传感器与检测技术第二版陈洁黄鸿第三次课应变片特性温度补偿

传感器与检测技术第二版陈洁黄鸿第三次课应变片特性温度补偿第一页，共24页。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第二页，共24页。2.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(Sensingelement)是指传感器中能直接感受被测量的部分转换元件(Transitionelement)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。第三页，共24页。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

应变式压力传感器结构简图第四页，共24页。金属电阻应变片3、下列不属于按输出信号分类的传感器是？A开关型传感器B能量转换型传感器C模拟型传感器D数字型传感器4、常用的应变片可分为两类:()和()。5、半导体应变片工作原理是基于半导体材料的()。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的()。6、应变效应：半导体电阻应变片压阻效应应变效应第五页，共24页。

传感器的分类

(1)按被测物理量分类:(2)按工作原理分类:(3)按信号变换特征:(4)按被测量与输出电量之间的关系:(5)按输出信号分:位移,力,温度等.电阻式、电容式、磁电式等.物性型,结构型.能量转换型和能量控制型.开关型（二值型）、模拟型和数字型.第六页，共24页。7、金属应变片有（）和（）。丝式电阻应变片箔式应变片第七页，共24页。电阻应变片的特性

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称为变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。物理量应变弹性元件应变片电阻变化第八页，共24页。电阻应变片的主要特性

第九页，共24页。2.横向效应

直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K↓下降，这种现象称为横向效应。

不能满足测量精度要求时,应进行必要的修正,为了减小横向效应产生的测量误差,现在一般多采用箔式应变片。第十页，共24页。3、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(加载)、减(卸载)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(Zj)来衡量。第十一页，共24页。4、

应变极限

应变的线性(灵敏系数为常数)特性，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10%时的真实应变值，称为应变极限εlim。

第十二页，共24页。5、

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下述两个方面。1)电阻温度系数的影响2)试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同的影响第十三页，共24页。试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同产生附加形变会导致电阻变化实验：双金属片第十四页，共24页。电阻应变片的温度补偿方法1)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变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的。应变片的自补偿法有（）和（）单丝自补偿双丝组合式自补偿第十五页，共24页。U0=A（R1R4-RBR3）

式中,A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥输出电压Uo的作用方向相反。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。2)桥路补偿法第十六页，共24页。当被测试件不承受应变时，R1和RB又处于同一环境温度为t的温度场中，调整电桥参数使之达到平衡，此时有工程上，一般按R1=RB=R3=R4

选取桥臂电阻。

第十七页，共24页。

当温度升高或降低Δt=t-t0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，即若此时被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε，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，而与环境温度无关。

第十八页，共24页。

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：

①在应变片工作过程中，保证R3=R4②R1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。④两应变片应处于同一温度场。第十九页，共24页。金属电阻应变片的材料对电阻丝(敏感栅)材料应有如下要求：①灵敏系数大，且在相当大的应变范围内保持常数；②ρ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；③电阻温度系数小，否则因环境温度变化也会改变其阻值；④与铜线的焊接性能好，与其它金属的接触电势小；⑤机械强度高，具有优良的机械加工性能。常用材料：康铜、镍铬合金、铁铬铝合金、铁镍铬合金、贵金属（铂、铂钨合金等）材料第二十页，共24页。单臂电桥试件测量电路的分类------按工作应变片个数来分第二十一页，共24页。双臂电桥（差动半桥）R1、R2为应变片