温度补偿

U0
1
1 2 R2C
2
R U R 2
j
1
C 2 R2C
2
R
U 2
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
• 实际应用时，一般情况分布电容会很小，满足ωRC《1
Z R
1 jR C
例：电源频率 f = 1000Hz，R =120Ω，C =1000pF ωRC ≈ 7.5×10-4 , Z ≈ R ， △Z ≈△R
非电量电测技术
三 应变片温度误差及补偿 1. 应变片温度误差 ➢ 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 变片温度误差。应变片温度误差来源有两个主要因素：
➢ 电阻丝阻值与温度关系：
Rt R0 1 tt R0 R0tt
• 环境温度变化Δt时，电阻丝的电阻变化为
Rt1 Rt R0 R0t t
式中：R0是温度为t0时的金属丝电阻值；αt是应变片电阻温度系数。
第二章 应变式传感器
非电量电测技术
• 电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。
由于敏感栅材料和被测构件材料两者线膨胀系数不同，当Δt 存在时，
引起应变片的附加应变，设
g s
则电阻丝产生的附加形变
• 所以输出电压在输出输入同频同相时可写为
U0
1U 4
Z1 Z1
U0
U 4
R R
即信号频率ω不高时，分布电容C 很小时， 交流应变电桥仍可看成纯电阻性电桥
第二章应变式传感器 二、交流电桥
非电量电测技术
➢ 平衡电路：事实上交流电桥很难处于平衡状态，只能使零
输出尽量小， 所以会产生零输出，因此须设置平衡电路。
第二章温度补偿
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
• 交流电桥由单频交流电源供电，交流电桥各臂的电阻要 考虑分布电容的影响，这时桥臂不再是纯电阻了，可将 桥臂视为复阻阻抗，分别为
Z1、Z2、Z3、Z4
• 电源电压、输出电压分别用复数表示
➢ 交流电桥输出特征方程为
U0
U
Z1Z4 Z2Z3 (Z1 Z2 )(Z3 Z4 )
第二章 应变式传感器
非电量电测技术
➢电阻丝阻值与温度关系：
Rt / R0 tt k g s t
➢折 合 成 应 变 量
（温度变化引起）
t
Rt / R0 k
tt
k
g s
t
❖ 因环境温度改变引起的附加电阻变化与以下内容有关: 环境温度变化Δt； 应变片本身的性能参数___应变片灵敏度k ; 电阻丝温度系数αt、膨胀系数βs；试件参数βg。
l g s lot
则电阻丝产生的附加应变为：
2t
l
lo
g s
t
第二章 应变式传感器
非电量电测技术
➢ 因试件使应变片电阻产生附加形变造成的电阻变化
Rt 2 R0k g s t
温度变化Δt时引起总的电阻变化△Rt
Rt Rt1 Rt2 R0tt R0k g s t
式中： k 为应变片灵敏度; αt电阻温度系数; βs电阻丝膨胀系数; βg试件膨胀系数.
t
t t k
g s
t
被测材料βg给定，制作中改变栅丝的合金成分，控制温度 系数αt，使βs、βg 抵消。
• 双丝组合式自补偿应变片 是由两种不同电阻温度系数（一种为正值， 一种为负值）的材料串联组成敏感栅，以 达到一定的温度范围内在一定材料的试件 上实现温度补偿的，如图。这种应变片的 自补偿条件要求粘贴在某种试件上的两段 敏感栅，随温度变化而产生的电阻增量大 小相等，符号相反，即
2
R
U 2
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
讨论：
➢ 输出电压U0有两个分量： • 前一个分量的相位与输入电源电压U同相，叫同相分量； • 后一个分量的相位与电源U的相位相差900，叫正交分量。 • 两个分量均是 ΔR 的调幅波，若采用普通二极管检波电路 无法检测出调制信号ΔR ，必须采用相敏检波电路。 • 相敏检波器只检出同相分量和反相的调制信号Baidu Nhomakorabea对正交分 量不起检波作用，只起到滤除作用。
| Z1 || Z4 || Z2 || Z3 |
1 4 2 3
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
交流电桥输出：
U0
U
(Z4 / Z3 ) (Z1 / Z1) (1 Z1 / Z1 Z2 / Z1) (1 Z4
/ Z3)
已知 Z1 Z2 Z3 Z4
忽略分母项 Z1
交流单桥输出：
电阻平衡电路调节直流基波成分
电容平衡电路调节交流高次谐波
R1R4 R2R3
R2C2 R1C1
R5R6组成电阻平衡调节电路， 改变R6使R1 R2 R5电阻值变化
C、R组成电容平衡调节电路， 改变R使Z1 Z2 阻抗变化
第二章应变式传感器 二、交流电桥
➢ 平衡电路：
非电量电测技术
第二章 应变式传感器
第二章 应变式传感器
非电量电测技术
2. 应变片温度补偿
➢ 温度补偿方法有：线路补偿、自补偿、辅助测量补偿、
热敏电阻补偿、计算机补偿等。
• 自补偿法，具有温度补偿作用的应变片RB称为补偿片,用特 制的温度补偿片进行补偿。当温度变化时产生的附加应变
相互抵消，补偿片制作的原理是使εt=0。
t k g s
交流电桥
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
交流电桥平衡条件： Z1Z4 Z2Z3 0 Z1 / Z2 Z3 / Z4
设各桥臂阻抗: Z r jx Z e j
式中：x—电抗、r—电阻、Z—复数的模、φ—幅角
用指数形式代入得到交流电桥平衡条件，需满足两个方程式：
• 对臂复数的模积相等，幅角之和相等。
U0
1U 4
Z1 Z1
交流半桥输出：
U0
1U 2
Z1 Z1
其中, Z1=R1 // XC1
Z1
1
R1
j R1C1
Z1
(1
R1
j R1C1 )2
第二章应变式传感器
非电量电测技术
二、交流电桥
➢ 若半桥Z3、Z4为固定电阻，Z1、Z2为两个应变片阻值为R1、R2， 分布电容为C1、C2，电桥平衡时实部、虚部分别相等。
➢ 交流电桥除满足电阻平衡条件外,还必须要满足电容平衡条件：
R1R4 R2 R3
R2C2 R1C1
• 当应变引起阻抗变化时,有（增、减）阻抗变化
Z1 ' Z1 Z Z2 ' Z2 Z
交流电桥输出用以上参数代入（半桥）
U0
1U 2
Z Z
U0
1
1 2R2C2
R R
U 2
j
1
C 2 R2C