第3章应变片温度补偿

电桥仍处于平衡状态，
即
第3章应变片温度补偿
U o A [ ( R 1 R 1 t) R 4 ( R B R B t) R 3 ] 0
若此时被测试件有应变ε的作用， 则 R1 又有新的增量ΔR1=R1Kε， 而补偿片不承受应变，故不产生新 的增量，
第3章应变片温度补偿
此时电桥输出电压为
lg=l0(1+βgΔt)
当两者粘贴在一起时，电阻丝产生 的附加变形Δl、附加应变εβ和附加电阻变 化ΔRβ分别为
第3章应变片温度补偿
llgls(gs)l0 t
l
l0
(g
s)t
R
K0
R0
R K 0 R 0 K 0 R 0 (gs) t
第3章应变片温度补偿
由于温度变化而引起的应变片总
则电桥不平衡， 输出电压为
第3章应变片温度补偿
R 1 R1 A
R3
B
Io
R2
C
R4 D
E 第3章应变片温度补偿
＋
RL Uo －
UoER1R 1 R 1R 1R2R3R 3R4
ER1R4
(R1R1R2)(R3R4)
R1 R4
E
R1 R3
1
R1 R2 R R 第31章应变片温度补1偿
1
第3章应变片温度补偿
电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为：
Uo= A (R1R4—RB R3)
A为常数， 由桥臂电阻和电源电压决定。 当R3和R4为常数时，R1和RB对电桥 输出电压Uo的作用方向相反。 利用这一关系可实现对温度的补偿。
第3章应变片温度补偿
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的补偿块上， 且仅使工作应变片承受应变。
3.3.4 电阻应变片的温度误差及补偿 1. 电阻应变片的温度误差 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。
第3章应变片温度补偿
原因： 1) 电阻温度系数的影响 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化：
Rt=R0(1+α0Δt)
第3章应变片温度补偿
Rt——温度为 t 时的电阻值； R0——温度为 t0 时的电阻值； α0——温度为t0时金属丝的电阻温度系数； Δt——温度变化值， Δt = t—t0
流的变化，需要有专用的用于测量应变
变化而引起电阻变化的测量电路——电 桥电路。
根据电源的不同，分为：
直流电桥
交流电桥
第3章应变片温度补偿
直流电桥的平衡条件
B
Io
R1
R2
A
C
R3
R4
D
E
第3章应变片温度补偿
＋
RL Uo －
当RL→∞时，电桥输出电压为
Uo
E
R1 R1 R2
R3 R3 R4
电阻相对变化量为
Rt R R
R0
R0
0 tK 0( gs) t
[ 0K 0( gs)] t
第3章应变片温度补偿
R t
R0
[ 0K 0( gs)] t
折合成附加应变量或虚假的应变：
t

R0 / R0 K0
[0
K0
( g
s )] t
第3章应变片温度补偿
2. 电阻应变片的温度补偿方法 线路补偿和应变片自补偿两大类。 1) 线路补偿法 电桥补偿最常用且效果较好。
数 α0 、 灵 敏 系 数 K0 以 及 线 膨 胀 系 数 βs ， 满足上式。
则不论温度如何变化，
均有ΔRt/R0=0， 从而达到温度自补偿的目的。
第3章应变片温度补偿
3.4 电阻应变片的测量电路
由于机械应变一般都很小，要把微
小应变引起的微小电阻变化测量出来，
同时要把电阻相对变化转换为电压或电
E
R1
R1 R 4 R2
R2 R3
R3 R4
第3章应变片温度补偿
当电桥平衡时，Uo= 0， 则有
R1R4=R2R3
R1 R3
R2
R4
第3章应变片温度补偿
R1 A
R3
B
Io
R2
C
R4 D
E
第3章应变片温度补偿
＋
RL Uo －
欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的 比值应相等，
或相对两臂电阻的乘积应相等。
当被测试件不承受应变时，R1和RB 又处于同一环境温度为 t 的温度场中， 调整电桥参数使之达到平衡。
第3章应变片温度补偿
U oA (R 1R 4R B R 3)0
一般按R1 = RB = R3 = R4 选取桥臂电 阻。
当温度升高或降低 Δt=t—t0 时， 两个应变片因温度而引起的电阻变
化量相等，
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。
④ 两应变片应处于同一温度场。
第3章应变片温度补偿
2) 应变片的自补偿法 利用自身具有温度补偿作用的应 变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿。 要实现温度自补偿，必须有
0K0(gs)
第3章应变片温度补偿
当被测试件的线膨胀系数βg已知时， 合理选择敏感栅材料，即其电阻温度系
R1 R2
R3 R4
第3章应变片温度补偿
3.4.1 直流不平衡电桥的工作原理及 电压灵敏度
应变片工作时，其电阻值变化很小， 电桥的输出电压也很小， 一般需加放大器进行放大。
第3章应变片温度补偿
由于放大器的输入阻抗比桥路输出 阻抗高很多，所以此时仍视电桥为开路 情况。
当受应变时，若应变片电阻变化为 ΔR，其它桥臂固定不变，电桥输出电压 Uo≠0，
R4 R3
第3章应变片温度补偿
当温度变化Δt 时，电阻丝电阻的变 化值为：
ΔRα=Rt—R0= R0α0Δt Rt=R0(1+α0Δt)
第3章应变片温度补偿
2) 试件材料和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 变形仍和自由状态一样，不会产生附加 变形。
Uo AR1R4K
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。
第3章应变片温度补偿
要实现完全补偿，须满足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参数： 电阻温度系数α 线膨胀系数β 应变灵敏系数 K 初始电阻值 R0
第3章应变片温度补偿
第3章应变片温度补偿
当试件与电阻丝材料的线膨胀系数 不同时，由于环境温度的变化，电阻丝 会产生附加变形，
从而产生附加电阻变化。
第3章应变片温度补偿
设电阻丝和试件在温度为0℃时的长 度均为l0 ,
它们的线膨胀系数分别为βs和βg， 若两者不粘贴， 则它们的长度分别为
第3章应变片温度补偿
ls=l0(1+βsΔt)