2. 电阻应变片的温度补偿方法 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。 1) 线路补偿法 电桥补偿是最常用且效果较好的线路补偿。 图(a)是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为： Uo=A(R1R4-RBR3) 3.2电阻应变式传感器 式中, A为由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由上式可知， 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。 测量应变时，工作应变片R1粘贴在被测试件表面上，补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上，且仅工作应变片承受应变, 如图3-8(b)所示。 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。 3.2电阻应变式传感器 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。 3.2电阻应变式传感器 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=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。 3.2电阻应变式传感器 航空与机械工程学院 第三章 电阻应变式传感器 本章学习要求： 1.了解传感器的分类 2.掌握金属应变片传感器的机构原理及特性 3.对电阻应变片测量电桥的分析,掌握电桥的结构、形式、特点及相关的计算。 机电工程测量 第三章、电阻应变片式传感器 3.1 概述 1. 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 物理量 电量 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。 2. 传感器的构成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。 3.1 概述 d V 3. 传感器的分类 3.1 概述 1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩 3.1 概述 机械式,电气式,光学式,流体式等. 2)按工作的物理基础分类: 3.1 概述 能量转换型和能量控制型. 3)按信号变换特征: 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片. 3.1 概述 4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. 电阻应变式传感器--应变片 电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。 3.2 电阻应变式传感器 1) 工作原理(电阻应变效应) 上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数 3.2电阻应变式传感器 金属应变片的电阻R为 代入 3.2电阻应变式传感器 有： 金属丝： 金属丝体积不变： 3.2电阻应变式传感器 有： 对金属材料，导电率不变： 金属丝应变片： 应变计 3.2电阻应变式传感器 金属应变计 3.2电阻应变式传感器 半导体应变计 简化为： 优点：灵敏度大;体积小; 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 3) 应变片的主要参数 4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、 蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。 3.2电阻应变式传感器 1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用 b×L表示。 2）电阻值：应变计的原始电阻值。 3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。 1. 直流电桥平衡条件 E为电源电压，R1、R2、R3及R4为桥臂电阻，RL为负载电阻 当RL→∞时，电桥输出电压为 当电桥平衡时，Uo=0，则有 或 R1R4=R2R3 3) 应变片测量电路 3.2电阻应变式传感器 为电桥平衡条件 2.电压灵敏度 应变片工作时，其电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加入放大器进行放大。由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻抗高很多，所以此时仍视电桥为开路情况。当受应变时，若应变片电阻变化为ΔR，其它桥臂固定不变，电桥输出电压Uo≠0，则电桥不平衡，输出电压为 3.2电阻应变式传感器 3.2电阻应变式传感器 设桥臂比n=R2/R1，由于ΔR1 R1，分母中ΔR1/R1可忽略， 并考虑到平衡条件R2/R1=R4/R3， 则上式可写为 电桥电压灵敏度定义为 从上式分析发现： ① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。 当E值确定后，n取何值时才能使KU最高。 3.2电阻应变式传感器 由dKU/dn = 0求KU的最大值，得 求得n=1时，KU为最大值。这就是说，在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有 从上述可知，当电源电压E和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时， 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。 金属丝应变片： 3.2电阻应变式传感器 3. 非线性误差及其补偿方法 式 是略去分母中的ΔR1/R1项，电桥输出电压与电阻相对变化成正比的理想情况下得到的，实际情况则应按下式计算， 即 与ΔR1/R1的关系是非线性的，非线性误差为 3.2电阻应变式传感器 如果是四等臂电桥，R1=R2=R3=R4，即n=1， 则 对于一般应变片来说，所受应变ε通常在5000μ以下，若取KU=2，则ΔR1/
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