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应变式传感器温度误差及其补偿

文章出处:创始人人气:发表时间:2022-07-20 10:25:24

应变式传感器作为测力的主要传感器,测力范围小到肌 肉纤维,大到登月火箭,精确度可到 0.01—0.1%。 具有结构简单、精度高、测量范围广、体积小、特性好等特点;应变式传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度等物理量应用最广泛的传感器之一。

 

应变式传感器的应变效应:导体或半导体在受到外界力的作用时,产生机械变形,机械变形导 致其阻值变化,这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。应变式传感器的核心元件是电阻应变片,金属的电阻应变片主要有三种:金属丝式 ,箔式,薄膜式。它可将试件上的应力变化,转换成电阻变化。

 

用作测量应变的金属应变片,希望其阻值仅随应变变化,而不受 其它因素的影响。 实际上应变片的阻值受环境温度(包括被测试件的温度)影响很大。 由于环境温度变化引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级,从而产生很大的测量误差,称为应变片的温度误差, 又称热输出。

 

环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素:  应变片的电阻丝(敏感栅)具有一定温度系数; 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。


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温度补偿方法

1.      单丝自补偿应变片

要使应变片在温度变化时的热输出值为零,必须使应变片的膨胀系数与被测体(试件)材料膨胀系数相等,即在相同温度变化下应变片与被测体的相对形变为零。

单丝自补偿应变片的优点是结构简单,制造和使用都比较方便,但它必须 在具有一定线膨胀系数材料的试件上使用,否则不能达到温度自补偿的目的。

2.      双丝组合式自补偿应变片

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由两种不同电阻温度系数(一种为正值,一种为负值)的材料串联组成敏感栅,以达到一定温 度范围内在一定材料的试件上实现温度补偿.。

3.      电路补偿法

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测量应变时,使用两个应变片,一片贴在被测试件的表面,称为工作应变片 R1 。另一片贴在与被测试件材料相同的补偿块上,称为补偿应变片R2。在工 作过程中补偿块不承受应变,仅随温度发生变形。