第3章 应变片3温度补偿
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。
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。
温度补偿的相关对应特性
当温度升高或降低Δt=t-t0时，两个应变片因温度而引起的电阻 变化量相等，电桥仍处于平衡状态， 即
U o A [R 1 ( R 1 t) R 4 ( R B R B ) R 3 t ] 0
若此时被测试件有应变ε的作用，则工作应变片电阻R1又有新 的增量ΔR1=R1Kε，而补偿片因不承受应变，故不产生新的增量， 此时电桥输出电压为
UoAR 1R4K
由上式可知，电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关， 而 与环境温度无关。
温度补偿的相关对应特性
应当指出，若要实现完全补偿，上述分析过程必须满足以下 4个条件：
① 在应变片工作过程中，保证R3=R4 ② R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀 系数β、应变灵敏度系数K和初始电阻值R0（应变片型号相同） ③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料 必须一样，两者线膨胀系数相同。（R1，RB所粘贴试件相同） ④ 两应变片应处于同一温度场。（应变片所处环境相同）
被测信息 敏感元件
转换元件
信号调理电路 输出信息
辅助电源
敏感元件(Sensing element) 是指传感器中能 直接感受被测量的部分
转换元件(Transition element) 是指传感器中 能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的 电信号部分。
温度补偿的相关对应特性
转换元件 应变片电阻改变
应变片的自补偿法有（ 单丝自补偿 ）和（ 双丝组合式自补偿 ）
温度补偿的相关对应特性
1 2) 桥路补偿RB法
Uo
F
R1
F
R3
R4
RB
U
~
R1—工作应变R片B— ；补偿应变片
(a)
(b)
自动检测技术第三章复习题（附答案）
自动检测技术第三章复习题（附答案）第三章压力及力检测一、选择题1、将超声波（机械振动波）转换成电信号是利用压电材料的（C）蜂鸣器中发出“嘀……嘀……”声的压电片发声原理是利用压电材料的（D）在电子打火机和煤气灶点火装置中，利用的是压电材料的（C）A.应变效应B.电涡流效应C.压电效应D.逆压电效应2、使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量（C）。
A.人的体重B.车刀的压紧力C.车刀在切削时感受到的切削力的变化量D.自来水管中的水的压力3、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，应选择（ C ）测量转换电路。
A．单臂半桥 B．双臂半桥 C．四臂全桥4、以下几种传感器当中（ C ）属于自发电型传感器。
A、电容式B、电阻式C、压电式D、电感式5、属于四端元件的是( C )。
A、应变片B、压电晶片C、霍尔元件D、热敏电阻6、半导体薄片置于磁场中，当有电流流过是，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称为（C）。
A、压电效应B、压磁效应C、霍尔效应D、电涡流效应二、填空题1、由于而引起导电材料变化的现象，叫应变效应。
（变形电阻）2、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。
3、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高原来的 2 倍。
4、在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。
5、压电式传感器的工作原理是以晶体的压电效应为理论依据。
6、电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。
7、霍尔电势与半导体薄片的厚度成反比。
8、在压电晶片的机械轴上施加力，其电荷产生在X面9、霍尔元件采用恒流源激励是克服温漂10、电阻应变片的温度补偿方法通常有和两大类。
（线路补偿法应变片自补偿法）11、按工作原理的不同，电容式传感器可分为、、和三种类型。
第一种常用于测量，第二种常用于测量，第三种常用于测量。
第3-3章 应力应变测量(电阻应变测量技术)
温度自补偿应变片法：通过对应变片的敏感栅材料和制造 工艺上采取措施，使其在一定温度范围内的ΔRt=0，该
方法常用于中、高温下的应变测量；
桥路补偿法：用于常温下。是通过布片和桥接的方法消除 温度影响。
3）桥路补偿法：
补偿块补偿法 工作片补偿法
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§3-3应变（应力）测量
二、 温度补偿
3）桥路补偿法：
补偿块补偿法：图a构件上的工作片和补偿块上的补偿片，接成板桥(图C）， 桥臂R1为工作片，桥臂R2为温度补偿应变片，阻值R1=R2，k也相同，粘贴工艺 也相同，处于相同温度场中，但补偿块不受力，故温度变化导致R1和R2的阻值 变化相同，根据电桥(相减)特性，电桥不会因温度变化而输出。故可消除温度 影响。
贴在主应力方向，而补偿片R3、R4贴在不受力的补偿块上，分别测出σ1、σ2方向 的应变ε1、ε2，可用下式计算
E 1 2 1 2 1 E 2 2 1 2 1
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σ2 ε2
ε1
ε3 ε4
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§3-3应变（应力）测量
3. 主应力方向未知的平面应力测量
从而求出主应力及其方向
E ( x y ) x 2 1 E ( y x ) y 2 1 E xy xy 2(1 )
臂，电桥测试精度提高了一倍。在两贴片位置的应变关系已知时，
可采用此法。
仪＝1 2 3 4
当单纯补偿片所用的补偿板和待测材 料不同时， 产生的虚假应变值εf为多大？
第3-1章 电阻应变片(电阻应变测量技术)
L=150mm,室温、单向受力状态， 应变片丝栅方向与最大主应变方 向一致，采用砝码在梁一端施加
梁高 h=5mm
作 用 力 P=0.1KN ， 测 得 挠 度 为
P
1.5mm，实测量得电阻由120Ω
变为120.12Ω，求得应变片的实 梁长
际灵敏度K。
L=150mm
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§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（7）应变极限：应变片最大应变测量值。
一般规定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到 规定标准（一般10%）时的机械应变即为应变极限。此时， 认为应变片失去了工作能力。
（8）绝缘电阻：敏感栅及引线与被测试件之间的
电阻值。
应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。一般 >2M 欧，高精度测试>50M欧。
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§3-1 电阻应变片
5 应变片的选用与应变片粘结工艺
(2)应变片粘结工艺：
1 应变片检查:外观检查、电阻值检查 2 表面处理:刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风 机烘干 3 贴片与固化:画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶 4 粘贴质量检查:外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检 查、连接电阻应变仪检查 5 连接导线:导线固定、导线焊接 6 防潮处理:凡士林、石蜡等
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§3-1 电阻应变片
3 分类
（3）应变花: 在一个基底上有几个按一定角度排列的
敏感栅的应变片。
测量主应力方向未知条件下平面应力状态。 自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件
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§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
电阻应变片测量中温度误差的补偿方法
关键词 :电阻应变片测量 温度 误差 补偿方法
电阻应变式传感器是实际工程中应用较
广的传感器之一 ,将电阻式应变片粘贴到各 种弹性敏感元件上 , 可构成测量位移 、加速 度 、力 、力矩 、压力等参数的电阻应变式传感
器 。它的主要优点是 :传感器结构简单 、使用 方便 、性能稳定可靠 、灵敏度高 、测量速度快 、
应变片通常是作为平衡电桥的一个臂测量应变的利用电桥的和差特性电桥的输出反映相邻桥臂电阻值变化相减的结果如图1a所示r1为工作片r2为补偿片工作片ri粘贴在被测工作的需要测量的部位宇卜偿片r2粘贴在一块不受力的与被测试件的相同的材料上这块材料自由地放在试件上或附近如图1bo时工作片r1和补偿片r2的电阻都发生变化但他们的温度变化是相同的即r1二r2rir2因接在相邻的桥臂上所以对电桥输出的影响互相抵消掉从而起到温度补偿作用
不等式
(
- 1) n n
-
0
<ε是能够成立的 ,即数
列
( - 1) n n
中总存在第 N =
1 ε
,第 N 项以
后的所有项 (n > N) ,有
(
- 1) n n
-
0
<ε。
(上接第 69 页) ) 效果较好 。其缺点是在温度 变化大的情况下 ,很难做到工作片与补偿片 处于温度一致的情况 ,因而影响补偿效果 。
(
- 1) n n
-
0
<ε
这句话共有四小段 ,前后两小段时“任意
ε< 0 , ……, 有
(
- 1) n n
-
0
Hale Waihona Puke <ε”说 明 数 列
为什么采用电阻应变片测量应变时,一般都需采取温度补偿措施？如
答：采用电阻应变片时，采取温度补偿的原因：一是温度的变化会引起应变片阻值的变化，这与采用电阻应变片测材料的应变时应只有应变引起电阻应变片的阻值发生变化的初衷不符，对测量结果会产生较大的影响；二是被测材料与应变片的线膨胀系数不同，使得粘在材料上的应变片的应变与材料的应变不一致而引起测量误差。因此采用电阻应变片测量应变时，一般都需采取温度补偿措施。
补偿办法：采用桥路补偿。如图，R1为工作片，R2为补偿片。工作片作为平衡电桥的一个臂测量应变的，利用电桥的和差特性，电桥的输出反映相邻桥臂电阻值变化相减的结果。工作片RI粘贴在被测工作的需要测量的部位，补偿片R2粘贴在一块不受力的与被测试件的相同的材料上，这块材料自由地放在试件上或附近。当温度发生变化时，工作片R1和补偿片R2的电阻都发生变化，但他们的温度变化是相同的，即 ，R1和R2因接在相邻的桥臂上，所以对