传感器实验报告应变片的温度效应及补偿
应变片温度补偿
应变片温度补偿1. 引言在工程领域中，应变片常被用于测量物体的应变情况。
然而，应变片的测量结果受到温度的影响，因此需要进行温度补偿以获得准确的应变数据。
本文将探讨应变片温度补偿的原理、方法和应用。
2. 温度对应变片的影响温度对应变片的影响主要表现在两个方面：热膨胀和电阻变化。
2.1 热膨胀当应变片受到温度变化时，其材料会发生热膨胀现象，导致应变片的形状和尺寸发生变化。
这种变化会引起应变片的应变量产生误差，从而影响测量结果的准确性。
2.2 电阻变化应变片的电阻值也会随温度的变化而发生变化。
这是因为材料的电阻率会随温度的升高而增加或减小。
因此，如果不进行温度补偿，应变片的电阻变化会直接影响到测量结果的准确性。
3. 温度补偿原理应变片的温度补偿原理是基于应变片的温度响应特性。
应变片的温度响应特性可以通过实验获得，通常以温度系数来表示。
3.1 温度系数温度系数是指应变片在单位温度变化下的应变量变化率。
温度系数可以分为热膨胀系数和电阻温度系数两种。
3.1.1 热膨胀系数热膨胀系数表示应变片在单位温度变化下的长度或体积变化率。
热膨胀系数可以通过实验测量获得，一般以线膨胀系数和体膨胀系数来表示。
3.1.2 电阻温度系数电阻温度系数表示应变片在单位温度变化下的电阻变化率。
电阻温度系数可以通过实验测量获得，一般以温度系数α来表示。
3.2 温度补偿公式根据应变片的温度响应特性，可以建立温度补偿公式来消除温度对测量结果的影响。
温度补偿公式通常包括热膨胀补偿和电阻补偿两部分。
3.2.1 热膨胀补偿热膨胀补偿是通过测量应变片的温度来计算热膨胀引起的应变量，并将其从测量结果中减去。
热膨胀补偿公式可以表示为：ε_compensation = ε_meas ured - α * (T_measured - T_reference)其中，ε_compensation为补偿后的应变量，ε_measured为测量得到的应变量，α为应变片的热膨胀系数，T_measured为测量得到的温度，T_reference为参考温度。
电阻应变测试原理及温度补偿方法实验
电阻应变测试原理及温度补偿方法实验一、实验目的１．掌握电阻应变片的粘贴技术。
２．初步掌握电阻应变片的绝缘处理、防潮、接线和粘贴质量检查等基本技术。
３．了解电测应力、应变实验原理与电桥接线方法。
二、实验设备及器材 １．电阻应变片。
２．试件。
３．万用表、兆欧表。
４．电烙铁、镊子、丙酮、细砂纸、药棉等工具和材料。
５．502胶水、连接导线、704胶。
６．烘干设备。
三、电测法基本原理电阻应变测量技术(简称电测法)，就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种实验方法，又称非电量电测法。
将电阻应变片粘贴在构件上，当构件受力变形时应变片也随之一起变形，应变片的电阻值发生变化，通过测量电桥将电阻变化转换成电压信号，经放大处理及模／数转换，最后直接输出应变值。
电测法在工程中得到广泛应用，其主要特点： (１) 尺寸小、重量轻、安装方便，对被测构件的应力分布不产生干扰。
(２) 精度和灵敏度高，最小应变读数为１με＝10。
6−(３) 测量范围广、适应性强，既能进行静态测试也能进行动态测试，频率响应范围从零到几万赫。
还可以在高、低温及高压、水中等特殊条件下进行测量。
(４) 可测量多种力学量。
采用应变片作为敏感元件制成各种传感器可测力、位移、压强、转角、速度、加速度、扭矩等。
但电测法也有局限性，其缺点是： (１) 只能测构件表面的应变，并且是有限个点，测量数据是离散的，难以得到整个应力-应变场的分布全貌。
(２)对于应力集中和应变梯度较大的部位，会引起比较大的误差。
四、电阻应变片１．工作原理 由物理学可知，金属导线的电阻为：Ｒ=A Ｌ/ρ (2 - 1)式中：ρ为导线材料电阻率；Ｌ为导线长度；A 为导线截面积。
当金属导线因受力变形引起电阻相对变化，对式(2-1)两边取对数再微分得：ＡＡＬＬＲＲd d d d −+=ρρ(2 - 2)式中：ρρd ≈ ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=ＬL ＡＡＣＶＶＣd d d ； ε=ＬＬd ；⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==ＬＬＤＤＡＡd 2d 2d μＣ为与材料种类和加工方法相关的常数；Ｖ为体积；ε为应变；Ｄ为导线直径；μ为导线材料泊松比。
电阻应变式传感器误差原因以及补偿方法
3.1 对于温度误差我们采用线路补偿法和应变 片自补偿
作者简介 袁明（1998-），男，江苏省盐城市人。大学 本科学历，就读于西北民族大学电气工程及其
（1）线路补偿法即采用电桥补偿法。我 自动化专业。
们将工作应变片 R2 和补偿应变片，二者完全 相同，且都贴在同样材料的试件上，并处于同 样的温度下，这样由于温度变化让工作片产生
• Power Electronics 电力电子
电阻应变式传感器误差原因以及补偿方法
文/袁明
摘
本文主要讲述电阻式应变式
传感器在实际的应用当中产生误 要 差的原因以及提出针对性的解决
方 法， 电 阻 式 应 变 式 传 感 器 基 于
的 效 应 是 金 属 电 阻 的 应 变 效 应，
而在实际的应用当中由于温度对
3 补偿的方法
通过采用电子电路组成压力变送器和温 度变送器，再通过 A/D 转换，送计算机进行 处理，通过编辑程序可以使粘贴在试件上的应 变片，在不承受载荷的条件上，电阻可以不随 时间变化，从而解决零漂的问题。
4 结束语
电阻应变式传感器应用于很多领域，并 且随着科技的发展对于精度的要求越来越高， 而电阻式应变片存在的温度误差以及制造工艺 不精确存在的零漂这两个问题对于精度的影响 很大，因此本文针对性的提出了补偿方法，最 为广泛使用的就是电桥补偿法然后在配用计算 机处理从而对电阻式传感器精度进行提高，对 于电阻式传感器未来的发展有着重要的意义。
3.2 对于制造工艺不精确所引起的零漂现象， 我们可以通过计算机电路进行处理
【关键词】电阻应变传感器 零漂 温度误差 补偿方法
电阻应变式传感器是目前应用最广泛的 传感器之一，可以测量力，荷重，应变，位移， 速度，加速度等各种参数。电阻应变式传感器 具有结构简单，尺寸小，性能稳定可靠，精度 高，变换电路简单，易于实现测试自动化和多 点同步测量，远距测量，因此应用于很多领域， 然而温度对电阻的影响，所引起的温度误差以 及制造工艺上引起的零漂，为了测量的精确性 因此对于误差的研究是很有必要性的。 1 应变式传感器的工作原理
传感器实验报告
传感器实验报告传感器实验实验⼀、电阻应变⽚传感器1．实验⽬的(1) 了解⾦属箔式应变⽚的应变效应，单臂电桥⼯作原理和性能。
(2) 了解半桥的⼯作原理，⽐较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点(3) 了解全桥测量电路的原理及优点。
(4) 了解应变直流全桥的应⽤及电路的标定。
2．实验数据整理与分析由以上两趋势图可以看出，其中⼀个20.9997R =,另⼀个20.9999R =，两个的线性都较好。
其中产⽣⾮线性的原因主要有：（1）04x R e e R R ?=+?，0e 和R ?并不成严格的线性关系，只有当0R R ?<<才有04x Re e R=，所以理论上并不是绝对线性的，总会出现⼀些⾮线性。
（2）应变⽚与材料的性能有关，这也可能产⽣⾮线性。
（3）实验中外界因素的影响，包括外界温度之类的影响。
为什么半桥的输出灵敏度⽐单臂时⾼出⼀倍，且⾮线性误差也得到改善？答：单臂：04x R e e R ?=半桥：1201()2x R R e e R R ??=-灵敏度公式：U S W=；所以半桥测量时是单臂测量的灵敏度的两倍。
0k 受电阻变化影响变得很⼩改善了⾮线性误差。
3．思考题a ．半桥测量时两⽚不同受⼒状态的电阻应变⽚接⼊电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。
解：邻边 b ．桥路（差动电桥）测量时存在⾮线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在⾮线性（2）应变⽚应变效应是⾮线性的（3）调零值不是真正为零。
解：（1）（2）（3）。
c ．全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R 相同时，即R1＝R3，R2＝R4，⽽R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
解：（1）d ．某⼯程技术⼈员在进⾏材料拉⼒测试时在棒材上贴了两组应变⽚，如何利⽤这四⽚电阻应变⽚组成电桥，是否需要外加电阻。
解：可组成全路电桥实验⼆差动变压器1.实验⽬的(1)了解差动变压器的⼯作原理和特性(2)了解三段式差动变压器的结构(3)了解差动变压零点残余电压组成及其补偿⽅法(4)了解激励频率低差动变压器输出的影响2.实验数据整理与分析实验A中产⽣⾮线性误差的原因：（1）存在零点残余电压（2）零点附近波动较⼤（3）读数时的⼈为误差分析产⽣零点残余电压的原因，对差动变压器的性能有哪些不利影响。
【大学物理实验】 电阻应变式传感器 实验报告
大连理工大学大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 专业 班级 姓 名 学号 实验台号实验时间 年 月 日，第 周，星期 第 节实验名称 电阻应变式传感器教师评语实验目的与要求：1. 学习电阻应变式传感器的基本原理、 结构、 特性和使用方法2. 测量比较几种应变式转换电路的输出特性和灵敏度3. 了解温度变化对应变测试系统的影响和温度补偿方法主要仪器设备：CSY 10A 型传感器系统实验仪实验原理和内容： 1. 应变效应导体或半导体在外力的作用下发生机械变形时， 其阻值也会发生相应的变化， 成为应变效应。
电阻应变片的工作原理即是基于这种效应， 将本身受力形变时发生的阻值变化通过测量电路转换为可使用的电压变化等以提供相关力的大小。
金属丝的电阻应变量可由以下算式表达： 金属丝的原始电阻值为SLR ρ=， 收到轴向拉力时， 发生电阻值变化R ∆， 变化比例的表达式为：SS LL RR ∆-∆+∆=∆ρρ， 根据金属丝在力学和材料学上的相关性质， 在弹性范围内可以对公式进行改写， 得到L Lk L L L L RR ∆=∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆++=∆ρρμ)21(， 其中系数k 称为电阻应变片的灵敏系数， 表示单位应变量引起的电阻值变化， 它与金属丝的几何尺寸变化和本身的材料特性有关； 一般半导体的灵敏系数要远大于金属的灵敏系数。
（由于受力会影响到半导体内部的载流子运动， 固可以非常灵敏地反映细微的变化）2. 电阻式应变传感器的测量电路转换电路的作用是将电阻变化转换成电压或电流输出， 电阻应变式传感器中常用的是桥式电路， 本实验使用直流电桥。
驳接阻抗极高的仪器时， 认为电桥的输出端断路， 只输出电压信号； 根据电桥的平衡原理， 只有当电桥上的应变电阻发生阻值变化时， 电压信号即发生变化； 电桥的灵敏度定义为RR V k v /∆=根据电阻变化输入电桥的方法不同， 可以分为单臂、 半桥和全桥输入三种方式：2.1 单臂电桥只接入一个应变电阻片， 其余为固定电阻。
应变片测量温度补偿
应变片测量温度补偿引言：在现代科技发展的背景下，温度测量在各个行业中起到至关重要的作用。
然而，由于环境的变化和仪器本身的特性，温度测量结果往往存在一定的误差。
为了提高温度测量的准确性和可靠性，科学家们提出了各种方法和技术来进行温度补偿。
本文将重点介绍一种常见的温度补偿方法——应变片测量温度补偿。
一、应变片测量原理应变片是一种能够感知物体变形的传感器，它的基本原理是根据应变效应来测量温度。
应变片通常由金属或半导体材料制成，其电阻值会随着温度的变化而发生相应的变化。
当材料受到温度变化或外力作用时，应变片会发生变形，从而引起电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化，我们可以间接地得知温度的变化。
二、应变片测量温度补偿的原理温度补偿是指通过对温度传感器进行修正，从而得到更加准确的温度测量结果。
在应变片测量中，由于应变片本身的特性，其测量结果会受到温度的影响。
为了消除这种影响，我们需要进行温度补偿。
温度补偿的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用一个额外的温度传感器来测量环境温度。
通过将环境温度与应变片测量的温度进行比较，我们可以得到一个补偿系数。
然后，将补偿系数应用到应变片的测量结果上，就可以得到更加准确的温度值。
三、应变片测量温度补偿的应用应变片测量温度补偿广泛应用于各个行业中，特别是对于那些对温度变化要求比较高的领域。
比如，在汽车行业中，引擎温度的测量对于保证发动机的正常运行非常重要。
通过应变片测量温度补偿，可以准确地监测引擎的温度，并及时采取措施，以防止发动机过热。
应变片测量温度补偿还被广泛应用于航空航天、电子设备、化工等领域。
在这些领域中，温度的变化往往会对设备的性能和安全性产生很大的影响。
通过应变片测量温度补偿，可以有效地提高设备的可靠性和稳定性。
四、应变片测量温度补偿的优势相比于其他温度补偿方法，应变片测量温度补偿具有以下几个优势：1. 精度高：应变片测量温度补偿可以实现较高的测量精度，可以满足对温度变化要求较高的应用场景。
传感器实验报告
重庆邮电大学传感器实验报告姓名：李振洲学号：2012216478班级：5121201实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、电压温度频率表、直流稳压电源（±4V ）、差动放大器、电压放大器、万用表（自备） 三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为ε⋅=∆k RR（1-1） 式中RR∆为电阻丝电阻相对变化； k 为应变系数；ll∆=ε为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件。
如图1-1所示，将四个金属箔应变片(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。
图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。
如图1-2信号调理电路所示，R5=R6=R7=R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压RR R R E U ∆⋅+∆⋅=211/40 （1-2）E 为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-RR。
图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1．悬臂梁上的各应变片已分别接到面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．按图1-2接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接电压温度频率表（选择U ），开启直流电源开关。
将“差动放大器”的增益调节电位器与“电压放大器”的增益调节电位器调至中间位置（顺时针旋转到底后逆时针旋转5圈），调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。
关闭“直流电源”开关。
传感器实验报告--应变片的温度效应及补偿
北京XX大学实验报告课程（项目）名称：实验三应变片的温度效应及补偿学院：自动化专业：自动化班级：学号：*名：*绩：2013年12月10日实验一一、任务与目的了解温度对应变测试系统的影响。
二、原理（条件）当应变片所处环境温度发生变化时，由于其敏感栅本身的温度系数，自身的标称电阻值发生变化，而贴应变片的测试件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同，也会引起附加形变，产生附加电阻。
为避免温度变化时引入的测量误差，在实用的测试电路中要进行温度补偿。
本实验中采用的是电桥补偿法三、内容与步骤（1）了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
（2）将差动放大器的（＋）、（－）输入端与地短接，输出端插口与F／V表的输入插口Vi相连。
（3）开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F／V表显示零。
再把F／V表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F／V表显示零。
关闭主、副电源，F／V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
（4）按图接线，开启主副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F／V表显示零，然后将F／V表的切换开关置2V档,调W1电位器，使F／V表显示零。
（5）在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使F／V表显示零。
（6）将－15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F／V表的显示在变化，待F／V表显示稳定后，记下显示数值(起始-0.60 终止0.094 温度：)，并用温度计（自备）测出温度(室温)，记下温度值。
（注意：温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。
）关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
（7）将F／V表的切换开关置20V档，把图中的R3换成应变片（补偿片），重复4－6过程。
（8）比较二种情况的F／V表数值：在相同温度下，补偿后的数值小很多。
（9）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置，四、数据处理（现象分析）（1）在完成步骤（5）调零之后，F/V表显示数值为0，此时室温20℃。
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北京XX大学
实验报告
课程（项目）名称：实验三应变片的温度效应及补偿学院：自动化专业：自动化
班级：学号：
姓名：成绩：
2013年12月10日
实验一
一、任务与目的
了解温度对应变测试系统的影响。
二、原理（条件）
当应变片所处环境温度发生变化时，由于其敏感栅本身的温度系数，自身的标称电阻值发生变化，而贴应变片的测试件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同，也会引起附加形变，产生附加电阻。
为避免温度变化时引入的测量误差，在实用的测试电路中要进行温度补偿。
本实验中采用的是电桥补偿法
三、内容与步骤
（1）了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
（2）将差动放大器的（＋）、（－）输入端与地短接，输出端插口与F／V表的输入插口Vi相连。
（3）开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F／V表显示零。
再把F／V表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F／V表显示零。
关闭主、副电源，
F／V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
（4）按图接线，开启主副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F／V表显示零，然后将F／V表的切换开关置2V档,调W1电位器，使F／V表显示零。
（5）在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使F／V表显示零。
（6）将－15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F／V表的显示在变化，待F／V表显示稳定后，记下显示数值(起始-0.60 终止
0.094 温度：)，并用温度计（自备）测出温度(室温)，记下温度值。
（注
意：温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。
）
关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
（7）将F／V表的切换开关置20V档，把图中的R3换成应变片（补偿片），重复4－6过程。
（8）比较二种情况的F／V表数值：在相同温度下，补偿后的数值小很多。
（9）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置，
四、数据处理（现象分析）
（1）在完成步骤（5）调零之后，F/V表显示数值为0，此时室温20℃。
（2）在连接加热器的电源开始加热后，F／V表的显示在变化，待F／V表显示稳定后，记下显示数值为0.694，此时用温度计测出应变片附近的梁体温
度大约为
（3）将R3换成应变片（补偿片）并重复4－6过程之后，F/V表的读数最终稳定在0.017，发现在相同温度下，补偿后的数值小很多。
五、结论
通过实验进一步了解了应变片的温度效应及补偿原理，并且观察了实过程中的工作状况，实验根据电桥的性质，用一个应变片作为温度补偿片，将它粘贴在一块与被测构件材料相同但不受力的试件上。
将此试件和被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。
粘贴在被测构件上的应变片称为工作片。
在连接电桥时，使工作片与温度补偿片处于相邻的桥臂，。
因为工作片和温度补偿片的温度始终相同，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。