应变片的温度效应补偿
普通应变片使用时,用胶粘贴在弹性元件上,利用电桥测出阻值以获得应变或压力。
电阻应变片会受到环境和温度的影响,其原因,一是应变片电阻本身具有电阻温度系数;二是弹性元件与应变片两者的线膨胀系数不同,即使无外力作用,即无应变现象,由于环境温度的变化也会引起应变片电阻值的改变,从而产生测量误差。
所以必须采取适当的温度补偿措施。
通常应变片的测量电路采用应变电桥,应变片作为电桥的部分或全部桥臂电阻。
能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。
应变电桥的原理图如图1所示,它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。
在室温下不承受应力时,一般选择R 1=R 2=R 3=R 4。
在组成应变电桥时可取1R 为应变片、1R 和2R 为应变片或1R ~4R 均为应变片等几种形式。
I U 为直流稳压电源,O U 为电桥的输出电压。
必须注意,工作片和温度补偿片的电阻值、灵敏系数以及电阻温度系数应相同,分别粘贴在构件上和不受力的试件上,以保证它们因温度变化所引起的应变片电阻值的变化相同。
U I
U I
图1 电桥原理 图2 半桥单臂温度补偿接法
应变片在电桥中的接法常有以下三种形式:
(1)半桥单臂接法 如图2所示, R1、R3、R4为纯电阻,R2为应变片
1342T R R R R R R R R ε====+∆+∆
O I I
I
1
22
()2(2)
T T T T R R R U U U R R R R R U R R R εεεε+∆+∆=
-+∆+∆∆+∆=+∆+∆
由于 ,T
R R R R ε
∆∆
故上式可简化为 O I ()
4T R R U U R
ε∆+∆=
此时存在由于温度变化而引人的误差
(2)半桥双臂接法 将两个完全相同的工作应变片贴在弹性元件的不同部位,使得在外力作用下,其中一片受压,一片受拉,一个作为工作应变片,另一个作为补偿应变片,然后把这两片接在电桥的相邻桥臂里,另两个桥臂接固定电阻,如图3所示。
3421X T X T R R R R R R R R R R R εε===+∆+∆=+∆-∆ O I I
I 1
222
2()
T T T R R R U U U R R R U R R εε
+∆+∆=
-+∆∆=+∆
由于 T
R R ∆
故上式可简化为 O I 2R U U R
ε
∆=
此时已不存在由于温度变化而引人的误差,同时灵敏度提高了1倍。
U I
工工
图3 半桥双臂接法。