傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二版陳潔黃鴻第三次課應(yīng)變片特性溫度補(bǔ)償

1、電阻應(yīng)變片傳感器測(cè)量電路測(cè)量電路復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)1、傳感器的組成部分？ 傳感器一般由敏感元件與轉(zhuǎn)換元件組成。 2、下列屬于按工作原理分類的傳感器是？ （ ） A 電阻式傳感器 B 力傳感器 C位移傳感器 D 壓力傳感器A A2. 傳感器的構(gòu)成 傳感器一般由敏感元件與轉(zhuǎn)換元件組成。被測(cè)信息敏感元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源信號(hào)調(diào)理電路輸出信息敏感元件(Sensing element) 是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分轉(zhuǎn)換元件(Transition element) 是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵隽哭D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。敏感元件轉(zhuǎn)換元件 壓 力 作 用 膜片形變（應(yīng)變） 應(yīng)變片電阻改變 應(yīng)變式壓力傳感器

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖金屬電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片3 3、下列不屬于按輸出信號(hào)分類的傳感器是？、下列不屬于按輸出信號(hào)分類的傳感器是？A A 開關(guān)型傳感器開關(guān)型傳感器 B B 能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器C C 模擬型傳感器模擬型傳感器 D D 數(shù)字型傳感器數(shù)字型傳感器4 4、常用的應(yīng)變片可分為兩類、常用的應(yīng)變片可分為兩類: : ( )( )和和( ( ) )。5、半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于半導(dǎo)體材料的的 ( )。金屬電阻應(yīng)變片的工作原。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理基于電阻的理基于電阻的( )。6、應(yīng)變效應(yīng)：、應(yīng)變效應(yīng)：SSKllKRR半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片壓阻

3、效應(yīng)壓阻效應(yīng) 應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng) 傳感器的分類(1)(1)按被測(cè)物理量分類按被測(cè)物理量分類: :(2)(2)按工作原理分類按工作原理分類: :(3)(3)按信號(hào)變換特征按信號(hào)變換特征: :(4)(4)按被測(cè)量與輸出電量之間的關(guān)系按被測(cè)量與輸出電量之間的關(guān)系: :(5)(5)按輸出信號(hào)分按輸出信號(hào)分: :位移位移, ,力力, ,溫度等溫度等. .電阻式、電容式、磁電式等電阻式、電容式、磁電式等. .物性型物性型, ,結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型. .能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型. .開關(guān)型（二值型）、模擬型和數(shù)字型開關(guān)型（二值型）、模擬型和數(shù)字型. .7、金屬應(yīng)變片有（金屬應(yīng)變片有（ ）和）和（

4、）。絲式電阻應(yīng)變片絲式電阻應(yīng)變片箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片電阻應(yīng)變片的特性電阻應(yīng)變片的特性 彈性敏感元件及其基本特性彈性敏感元件及其基本特性 物體在外力作用下而改變?cè)瓉?lái)尺寸或形狀的現(xiàn)象物體在外力作用下而改變?cè)瓉?lái)尺寸或形狀的現(xiàn)象稱為稱為變形變形， 而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來(lái)而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來(lái)的尺寸和形狀，這種變形稱為的尺寸和形狀，這種變形稱為彈性變形彈性變形。 具有彈性變具有彈性變形特性的物體稱為形特性的物體稱為彈性元件彈性元件。 物理量物理量應(yīng)變應(yīng)變彈性元件應(yīng)變片電阻變化電阻變化電阻應(yīng)變片的主要特性電阻應(yīng)變片的主要特性SSKllKRRRRK/ 不能滿足測(cè)量精度要求時(shí)不能滿

5、足測(cè)量精度要求時(shí), , 應(yīng)進(jìn)行必要的修正應(yīng)進(jìn)行必要的修正, , 為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測(cè)量誤差為了減小橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測(cè)量誤差, , 現(xiàn)在一般多采現(xiàn)在一般多采用箔式應(yīng)變片。用箔式應(yīng)變片。3 3、機(jī)械滯后、機(jī)械滯后 實(shí)用中，由于敏感柵基底和粘結(jié)劑材料性能，或使用中實(shí)用中，由于敏感柵基底和粘結(jié)劑材料性能，或使用中的過(guò)載，過(guò)熱，都會(huì)使應(yīng)變產(chǎn)生殘余變形，導(dǎo)致在恒溫條件的過(guò)載，過(guò)熱，都會(huì)使應(yīng)變產(chǎn)生殘余變形，導(dǎo)致在恒溫條件下增下增( (加載加載) )、減、減( (卸載卸載) )試件應(yīng)變的過(guò)程中，對(duì)應(yīng)同一機(jī)械應(yīng)變?cè)嚰?yīng)變的過(guò)程中，對(duì)應(yīng)同一機(jī)械應(yīng)變所指示應(yīng)變輸出的不重合。這種不重合性用機(jī)械滯后所指示應(yīng)變輸出的不

6、重合。這種不重合性用機(jī)械滯后(Z(Zj j) )來(lái)衡來(lái)衡量。量。4 4、 應(yīng)變極限應(yīng)變極限 應(yīng)變的線性應(yīng)變的線性( (靈敏系數(shù)為常數(shù)靈敏系數(shù)為常數(shù)) )特性，特性， 只有在一定的應(yīng)只有在一定的應(yīng)變限度范圍內(nèi)才能保持。當(dāng)試件輸入的真實(shí)應(yīng)變超過(guò)某一限值變限度范圍內(nèi)才能保持。當(dāng)試件輸入的真實(shí)應(yīng)變超過(guò)某一限值時(shí)，應(yīng)變的輸出特性將出現(xiàn)非線性。在恒溫條件下，使非線性時(shí)，應(yīng)變的輸出特性將出現(xiàn)非線性。在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到誤差達(dá)到10%10%時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限 limlim。 5、 應(yīng)變片的溫度誤差應(yīng)變片的溫度誤差 由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的改變而給測(cè)量由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)

7、境溫度的改變而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差，帶來(lái)的附加誤差， 稱為應(yīng)變片的溫度誤差。稱為應(yīng)變片的溫度誤差。 產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有下述兩個(gè)方面。個(gè)方面。 1) 電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)的影響的影響2) 試件材料和電阻絲材料的試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同線膨脹系數(shù)不同的影響的影響試件材料和電阻絲材料的試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同線膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生附加形變會(huì)導(dǎo)致電阻變化產(chǎn)生附加形變會(huì)導(dǎo)致電阻變化實(shí)驗(yàn)：雙金屬片電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法1) 1) 應(yīng)變片的自補(bǔ)償法應(yīng)變片的自補(bǔ)償法 這種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)這

8、種溫度補(bǔ)償法是利用自身具有溫度補(bǔ)償作用的應(yīng)變片變片( (稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片稱之為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片) )來(lái)補(bǔ)償?shù)?。?lái)補(bǔ)償?shù)?。?yīng)變片的自補(bǔ)償法有（應(yīng)變片的自補(bǔ)償法有（ ）和（）和（ ） 單絲自補(bǔ)償單絲自補(bǔ)償 雙絲組合式自補(bǔ)償雙絲組合式自補(bǔ)償 R1R3RBR4UoR1RB(a )(b )R1工 作 應(yīng) 變 片 ；RB補(bǔ) 償 應(yīng) 變 片F(xiàn)FU- 式中式中, , A A為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。為由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。當(dāng)當(dāng)R R3 3和和R R4 4為常數(shù)時(shí)，為常數(shù)時(shí)，R R1 1和和R RB B對(duì)電橋輸出電壓對(duì)電橋輸出電壓U Uo o的作用方向的作用方向相反相反。 利用這一基本關(guān)

9、系可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。利用這一基本關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的補(bǔ)償。2) 橋路補(bǔ)償法n當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)當(dāng)被測(cè)試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和和RB又處于同一環(huán)境又處于同一環(huán)境溫度為溫度為t的溫度場(chǎng)中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此的溫度場(chǎng)中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡，此時(shí)有時(shí)有 0)(341RRRRAUBo工程上，一般按工程上，一般按R1 = RB = R3 = R4 選取橋臂電阻。選取橋臂電阻。 n 當(dāng)溫度升高或降低當(dāng)溫度升高或降低t=t-t0時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度而引起的電阻時(shí)，兩個(gè)應(yīng)變片因溫度而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)，變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)， 即即 0)()(3411RRRRR

10、RAUBtBton若此時(shí)被測(cè)試件有應(yīng)變?nèi)舸藭r(shí)被測(cè)試件有應(yīng)變的作用，則工作應(yīng)變片電阻的作用，則工作應(yīng)變片電阻R1又有新又有新的增量的增量R1=R1K，而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量，而補(bǔ)償片因不承受應(yīng)變，故不產(chǎn)生新的增量， 此時(shí)電橋輸出電壓為此時(shí)電橋輸出電壓為 KRARUo41由上式可知，由上式可知，電橋的輸出電壓電橋的輸出電壓Uo僅與被測(cè)試件的應(yīng)變僅與被測(cè)試件的應(yīng)變有關(guān)，有關(guān)， 而而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。 應(yīng)當(dāng)指出，若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過(guò)程必須滿足以下應(yīng)當(dāng)指出，若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過(guò)程必須滿足以下4個(gè)條件：個(gè)條件： 在應(yīng)變片工作過(guò)程中，保證在應(yīng)變片工作過(guò)程中，保證

11、R3=R4 R1和和RB兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)、線膨脹、線膨脹系數(shù)系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系數(shù)、應(yīng)變靈敏度系數(shù)K和初始電阻值和初始電阻值R0。 粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料粘貼補(bǔ)償片的補(bǔ)償塊材料和粘貼工作片的被測(cè)試件材料必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同。必須一樣，兩者線膨脹系數(shù)相同。 兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)。兩應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場(chǎng)。 金屬電阻應(yīng)變片的材料金屬電阻應(yīng)變片的材料 對(duì)電阻絲對(duì)電阻絲(敏感柵敏感柵)材料應(yīng)有如下要求：材料應(yīng)有如下要求： 靈敏系數(shù)大，靈敏系數(shù)大， 且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)；且在相當(dāng)大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)； 值大，即在同樣長(zhǎng)度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較值大，即在同樣長(zhǎng)度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值；大的電阻值； 電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會(huì)改變其阻值；電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會(huì)改變其阻值； 與銅線的焊接性能好，與銅線的焊接性能好， 與其