應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償

應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償1.應(yīng)變片的溫度誤差由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差,稱為應(yīng)變片的溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有:1)電阻溫度系數(shù)的影響敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關(guān)系可用下式表示：Rt=R0（1+α0Δt）(3-14)式中:Rt——溫度為t℃時(shí)的電阻值;R0——溫度為t0℃時(shí)的電阻值;α0——金屬絲的電阻溫度系數(shù);Δt——溫度變化值,Δt=t-t0。當(dāng)溫度變化Δt時(shí),電阻絲電阻的變化值為ΔRt=Rt-R0=R0α0Δt（3-15）2)試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響當(dāng)試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時(shí),不論環(huán)境溫度如何變化,電阻絲的變形仍和自由狀態(tài)一樣,不會產(chǎn)生附加變形。當(dāng)試件和電阻絲線膨脹系數(shù)不同時(shí),由于環(huán)境溫度的變化,電阻絲會產(chǎn)生附加變形,從而產(chǎn)生附加電阻。設(shè)電阻絲和試件在溫度為0℃Ls=L0（1+βsΔt）（3-16）Lg=L0（1+βgΔt）（3-17）當(dāng)二者粘貼在一起時(shí),電阻絲產(chǎn)生的附加變形ΔL,附加應(yīng)變εβ和附加電阻變化ΔRβ分別為ΔL=Lg-Ls=（βg-βs）L0Δt(3-18)εβ=ΔLL0=（βg-βs）Δt(3-19)ΔRβ=K0R0εβ=K0R0(βg-βs)Δt(3-20)由式（3-15）和式（3-20）,可得由于溫度變化而引起應(yīng)變片總電阻相對變化量為折合成附加應(yīng)變量或虛假的應(yīng)變εt,有由式（3-21）和式（3-22）可知,因環(huán)境溫度變化而引起的附加電阻的相對變化量,除了與環(huán)境溫度有關(guān)外,還與應(yīng)變片自身的性能參數(shù)（K0，α0，βs）以及被測試件線膨脹系數(shù)βg有關(guān)。2.電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法通常有線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償兩大類。1)線路補(bǔ)償法一、電阻應(yīng)變片的種類電阻應(yīng)變片品種繁多,形式多樣。但常用的應(yīng)變片可分為兩類:金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。金屬應(yīng)變片由敏感柵、基片、覆蓋層和引線等部分組成,如圖3-2所示。敏感柵是應(yīng)變片的核心部分,它粘貼在絕緣的基片上,其上再粘貼起保護(hù)作用的覆蓋層,兩端焊接引出導(dǎo)線。金屬電阻應(yīng)變片的敏感柵有絲式、箔式和薄膜式三種。圖3-2金屬電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵,其厚度一般在0.003～0.01mm。其優(yōu)點(diǎn)是散熱條件好,允許通過的電流較大,可制成各種所需的形狀,便于批量生產(chǎn)。薄膜應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵,最后再加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大,允許電流密度大,工作范圍廣。半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的,其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。所謂壓阻效應(yīng)，是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí),其電阻率ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體應(yīng)變片受軸向力作用時(shí),其電阻相對變化為（3-10）式中Δρ/ρ為半導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻率相對變化量,其值與半導(dǎo)體敏感元件在軸向所受的應(yīng)變力關(guān)系為（3-11）式中:π——半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。將式（3-11）代入式（3-10）中得（3-12）實(shí)驗(yàn)證明,πE比（1+2μ）大上百倍,所以（1+2μ）可以忽略,因而半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為Ks=（3-