应变片的温度误差及补偿
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。
温度自补偿应变片
温度自补偿应变片温度自补偿应变片是一种用于测量温度变化对物体应变的影响的传感器。
它通常由两个或多个不同热膨胀系数的材料组成，这些材料在不同温度下会产生不同的应变。
利用这种特性，温度自补偿应变片可以通过测量应变来间接测量温度。
温度自补偿应变片的工作原理是基于热膨胀现象。
不同材料在受热时会发生不同程度的膨胀，这种膨胀会导致应变的产生。
通过将不同热膨胀系数的材料组合在一起，可以使得在温度变化时产生的应变相互抵消，从而实现温度自补偿的效果。
温度自补偿应变片的制造过程需要精确控制材料的选取和组合。
通常，选取具有相对较小热膨胀系数的材料作为基底，然后在其上面涂上具有较大热膨胀系数的材料。
这样，在温度变化时，基底和涂层的应变方向和大小会产生差异，从而使得整个应变片的应变趋于零。
温度自补偿应变片广泛应用于各个领域的温度测量中。
在工业领域，它常用于测量管道、容器等设备的温度变化，以及监测机器设备的温度。
在航空航天领域，温度自补偿应变片被用于测量航空器的温度变化，以确保其正常运行。
在科学研究中，温度自补偿应变片被广泛应用于实验室中各种温度测量的需求。
与其他温度传感器相比，温度自补偿应变片具有一些独特的优势。
首先，它具有较高的精度和灵敏度，可以测量微小的温度变化。
其次，由于应变片的自补偿特性，可以减少由于温度变化引起的误差。
此外，温度自补偿应变片具有较高的稳定性和耐用性，能够在恶劣的环境条件下长时间工作。
尽管温度自补偿应变片具有许多优势，但仍然存在一些限制。
首先，由于制造过程的复杂性，温度自补偿应变片的成本较高。
其次，由于不同材料的热膨胀系数的差异，温度自补偿应变片的应变范围有限。
此外，温度自补偿应变片对于温度变化的响应速度较慢，不能适用于某些需要快速响应的应用场景。
温度自补偿应变片是一种用于测量温度变化对物体应变的影响的传感器。
它通过利用不同材料的热膨胀系数的差异来实现温度自补偿的效果，从而提高了温度测量的精度和稳定性。
应变片的自补偿法
电阻应变片型号的编排规则
电阻应变片的型号包括内容如下：类别、基底材料种类、标准电阻---敏感栅长度、敏感 栅结构形式、极限工作温度、自补偿代号（温度和蠕变补偿）及接线方式。 如B F 350 -- 3 AA 80 （23） N6 – X的含义是：
B:表示应变计类别(B:箔式;T:特殊用途;Z:专用(特指卡玛箔))； F:表示基底材料种类(B:玻璃纤维增强合成树脂;F:改性酚醛;A:聚酰亚胺;E:酚醛-缩 醛;Q:纸浸胶;J:聚氨酯)； 350:表示应变计标准电阻； 3：表示敏感栅长度（mm）； AA：表示敏感栅结构形式； 80：表示极限工作温度（℃）； 23：表示温度自补偿或弹性模量自补偿代号(9:用于钛合金; M23:用于铝合金;11:用 于合金钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢;16:用于奥氏体不锈钢和铜基材料;23:用 于铝合金;27:用于镁合金;)； N6：表示蠕变自补偿标号(蠕变标号:T8，T6，T4，T2，T0，T1,T3,T5,N2，N4， N6，N8，N0，N1，N3，N5，N7，N9)； X：表示接线方式(X:标准引线焊接方式;D:点焊点;C:焊端敞开式;U:完全敞开式，焊 引线;F:完全敞开式，不焊引线；X**:特殊要求焊圆引线，**表示引线长度；BX**： 特殊要求焊扁引线，**表示引线长度；Q**: 焊接漆包线，**表示引线长度；G**:焊 接高温引线，**表示引线长度)。
阻值大，承受电压大，输出信号大，但同时敏感栅尺寸 也大。
3、灵敏系数
当具有初始电阻值R的应变片粘贴于试件表面时，试件受力 引起的表面应变，将传递给应变片的敏感栅，使其产生电阻相 对变化ΔR/R。
R K
R
式中， ε为应变片的轴向应变。
定义 K=(ΔR/R)/ε为应变片的灵敏系数。
测量中应变片的误差分析
△Ｌ 引 起 的 温 度 效 应 误 差 以 及 当 实 测 状 况 与 标 定 条 件（ 试 件 泊 松 比 μ＝０．２８５， 应 变 计 纵 轴 Ｘ 与 试 材 主 应 变 +Ｘ 方 向 一 致 ； 使 用 的 应 变 片 与 标 定 的 应 变 片 是 同 批 产 品）
果就使敏感栅总的电阻 增 量△Ｒ 减 小 了 一 不 一 致 时 ， 测 出 的 电 阻 变 化 率 显 示 值
知， 实现温度补偿的条件为：
α△ｔ／Ｓ＋（ !２－ !１） △ｔ＝０
即 α＝－ Ｓ（ !２－ !１）
（ １４）
当被测试材料确定后， 通过选取合适
的 应 变 片 敏 感 栅 材 料 满 足 式（ １４） ， 可 达 到
温度自补偿。
（ ２） 双金属敏感栅自补偿应变片。
这种应变片也称组合式自补偿应变
片， 它是利用两种电阻敏感栅材料的电阻
一 、办 公 自 动 化 及 其 特 点 世界上较具权威的定义是美国麻省理 工学院季斯曼教授对办公自动化的定义： 办公自动化就 是 将 计 算 机 技 术 、通 信 技 术 、 系统科学与行为科学应用于传统的数据处 理技术难以处理的数量庞大且结构不明确 的、包括非数字型信息的办公事务处理的 一项综合技术。１９８５ 年， 我国的专家学者在 全国第一次办公自动化规划会议上， 经过 反复地比较和讨论， 将办公自动化定义为： 办公自动化是基于先进的网络互连基础上 的分布式软件系统， 它利用先进的科学技 术， 不断地使人的一部分办公业务活动物
以不可忽视。
２、试件 材 料 与 敏 感 栅 材 料 的 线 膨 胀 系
数不同， 使应变片产生附加应变当温度变
化时， 在粘贴试件上的应变丝与试件在长
度方向上一起产生变化， 由于两者膨胀系
电阻应变式传感器的温度误差及其补偿.
电阻应变式传感器的温度误差及其补偿
一、温度误差及其产生的原因
1．温度变化引起应变片敏感栅电阻变化而产生附加应变
2．试件材料与敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变
二、温度补偿方法
1．桥路补偿法
结构：补偿应变片粘贴于补偿块上（与试件相同的材料），补偿块不受应力。
电路：测量片与补偿片构成半桥（全桥）差动电路。
原理：温度变化引起的应变片电阻变化为相同方向，通过电桥消除影响。
2．应变片自补偿法
方法一
结构：特殊材料构成应变片。
原理：使温度与线膨胀产生的附加应变相互抵消或减小。
条件：
缺点：局限性大。
一种应变片只能用于一种试件材料。
方法二
结构：用两种不同材料构成应变片。
原理：两种不同材料的温度系数不同，选择适当的材料，使电阻变化减小或消除。
条件：。
应变片角度偏差对主应变测量的影响及其消除方法
应变片角度偏差对主应变测量的影响及其消除方法摘要：应变片测量是材料力学研究中非常常见的一种方法。
然而，应变片的角度偏差对主应变测量会产生影响，导致误差较大。
本文探讨了角度偏差对主应变测量的影响以及消除方法，提出了使用双应变片法进行校正的方法，为准确测量主应变提供了可靠的参考。
关键词：应变片；角度偏差；主应变；双应变片法正文：在应变片测量中，角度偏差是一个非常重要的因素，可以对主应变测量产生明显的影响。
主应变是在材料受到载荷时产生的应变量，是在设计材料结构或预测材料性能时必须考虑的重要参数。
因此，准确测量主应变非常重要。
角度偏差影响主应变测量的原因是，当应变片放置位置发生改变时，应变测量方向会产生变化，导致读数发生偏差。
这个偏差可以引起主应变的误差。
因此，要想测量准确的主应变，必须消除角度偏差的影响。
解决角度偏差带来的误差有多种方法，其中一种方法是使用双应变片法进行校正。
双应变片法可以消除角度偏差并测量出真实的主应变。
该方法利用两个平置的相邻应变片相互补偿测量偏差，采用缝合的测量精度可以达到很高的准确度。
总之，应变片测量在材料力学研究中非常常见，但角度偏差对主应变测量的影响很大，需要进行消除。
本文提出了使用双应变片法进行校正的方法来消除角度偏差带来的误差，提高主应变测量的精度。
除了双应变片法，还有其他方法可以用来消除角度偏差带来的误差。
一种常用的方法是使用传感器和软件进行校正。
这种方法相对简单，只需要一个传感器来测量角度偏差，并通过软件进行校正。
在测量中，传感器可以将角度偏差即时反馈给仪器，软件可以根据传感器的读数进行自动修正。
另一种方法是使用精密角度支架。
这种角度支架可以确保应变片的放置角度非常准确，从而避免测量误差。
但这种方法需要额外的成本，并且需要对仪器进行专业的调整和维修。
当然，如果测量要求非常高，这种方法是非常有效的。
总的来说，校正角度偏差的方法是多种多样的，可以根据实际情况选择合适的方法。
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--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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应变片得温度误差及补偿
１、应变片得温度误差
由于测量现场环境温度得改变而给测量带来得附加误差, 称为应变片得温度误差. 产生应变片温度误差得主要因素有:
１）电阻温度系数得影响
敏感栅得电阻丝阻值随温度变化得关系可用下式表示：
Rt=Ｒ0 （1＋α 0 Δ t ) （3 - 14）
式中: Rｔ——温度为ｔ℃时得电阻值；
R０——温度为ｔ０℃时得电阻值；
α 0-—金属丝得电阻温度系数；
Δ t——温度变化值，Δ ｔ=t —t０。
当温度变化Δｔ时，电阻丝电阻得变化值为
Δ Rt=Ｒt—R0= R0 α 0Δ t （ 3 - 1５）
２）试件材料与电阻丝材料得线膨胀系数得影响
当试件与电阻丝材料得线膨胀系数相同时，不论环境温度如何变化，电阻丝得变形仍与自由状态一样，不会产生附加变形。
当试件与电阻丝线膨胀系数不同时，由于环境温度得变化, 电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻.
设电阻丝与试件在温度为０℃时得长度均为L0 ，它们得线膨胀系数分别为β ｓ与βg, 若两者不粘贴, 则它们得长度分别为
Ls= Ｌ0（1＋β s Δ t）（3 — 16 )
Lg= L0 （1＋βｇΔ ｔ) ( 3—17 ）
当二者粘贴在一起时,电阻丝产生得附加变形Δ L，附加应变εβ与附加电阻变化Δ Ｒβ分别为
Δ L= Lg - Lｓ=（β g—βs ) L0 Δ t（３－１８)
εβ = Δ LL0= （βｇ- βs ）Δ ｔ（３－1９）
Δ R β =K０R０εβ ＝Ｋ0 R0（β ｇ—β s）Δｔ（3 －20)
由式（3 - 15)与式（３-2０) ，可得由于温度变化而引起应变片总电阻相对变化量为
折合成附加应变量或虚假得应变ε ｔ, 有
由式( ３－２1 )与式（ 3 - 22 ）可知,因环境温度变化而引起得附加电阻得相对变化量，除了与环境温度有关外,还与应变片自身得性能参数（K ０，α 0 ，β s）以及被测试件线膨胀系数β g 有关。
2、电阻应变片得温度补偿方法
电阻应变片得温度补偿方法通常有线路补偿法与应变片自补偿两大类。
１) 线路补偿法
电桥补偿就是最常用得且效果较好得线路补偿法。
图 3 — 4 所示就是电桥补偿法得原理图。
电桥输出电压Ｕo 与桥臂参数得关系为
Uo=Ａ（R1R4—ＲＢR３）( 3 －23）
式中：Ａ——由桥臂电阻与电源电压决定得常数。
Ｒ1—工作应变片；RＢ—补偿应变片
由上式可知, 当R3 与R4 为常数时, R1与ＲＢ对电桥输出电压Ｕ0 得作用方向相反。
利用这一基本关系可实现对温度得补偿。
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得补偿块上,且仅工作应变片承受应变。
如图3- 4 所示.
当被测试件不承受应变时，R1 与ＲB 又处于同一环境温度为t ℃得温度场中, 调整电桥参数,使之达到平衡, 有
Uo=Ａ( Ｒ１Ｒ4-RBＲ3 )=0 （３– 2 )
图3—4 电桥补偿法
工程上，一般按Ｒ1 = R2 =R３= R４选取桥臂电阻.当温度升高或降低Δt=t—t0 时, 两个应变片得因温度而引起得电阻变化量相等，电桥仍处于平衡状态，即
Uo=A [（R1+ ΔＲ1t ）R4－（ＲB+ ΔＲＢｔ)R３］=0（3 — 25) 若此时被测试件有应变ε得作用, 则工作应变片电阻Ｒ１又有新得增量ΔＲ１=R１K ε ，而补偿片因不承受应变, 故不产生新得增量, 此时电桥输出电压为
Ｕｏ= AR1R４Kε （３－26) 由上式可知，电桥得输出电压Uo 仅与被测试件得应变ε有关, 而与环境温度无关.
应当指出，若实现完全补偿，上述分析过程必须满足四个条件：
①在应变片工作过程中, 保证R３=Ｒ4 。
②R1与RB 两个应变片应具有相同得电阻温度系数α，线膨胀系数β , 应变灵敏度系数K 与初始电阻值R０。
③粘贴补偿片得补偿块材料与粘贴工作片得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。
2）应变片得自补偿法
这种温度补偿法就是利用自身具有温度补偿作用得应变片，称之为温度自补偿应变片.
温度自补偿应变片得工作原理可由式（３－２1 )得出,要实现温度自补偿，必须有
α 0= —K0 (β g—βs ）( 3- 27)
上式表明，当被测试件得线膨胀系数βg 已知时，如果合理选择敏感栅材料，即其电阻温度系数α 0 、灵敏系数K0 与线膨胀系数βｓ, 使式（ 3 -27 )成立，则不论温度如何变化, 均有Δ Rt/ R０＝0，从而达到温度自补偿得目得。
一、电阻应变片得种类
电阻应变片品种繁多, 形式多样.但常用得应变片可分为两类：金属电阻应变片与半导体电阻应变片.
金属应变片由敏感栅、基片、覆盖层与引线等部分组成，如图３— 2 所示。
敏感栅就是应变片得核心部分,它粘贴在绝缘得基片上，其上再粘贴起保护作用得覆盖层，两端焊接引出导线.金属电阻应变片得敏感栅有丝式、箔式与薄膜式三种.
图3－2金属电阻应变片得结构
箔式应变片就是利用光刻、腐蚀等工艺制成得一种很薄得金属箔栅,其厚度一般在0、0０3 ~ 0．0１mｍ.其优点就是散热条件好, 允许通过得电流较大，可制成各种所需得形状, 便于批量生产.薄膜应变片就是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄得绝缘基片上形成0、1μ m 以下得金属电阻薄膜得敏感栅, 最后再加上保护层。
它得优点就是应变灵敏度系数大，允许电流密度大，工作范围广.
半导体应变片就是用半导体材料制成得，其工作原理就是基于半导体材料得压阻效应.所谓压阻效应，就是指半导体材料在某一轴向受外力作用时, 其电阻率ρ发生变化得现象.
半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为
( 3-10 )
式中Δρ ／ρ为半导体应变片得电阻率相对变化量，其值与半导体敏感元件在轴向所受得应变力关系为
( 3-１1）
式中: π —- 半导体材料得压阻系数。
将式( ３—１１)代入式( 3 －1０）中得
（３－12 )
实验证明，π E比(1+2μ）大上百倍，所以（1+2 μ）可以忽略, 因而半导体应变片得灵敏系数为
Ks=( 3-１3 ）
半导体应变片突出优点就是灵敏度高，比金属丝式高50~ 80 倍,尺寸小，横向效应小,动态响应好.但它有温度系数大, 应变时非线性比较严重等缺点。