2) 试件材料和电阻丝材料的试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同线膨胀系数不同的影响的影响试件材料和电阻丝材料的试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同线膨胀系数不同产生附加形变会导致电阻变化产生附加形变会导致电阻变化实验：双金属片电阻应变片的温度补偿方法电阻应变片的温度补偿方法1) 1) 应变片的自补偿法应变片的自补偿法 这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应这

8、种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片变片( (称之为温度自补偿应变片称之为温度自补偿应变片) )来补偿的。来补偿的。应变片的自补偿法有（应变片的自补偿法有（ ）和（）和（ ） 单丝自补偿单丝自补偿 双丝组合式自补偿双丝组合式自补偿 R1R3RBR4UoR1RB(a )(b )R1工 作 应 变 片 ；RB补 偿 应 变 片FFU- 式中式中, , A A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。当当R R3 3和和R R4 4为常数时，为常数时，R R1 1和和R RB B对电桥输出电压对电桥输出电压U Uo o的作用方向的作用方向相反相反。 利用这一基本关

9、系可实现对温度的补偿。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。2) 桥路补偿法n当被测试件不承受应变时当被测试件不承受应变时，R1和和RB又处于同一环境又处于同一环境温度为温度为t的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有时有 0)(341RRRRAUBo工程上，一般按工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 选取桥臂电阻。选取桥臂电阻。 n 当温度升高或降低当温度升高或降低t=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电阻时，两个应变片因温度而引起的电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即即 0)()(3411RRRRR

10、RAUBtBton若此时被测试件有应变若此时被测试件有应变的作用，则工作应变片电阻的作用，则工作应变片电阻R1又有新又有新的增量的增量R1=R1K，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量， 此时电桥输出电压为此时电桥输出电压为 KRARUo41由上式可知，由上式可知，电桥的输出电压电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变仅与被测试件的应变有关，有关， 而而与环境温度无关。与环境温度无关。 应当指出，若要实现完全补偿，上述分析过程必须满足以下应当指出，若要实现完全补偿，上述分析过程必须满足以下4个条件：个条件： 在应变片工作过程中，保证在应变片工作过程中，保证

11、R3=R4 R1和和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数两个应变片应具有相同的电阻温度系数、线膨胀、线膨胀系数系数、应变灵敏度系数、应变灵敏度系数K和初始电阻值和初始电阻值R0。 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相同。必须一样，两者线膨胀系数相同。 两应变片应处于同一温度场。两应变片应处于同一温度场。 金属电阻应变片的材料金属电阻应变片的材料 对电阻丝对电阻丝(敏感栅敏感栅)材料应有如下要求：材料应有如下要求： 灵敏系数大，灵敏系数大， 且在相当大的应变范围内保持常数；且在相当大的应变范围内保持常数； 值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较值大，即在同样长度、同样横截面积的电阻丝中具有较大的电阻值；大的电阻值； 电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值； 与铜线的焊接性能好，与铜线的焊接性能好， 与其