测量中应变片的误差分析
电阻应变测试中横向效应误差分析
电阻应变测试中横向效应误差分析摘要电阻应变测试这种早期发展起来的测试技术在科学技术迅猛发展的今天仍焕发着勃勃生机,可见其重要性,有必要对其测试中的一些重要问题加以关注,以便得到更为精确地测试结果。
本文就应变测试中的横向效应引起的误差做了一些分析。
关键词应变测试;误差分析;横向效应1 概述早在1856年,开尔文就发现了电阻应变片的基本原理。
经历了多年的发展,利用惠斯登电桥监测粘贴箔式应变片已成为高度完善的测量系统。
现代测试的过程中,影响因素众多,要想得到尽量精确的测试结果,就必须对应变测试中的许多问题有透彻了解,电阻应变测试的过程中,横向效应有时候会带来很大误差,应予以充分重视。
本文就应变测试中的横向效应引起的误差问题做出分析。
2 电阻应变片横向效应引起的误差分析当电阻应变片以固定方向粘贴时,即测得沿该方向的应变值,但是,在测量的过程中,电阻应变片除了有该方向的纵向变形外,一定存在着横向变形,本文即是探求电阻应变片横向变形对测量结果的影响。
2.1 电阻应变片横向效应粘贴式应变片在二向应变场下的响应为:(Sx表示延应变片横向的灵敏度,Sy表示延应变片纵向的灵敏度,Sα表示应变片的剪切灵敏度,εx表示横向应变,εy表示轴向应变,εα表示剪切应变) 一般地,应变片对剪切应变的灵敏度很小,可以忽略,那么,应变片的响应为: 其中为应变片的横向灵敏度系数。
注意到,代入上式,得:每一个应变片都由生产厂商标定后(标定梁泊松比为μ1)提供一个灵敏度系数Sg,即:对比(3)和(4)式,可以发现:又将(5)代入(3),可得:由上式便可反解出应变真值为:如果仅仅考虑应变片的灵敏度系数,则:对比(7)和(8)可得:如果忽略应变片的横向效应,将会引起误差δ,那么:表2-1计算出当μ1=0.3,Kx分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05和0.06 分别为0、1、2、3、4、5及6时的误差δ值由此可见,当Kx和的值都很大时,横向效应带来的误差将相当显著,所以,必须对横向效应加以修正。
应变片横向效应及误差分析.
姓名:陈从胜 学号:405906315006
1
一、应变片的横向效应系数
1、定义:在单向应变状态中,应变片沿栅宽和栅长方向电阻变化率之比。
R R B H R R L
R R 为L方向上电阻率变化,为 其中, B方向上电阻率变化 R L R B
1 Rr rK 0 x
0
rK 0 x 1 2 sin d rK 0 x sin 2 2 2 4 0
(3)(n-1)个弯头电阻的改变量为:
Rr
n 1rK 0 x
2
横向效应系数H的计算
第1片:
Rr
n 1rK 0 x
可见,当栅长L越大而弯头半径r越小时, 横向效应系数越小,即,H值就越小。
横向效应系数是衡量应变片好坏的另一 个重要指标,将影响到测量数据,所以 横向应变越小越好,最好是零。
8
二、横向效应系数对测量值的影响
1、一般平面应变状态下应变片的灵敏系数 (1)敏感栅的电阻变化率 为了求解一般平面应变状态下应变片的灵敏系数,首先求解敏感栅的电 R 阻变化率 。 R 设在应变测量时,构件表面处于二向应变状态,且主应变 1 、主应变 2 方向分别取为 ox 、 oy方向。 一枚丝绕式应变片与x轴的夹角为α, 沿其栅长与栅宽方向的应变记为 L 和
2
——弯头
RL nLK 0 x ——直线段
Rr
n 1rK 0 x
2
——弯头
7
第2片:
R L 0
——直线段
RL Rr n 1rK0 x n 1r R 2 2 H RL Rr nLK n 1rK 0 x 2nL n 1r 0 x 2 R 1
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
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。
应变片温度误差
应变片温度误差应变片温度误差是指应变片在测量温度时产生的误差。
应变片常用于测量材料的应变变化,通过测量应变片的电阻变化来获得被测物体的应变信息。
然而,在测量过程中,应变片的温度可能会发生变化,导致测量结果出现误差。
应变片的电阻会随着温度的升高或降低而发生变化,这是由于材料的热膨胀效应和温度对材料导电性的影响所导致的。
当应变片固定在被测物体上时,由于被测物体的温度变化,应变片的温度也会发生变化,从而引起电阻值的变化。
如果未能正确考虑和补偿这种温度变化带来的影响,测量结果就会产生误差。
为了减小应变片温度误差,我们需要采取相应的补偿措施。
首先,我们可以选择使用温度补偿电阻来校正应变片的测量结果。
温度补偿电阻是根据应变片的温度特性进行精心设计的电阻元件,其电阻值随温度的变化符合一定的规律,可以通过测量温度补偿电阻来确定应变片的实际温度,从而补偿温度变化带来的误差。
此外,对于某些温度要求较高的测量场景,我们还可以采用温度补偿电路来进一步减小误差。
温度补偿电路是一种由温度传感器和电子补偿元件组成的电路,通过实时测量应变片和环境温度,利用电子补偿元件对测量结果进行修正,以消除温度变化对测量结果的影响。
除了采取合理的补偿措施外,我们还应注意在测量过程中避免温度的急剧变化。
因为应变片的温度响应时间通常较长,如果温度发生急剧变化,应变片的温度可能无法及时调整,从而造成误差。
因此,在进行测量前应尽量使应变片和被测物体达到热平衡,并避免外界温度突变的影响。
总结起来,要减小应变片温度误差,我们应该综合考虑补偿措施、温度补偿电路以及避免急剧温度变化等因素。
通过科学合理地选择和应用这些方法,我们可以提高应变片的温度测量精度,从而有效提高测量结果的准确性和可靠性。
应变片温度误差的概念
应变片温度误差的概念一、引言应变片是测量物体应力和应变的重要工具,其精度和准确性对于工程设计和科学研究至关重要。
然而,应变片温度误差是影响其精度和准确性的一个重要因素。
本文将详细介绍应变片温度误差的概念,包括其定义、产生原因、计算方法以及解决方案。
二、应变片温度误差的定义应变片温度误差指在测量物体的应力或应变时,由于环境温度的影响导致应变片输出信号与实际值之间存在偏差。
这种偏差可能会导致测量结果不准确或失真。
三、产生原因1. 温度系数不同:不同材料的温度系数不同,当环境温度发生改变时,由于材料本身的热膨胀系数不同,会导致输出信号与实际值之间存在偏差。
2. 热电效应:当环境温度发生改变时,电阻材料内部电子的热运动速率也会发生改变,从而导致电阻值发生改变。
3. 环境湿度:在高湿度环境下,应变片表面可能会出现水膜,从而导致输出信号与实际值之间存在偏差。
四、计算方法应变片温度误差的计算方法一般分为两种:一种是根据材料的温度系数进行计算;另一种是根据实际测量数据进行修正。
1. 根据材料的温度系数进行计算应变片温度误差可以通过以下公式进行计算:Δε=ε0αΔT其中,Δε表示应变片温度误差;ε0表示在参考温度下的应变值;α表示应变片材料的温度系数;ΔT表示环境温度和参考温度之间的差异。
2. 根据实际测量数据进行修正在实际测量中,可以通过对不同温度下的输出信号进行测量,并根据实验数据进行修正。
通常采用线性插值法或多项式拟合法对测量数据进行处理,从而得到更加准确的测量结果。
五、解决方案为了减少应变片温度误差对测量结果的影响,可以采取以下措施:1. 选择合适的材料:选择具有较小热膨胀系数的材料可以减少温度误差的影响。
2. 温度补偿:在测量过程中,可以通过加热或冷却应变片来使其温度与环境温度保持一致,从而减少温度误差的影响。
3. 湿度控制:在高湿度环境下,可以采取加热或通风等方式来控制湿度,从而减少水膜对应变片的影响。
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
应变片横向效应及误差分析
B
作用( L
,α=90˚)时的电阻 0
12
(2)一般平面应变状态下应变片的横向效应系数
L
x B
4
y 0
1 x y 1 x y cos2 2 2 1 1 x x cos 2 x cos2 2 2
rdθ微段上电阻的改变量为: (2)一个弯头电阻的改变量
Rrd RK0 rdK 0 x cos2
1 x y 1 x y cos 2 90 0 1 x 1 x cos 2 x sin 2 2 2 2 2
6
rdθ微段上电阻的改变量为:
Rrd RK0 rdK0 x sin 2
(2)一个弯头电阻的改变量为:
L 0 B ,电阻变化率为: x
B 0 L ,电阻变化率为: x
R KB R 2 H KL R R 1
横向效应系数等于横向灵敏系数与轴向灵敏系数之比
13
(3)一般平面应变状态下的应变片的灵敏系数
KB B R K L L K B B K L L 1 K 1 H K L L L R KL L
e0
单向应力状态
引起读数误差的原因之一是横向效应系数。 (2)
只要被测点的应变与应变片标定时相同是单向应力状态,则引
起的读数误差为零。即
e0
时,则 e
0。
应变片的温度误差及补偿
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。
应变片温度误差的概念产生原因及补偿方法
应变片温度误差的概念产生原因及补偿方法
应变片温度误差指的是由于应变片与被测物体的温度不一致而引起的测量误差。
通常情况下,应变片的灵敏度会随着温度的变化而发生变化,从而导致测量误差的发生。
应变片温度误差产生原因主要有以下几点:
1. 应变片与被测物体温度不一致。
由于被测物体的温度不是恒定的,因此应变片与物体的温度也会发生变化,从而引起测量误差。
2. 应变片材料的温度系数不同。
不同的材料在温度变化时,其应变系数也会发生变化,从而影响应变片的灵敏度。
3. 应变片与电缆的温度不一致。
由于应变片和电缆连接处的温度不一致,其电阻值也会发生变化,从而影响测量精度。
针对应变片温度误差,可以采取以下补偿方法:
1. 温度补偿法。
该方法是通过测量应变片和被测物体的温度,计算出应变片的灵敏度变化,从而进行温度误差的补偿。
2. 电桥平衡法。
该方法是通过调节电桥电阻,使电桥相互平衡,从而消除温度
误差。
3. 自动温度补偿技术。
该技术是将温度传感器集成到应变片中,通过对温度进行实时监测和补偿加以消除温度误差。
以上方法可以有效地解决应变片温度误差的问题,从而提高测量的精度和准确性。
应变片温度误差
应变片温度误差应变片温度误差是指应变片所测得的应变值与实际应变值之间的差异,它是由于温度变化引起的。
应变片是一种常用的测量应变的传感器,广泛应用于工程结构、材料实验和力学测试等领域。
在应变测量中,温度对应变片的影响是一个重要的误差来源。
本文将为大家介绍应变片温度误差的原因、影响以及一些常见的解决方法。
首先,应变片温度误差的原因主要有以下几个方面:1. 材料的热膨胀性:随着温度的升高,应变片材料会发生热膨胀或热收缩,从而引起应变片形状发生变化,影响测量结果。
2. 应变片与被测对象之间的传热效应:当被测对象的温度发生变化时,热量会通过接触面传递到应变片上,导致应变片温度发生变化,进而影响测量准确性。
3. 环境温度变化:环境温度的变化会直接影响应变片的温度,从而影响测量结果的准确性。
应变片温度误差的影响主要表现在以下几个方面:1. 测量结果的准确性受到影响:温度变化会引起应变片形状发生变化,进而影响测量的准确性。
如果温度误差过大,将导致测量结果产生较大的误差。
2. 不同温度下的灵敏度变化:应变片的灵敏度随温度变化而变化,导致在不同温度下所测得的应变值不同,不利于数据的比较和分析。
3. 温度漂移问题:温度误差会引起应变片的温度漂移,即在长时间使用过程中,温度误差的累积效应将导致测量结果的偏差越来越大。
为了减小应变片温度误差,可以采取以下一些常见的解决方法:1. 温度补偿技术:通过在应变片的电路中加入温度传感器,实时监测温度的变化,然后利用补偿电路来对测量结果进行修正,从而减小温度误差的影响。
2. 温度控制:在应变测试过程中尽量控制环境温度的变化,可以采用恒温室、风扇等设备来控制环境温度,从而减小应变片温度误差的影响。
3. 选择合适的应变片材料:不同的材料对温度的敏感度不同,可以选择温度稳定性较好的材料来制作应变片,从而减小温度误差对测量结果的影响。
4. 校准和测试:定期对应变片进行校准和测试,及时发现和修正温度误差,提高测量结果的准确性。
3.3.3 金属应变片的温度误差与补偿方法
7
金属应变片
2.应变片自补偿法 使0 k0 (g s ) 成立。 0-敏感栅材料的温度系数; g-被测试件线膨胀系数; s-敏感栅材料线膨胀系数; K0-敏感系数。
3.3.3 金属电阻应变片的温度误差与补偿方法
应变片安装在自由膨胀的试件上,如果环境温度变 化,应变片的电阻也会变化,这种变化叠加在测量 结果中称应变温度误差。
误差产生的原因:
(1)敏感栅本身存在温度系数,当温度改变时,应变 片的标称阻值发生变化;
(2)当试件与敏感栅的热膨胀系数不同时,由于环境 温度的变化,敏感栅会产生附加的变形,从而产生附 加电阻。
Rt R R
R0
R0
0t K (g s )t
t
4
2.补偿方法
(1)线路补偿法
U0 A(R1R4 R3RB )
A—由桥臂电阻和 电源电压决定的常 数;
5
测偿且仅应量工变应作片变应R时B变,粘片工贴承作在受应与应变被变片测。R试1粘件贴材在料被完测全试相件同表的面补上偿,块补上, 初始状态:
8
Ls L0 (1 st)
Lg L0 (1 gt)
附加变形为:
L Lg Ls (g s )L0t
附加应变为:
L L0
(g
s
)t
R K0R0 K0R0 (g s )t
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3
可得,由温度变化而引起应变片总电阻相对变化量 为:
1
a.电阻温度系数的影响
敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示:
电阻应变片粘贴及使用误差分析
电阻应变片粘贴及使用误差分析
电阻应变片使用时需要注意以下几点:
1. 确定应力方向:需要根据实际测试目的和优化设计要求确定应力方向,粘贴时需要确保电阻应变片和被测试物体的应力方向一致。
2. 表面处理:需要在粘贴电阻应变片之前,对被测试物体进行光洁度处理和脱脂处理,以确保电阻应变片能够牢固地贴附在被测试物体的表面。
3. 选用合适的粘接剂:在粘贴电阻应变片时,需要根据被测试物体的特性来选择适合的粘接剂,使电阻应变片能够牢固地贴附在被测试物体表面。
4. 粘贴位置的确定:需要根据测试要求和被测试物体的特性来确定粘贴电阻应变片的位置,以确保能够获取准确的测试数据。
误差分析:
1. 粘贴不牢固:如果电阻应变片粘贴不牢固,会导致测试数据失真。
这可能是由于表面处理不当、粘接剂选择不合适或未粘贴到指定位置等原因造成的。
2. 应力方向不一致:如果电阻应变片和被测试物体的应力方向不一致,会导致测试数据偏差。
因此,需要确保电阻应变片和被测试物体的应力方向一致。
3. 其他因素:温度、湿度等因素也会对测试数据产生一定的影响,因此需要进行环境因素的控制,确保测试数据的准确性。
应变片产生温度误差的原因
应变片产生温度误差的原因应变片是一种用于测量结构物体内应力的传感器,广泛应用于机械、建筑、化工等领域。
然而,在实际应用中,应变片的测量数据可能存在一定的误差,其中温度误差是影响精度较大的因素之一。
本文将从物理机制、设计结构、安装方式等多个方面分析应变片产生温度误差的原因。
1. 物理机制在应变片中,电阻的值会随着温度的变化而发生变化,这种现象被称为温度效应。
由于应变片的电阻材料是金属导体,随着温度的升高,导体中自由电子的平均自由程将缩短,与原子的相互碰撞频率增加,这会导致电阻升高。
相反,温度下降会导致电阻降低。
因此,在不同温度下,应变片的电阻值会不同,产生温度误差。
2. 设计结构在应变片的设计过程中,充分考虑了温度效应的因素,通常采用类负温度系数材料(PTC材料)来抵销电阻变化引起的温度影响。
PTC材料会随着温度升高而导致电阻升高,从而与金属导体产生反作用力,抵消电阻增加引起的温度误差。
此外,应变片的尺寸也会影响温度误差,对于小尺寸的应变片,其表面所处位置与内部温度不同,因此会产生不同程度的温度效应。
3. 安装方式应变片的安装方式也会影响温度误差。
一般情况下,应变片需要粘贴在待测物体的表面,直接暴露在环境中。
因此,环境温度变化也会影响应变片的温度效应,导致误差。
为了减小这种影响,常采用套管式安装方式,将应变片封装在保护壳内,形成一种相对稳定的环境,避免外部温度的干扰。
4. 温度补偿为了消除温度误差的影响,可以采用温度补偿的方法。
温度补偿是利用已知温度下的应变片电阻值与未知温度下的电阻值之间的关系,计算出温度下对应的电阻值,从而找出实际应变值。
常见的温度补偿方法有两点法、三点法、多点法等。
需要注意的是,在温度补偿过程中,应当注意应变片的热导率,避免温度补偿本身就产生较大误差。
综上所述,应变片产生温度误差的原因可能是由于多个因素的影响累加产生的。
为了提高应变片的测量精度,需要在设计、安装、使用等多个环节上进行综合考虑和优化,尽量避免温度误差的影响。
应变片温度误差
应变片温度误差
【实用版】
目录
一、应变片温度误差的概念与产生原因
二、应变片温度误差的影响
三、温度误差的补偿方法
四、总结
正文
一、应变片温度误差的概念与产生原因
应变片温度误差是指在测量过程中,由于环境温度变化导致应变片产生额外的应变,从而使测量结果与真实值之间产生偏差。
温度误差的主要原因包括:敏感栅温度系数、栅丝与试件膨胀系数的差异性以及电阻丝承受应力方向不同等。
二、应变片温度误差的影响
应变片温度误差会对测量结果产生影响,导致测量值与真实值之间的偏差。
温度误差的影响程度与温度变化范围、应变片的材料性能以及测量系统的精度等因素有关。
三、温度误差的补偿方法
为了减小应变片温度误差,通常采用温度补偿方法。
温度补偿方法分为线路补偿法和应变片自补偿法两类。
1.电桥补偿法:是最常用的且效果较好的线路补偿法。
电桥补偿法简单易行,而且能在较大的温度范围内补偿。
但上面的四个条件不一满足,尤其是两个应变片很难处于同一温度场。
2.应变片自补偿法:是利用自身具有温度补偿作用的应变片。
在另一
桥壁用相同的应变片,叫做补偿片,粘贴在相同的材质上,而不受任何力的作用,只是感应温度的变化,来抵消工作片的温度应变。
四、总结
应变片温度误差是在测量过程中由于环境温度变化而产生的一种误差。
为了减小这种误差,可以采用温度补偿方法,如电桥补偿法和应变片自补偿法等。
材料力学基本实验中应变片粘贴误差分析
于标准值是零 , 只能和最大值比, 也就是应变 以和
e比较 。 由于应 变 a和 e距 中性轴 的距 离 Y相对 应
变 b和 c大 1 , 以相对 误 差也 小 一半 。 倍 所 因此 所 有应 变 片 中应 变片 b和 c的误 差最 大 。 当然 , 如果 为 了进一 步说 明应 力 的线 性关 系 , 可 以将 应 变 还
第2 3卷
第 6期
大
学
物
理
实
验
Vo . 3 No 6 12 . De . 01 C2 0
21 0 0年 1 2月
PHYS ( L I EXP ER 珊 NT 0F COL LEGE
文 章 编 号 :0 72 3 ( 0 0 0—0 30 1 0—9 4 2 1 )60 8—3
口
比应 变 b c 了 】 , 、大 倍 相对 误 差仍 然是 , 以 所
一
d
() 5
相对误 差也 较应 变 b C 一半 。 和 小 对于 应变 片 c 由 ,
。一 万 式 中 d和 D 分别 是 圆环 截 面 的 内外 径 。 易看 出 容 W 2 。 、 一 W。上 下两点 的应 力状 态基 本相 同, 只是 方 向相 反 , . 图 3表示 。 统 一用 由胡 克定 律 可 以知 道
() 8
将 一 4。 , 5得
e 一
壶( ( 2 1 )+r 一 )
( 9 )
如果 粘 贴 方 向 偏 离 了 口角 度 , a = a 将 , a 9 。a 4 。 + 0, + 5 分别带 人 ( ) 到 3个应 变 8得
片增 加到 7 片或 9片 。 时 , 中性轴 最近 的 2片 这 距 应 变 片的误 差最 大 。 对误 差 是 相
应变片的温度误差及补偿
应变片的温度误差及补偿1、应变片的温度误差由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差, 称为应变片的温度误差。
产生应变片温度误差的主要因素有:1) 电阻温度系数的影响敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示:Rt=R0 ( 1+ α 0 Δ t ) (3 - 14)式中: Rt——温度为t ℃时的电阻值;R0——温度为t 0 ℃时的电阻值;α 0——金属丝的电阻温度系数;Δ t——温度变化值, Δ t=t -t0 。
当温度变化Δ t 时, 电阻丝电阻的变化值为Δ Rt=Rt- R0= R0 α 0 Δ t ( 3 - 15 )2) 试件材料与电阻丝材料的线膨胀系数的影响当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时, 不论环境温度如何变化, 电阻丝的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, 由于环境温度的变化, 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 ℃时的长度均为L0 ,它们的线膨胀系数分别为β s 与β g, 若两者不粘贴, 则它们的长度分别为Ls= L0 ( 1+ β s Δ t ) ( 3 - 16 )Lg= L0 ( 1+ β g Δ t ) ( 3 - 17 )当二者粘贴在一起时, 电阻丝产生的附加变形Δ L, 附加应变εβ与附加电阻变化Δ R β分别为Δ L= Lg - Ls = (β g- β s ) L0 Δ t (3 - 18)εβ = Δ LL0= (β g- β s )Δ t (3 - 19)Δ R β = K0 R0 εβ = K0 R0( β g- β s) Δ t (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的应变ε t, 有由式( 3 - 21 )与式( 3 - 22 )可知, 因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量, 除了与环境温度有关外, 还与应变片自身的性能参数( K0 ,α 0 ,β s )以及被测试件线膨胀系数β g 有关。
应变片产生温度误差的原因
应变片产生温度误差的原因应变片是一种常见的测量应力和应变的传感器,广泛应用于工业生产和科学研究中。
然而,应变片在使用过程中会产生一定的温度误差,影响测量精度。
本文将从应变片的工作原理、温度引起的电阻变化、热漂移等方面分析应变片产生温度误差的原因,并提出相应的解决方法。
一、应变片的工作原理应变片是一种基于电阻效应的传感器。
它由一块薄膜状金属材料制成,经过特殊处理后,在其表面均匀地刻有细小的网格状导电线路。
当应变片受到外力作用时,导电线路的电阻值会发生变化,进而产生电信号,可用于测量应力和应变。
二、温度引起的电阻变化应变片的电阻值与温度密切相关。
一般来说,当温度升高时,应变片的电阻值会增加,反之亦然。
这是因为金属材料的电阻率随温度的变化而变化,随着温度的升高,材料内部的原子振动增强,电子与原子之间碰撞的频率增加,电阻率也相应增加。
这种温度引起的电阻变化被称为温度系数,通常用ppm/℃(百万分之一度每摄氏度)来表示。
对于不同类型的应变片,其温度系数也不同。
例如,对于常见的金属材料,如钢、铜、铝等,它们的温度系数在10ppm/℃以下;而对于一些高精度的应变片,如石英应变片、硅应变片等,它们的温度系数可以达到1ppm/℃以下。
三、热漂移除了温度引起的电阻变化外,应变片还存在一种称为热漂移的现象。
热漂移是指当应变片处于不稳定的温度环境中时,其输出信号会随时间的推移而发生漂移,导致测量精度下降。
这是因为当应变片受到温度变化时,其内部的电阻值发生变化,进而影响输出信号的大小和稳定性。
热漂移的原因有很多,例如温度梯度、热惯性、热膨胀等。
其中,温度梯度是热漂移的主要原因之一。
当应变片处于不均匀的温度场中时,其内部的电阻值会因温度不均匀而发生变化,导致输出信号的漂移。
此外,应变片的热惯性和热膨胀也会对热漂移产生一定的影响。
四、解决方法为了解决应变片产生的温度误差,可以采取以下措施:1. 温度补偿温度补偿是一种常用的方法,其原理是通过测量应变片和参考温度传感器的温度差异来计算出温度系数,并将其用于校正应变片的输出信号。
应变测量中的误差分析
⎞ ⎟
u
R2 ⎠
=
1 4
⎛ ⎜ ⎝
ΔR1p R1
⎞ ⎟u ⎠
=
1 4
Kε u
由此可是,温度变化引起的电阻变化已经消除,实现了温度补偿,仪器上的应变读数ε仅 是受力时引起的变化。该方法称为补偿片补偿法。
还有一种称为工作片补偿法,该方法的补偿片与工作片一样贴在试件上受力部位。我 们在被测的试件上找一应变符号相反(如拉伸与压缩),比例关系已知,温度条件相同的 两点,各贴上一应变片,如图三接在相邻的桥臂上,实现温度补偿。
R1 R2
B
R1
R2
A
C
△U
R3
R4
D
~U
图三 工作片补偿法
根据图三可见,R1工作片测量纵向应变(压缩为负),R2工作片测量横向应变(拉为 正)作为温度补偿片。当试件受力时,工作片R1即变为R1+△R1P+△R1t,工作片R2变为 R2+△R2P+△R2t。由于R1=R2,△R1t=△R2t,所以有
应变片轴线偏离了原定的方向。若原定的方向为θ,如图一所示,其主应变为
εθ
=
1 2
(ε1
+
ε2)
+
1 2
(ε1
−
ε2 )cos2θ
ε
△θ
ε1
ห้องสมุดไป่ตู้
θ
图一 应变片贴片方向误差示意
当贴片偏离了△θ时,其应变则为
这二者的差即为
εθ + Δθ
=
1 2
(ε1
+
ε2)
+
1 2
(ε1
−
ε2 )cos2(θ
+
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横向误差效应是一个确定的横向误
”对应 变 式 传 感 器 而 言 , 弹 性 体 某 点 的 差, 恒 定 的 误 差 可 以 通 过 标 定 的 方 向 来 消
最大应变是提供传感器产生最大灵敏度的 除。
测点, 但是由于应变片不得不存在连接纵
综上所述, 用应变片测构件受力后产
栅的横栅, 因此, 即使是被测试件处在单位 生的主应变时, 应把应变片的沿纵轴 X 方
械工业出版社, 2000.3。 [4]郑 仲 民 ,《动 态 测 试 技 术》, 北 京 机 械 工 业
出版社, 1988。
企业家天地 2008 年 6 月
263
( 6)
lt2 =l(0 1+!2 △t) =l0+l0!2 △t
( 7)
△lt2 =lt2 - l0=l0!2 △t
( 8)
式中
l0— ——温度为 t0 时的应变丝长度; lt1— ——温度为 t 时的应变丝长度; lt2— ——温 度 为 t 时 的 应 变 丝 下 的 试 件 长度;
!1— — — 应 变 丝 材 料 的 线 膨 胀 系 数 ; !2— — — 试 件 材 料 的 线 膨 胀 系 数 ; △lt1— ——温度变化△t 时 的 应 变 丝 的 膨 胀量;
个△RY,而 使 电 阻 变 化 率 减 小 , 从 而 降 低 了 灵敏度。
( △RX/R) ’/K,又 会 进 一 步 产 生 误 差 , 因 而 测 量 后 换 算 所 得 的 ,X 与 待 测 真 实 应 变 -1 之 差 存 在 测 量 误 差 △. 。
△/=01- 1X’ 三 、温 度 误 差 产 生 的 原 因
由式( 13) 可 知 , 由 于 温 度 变 化 而 引 起
附加电阻的变化或者造成了虚假应变, 从
而给测量试件的应变带来误差。这个温度
误差除与环境温度变化有关外, 还与应变
片 本 身 的 性 能 参 数( S, α, !1) 以 及 试 件 的 线膨胀系数 !2 有关。这里我们不考虑应变 片本身性能参数和试件的线膨胀系数, 就
△R06— ——温度变化△t 时的电阻变化; α— —— 敏感栅材料的电阻温度系数;
由于温度的变化△t, 引起敏感栅的阻
值 R07 与应变 8ta 有以下关系:
9ta=
Rta /R S
= R0a △t R0 S
= a△t S
( 4)
式中: S— ——应变计的灵敏度系数。
:ta 值就是由于 温 度 变 化 引 起 的 附 加 应 变, 一般它与试件应变具有相同的数量, 所
△RX2=Rt- R0 Rt=R(0 1+a△t) =R0+R03△t 所以△RX4=Rt- R0- =R05△t 式中
(1) ( 2) ( 3)
所引起的纵向应变最大, 即为主应变。考虑
Rt— ——温度为 t 时的电阻值;
R0— ——温度 t0 为时的电阻值; △t— — — 温 度 变 化 值 ;
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
数不同, 而产生误差。其关系可由下式表
示:
lt1=l(0 1+!1 △t) =l0+l0!1 △t
( 5)
△lt1=lt1- l0=lt1!1 △t
△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
试件上的直角丝式应变片, 其敏感栅的纵 起的横向效应误差; 测试时温度变化
轴 部 分 将 同 时 拉 伸 , 产 生 正 应 变 +"X, 即 对 应的电阻增加 +△RX; 而横栅将被压缩产生 负 应 变 #Y=- μ$X 及 对 应 的 电 阻 减 量 - △R. 由于两者电阻变化量符号相反, 综合的结
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
△lt2— ——温度变化△t 时 的 试 件 的 膨 胀 量;
如 果 !1 和 !2 不 相 等 , 则 从 式( 6) 、( 7) 可知, △lt1 和△lt2 也就不相等。但是, 应变丝 和试件是粘连在一起的, 若 <, 则应变丝 被
迫从△拉长到 △, 这时就使应变丝产生附
加变形△lt! 即: △lt!=△lt2—△lt1=l(0 !2- !1) △t
拉伸受力状态, 试件由于材料本身性质的 向粘贴, 希望敏感栅所感受的应变值等于
原因, 试件表 面 仍 为 平 面 应 变 状 态( 轴 向 伸 长和横向缩短) 。如图 1 所示, 当拉力 !X 使 试件沿 X 方向伸长时, 沿横向将缩短。贴在
*1。但由于干扰信号的存在, 不可避免的要 产生误差。引起误差的主要因素有: 粘贴质 量 引 起 敏 感 栅( 2△L) 段 的 失 效 ; 横 栅 a 引
变片, 其特性方程是. 灵敏度 K的大小受很
多因素影响, 所以是用实验方法来确定的。
本文主要是就应变片的横向效应对应变片
测量非电量的影响以及实验当中的温度误
差及其自补偿分析。
关键词: 应变 应变片 灵敏度 横向效应
温度 误差 补偿方法
图 2 误差原因分析图
一 、横 向 效 应 误 差 及 处 理 方 法
化于人以外的各种设备中, 并由这些设备 与办公人员构成服务于某种目标的人机信 息处理系统。其目的是尽可能充分的利用 信 息 资 源 , 提 高 生 产 率 、工 作 效 率 和 质 量 , 节省时间, 辅助决策、求取更好的经济效 果, 以达到既定的目标。目前的办公自动化 系统是以知识管理为核心, 建立在企业 Intranet 平台上, 旨在帮助企业实现动态的 内容和知识管理。办公自动化表现出以下 特点: 第一, 其应用背景由单纯的模拟手工 办公环境的运用, 向一个要求更高的电子 化协同工作环境转化, 其环境必须为用户 提供一个打破部门界限的网络互动式办公 作业环境; 第二, 对于办公自动化的理念有 了新的定义, 由原先作为企业行政办公信 息化服务的概念, 逐步扩大延伸到企业的 各项业务管理环节, 成为企业运营信息化 和数字化的一个重要组成环节; 第三, 其外 延部分得到了迅速的扩展, 其中知识管理 理念的渗透表现尤为突出。
引起的电阻变化为
△Rt!=R0S!t!=R0S( !2- !1) △t
( 11)
3、由于温度变化△t 而 引 起 的 总 电 阻
变化为:
△Rt= △Rt"+ △ Rt!= R0 " △t+R0S( !2- !1)
△t
( 12)
这样, 由于温度变化产生的总的虚假
应变量为:
"t=( △Rt/R0) /S=α△t/S+( !2- !1) △t ( 13)
温度系数不同, 一个为正, 一个为负的特
性, 将两者串联绕制成敏感栅 。
若 两 段 敏 感 栅 R1 和 R2 由 于 温 度 变
化而产生的电阻变化为大小相等而符号相
反, 就可以实现温度补偿。电阻 R1 和 R2 的
比值关系由下式决定:
R1 R2
=
△R2t/R2 △R1t/R1
(15)
其中( R1t) =-( R2t)
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
在测量中对其产生影响较大的环境温度变
化, 探讨补偿方法。
2、温度误差的应变片自补偿法。
为了补偿温度变化, 可以把应变计做
成一种特殊的形式, 当温度变化时, 产生的
附加应变为零或相互抵消, 这种特殊应变
片称为温度自补偿应变片。其实现方式有
两种: 选择式自补偿应变片和双金属敏感
栅自补偿应变片。
( 1) 选 择 式 自 补 偿 应 变 片 由 式( 13) 可
作者单位: 中南大学土木建筑学院
参考文献 [1]王 化 祥 , 传 感 器 原 理 及 应 用[M], 天 津 :天
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则应变为△;t!=△lt!/l0=( !2- !1) ) △t
( 9) ( 10)
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论 坛·技 术 创 新
基于 AS P 的财政办公自动化 系统的设计与实现