第二章 應變式傳感器

1、2024/3/17,控制科學與工程系,1,第二章 應變式傳感器,2.1 金屬應變片式傳感器,2.2 壓阻式傳感器,2024/3/17,控制科學與工程系,2,2.1 金屬應變式傳感器,核心元件是金屬應變片，它可將試件上的應變變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。 應用時將應變片粘貼在被測試件表面，當試件受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，引起應變片的阻值變化，通過測量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號輸出。,2024/3/17,控制科學與工程系,3

2、,應變式傳感器的優(yōu)點 精度高，測量范圍廣。 頻率響應特性較好。 結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量輕。 可在高(低)溫、高速、高壓、強烈振動、強磁場及核 輻射和化學輻射等惡劣條件下正常工作， 易于實現(xiàn)小型化、固態(tài)化。 價格低廉，品種多樣，便于選擇。,2024/3/17,控制科學與工程系,4,應變式傳感器的缺點在大應變狀態(tài)中具有較明顯的非線性，半導體應變式傳感器的非線性更為嚴重；應變片式傳感器輸出信號微弱，故它的抗

3、干擾能力較差，因此信號線需要采取屏蔽措施；應變式傳感器測出的只是一點或應變柵范圍內(nèi)的平均應變，不能顯示應力場中應力梯度的變化等。,盡管應變式傳感器存在上述缺點，但可采取一定補償措施，因此它仍不失為非電量電測技術(shù)中應用最廣和最有效的敏感元件。,2024/3/17,控制科學與工程系,5,一、 金屬絲式應變片,1 應變效應,金屬絲的電阻隨著它所受的機械形變（拉伸或壓縮）的大小而發(fā)生相應變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應變效應。,設有一根長度為l

4、、截面積為S、電阻率為ｐ的金屬絲，其電阻R為：,等式兩邊取對數(shù)，兩邊再微分，得：,2024/3/17,控制科學與工程系,6,軸向應變：,橫向應變：,在彈性范圍內(nèi)：,：泊松比,另外又：,由此得：,將上述關(guān)系式整理后，得,2024/3/17,控制科學與工程系,7,通常把單位應變所引起的電阻值相對變化量稱為電阻絲的靈敏度系數(shù)，用KS表示。 KS與金屬材料和電阻絲形狀的有關(guān); KS值是一個無因次量，即它沒有量綱。,靈敏度系數(shù)KS:,將微分d

5、R、dl改寫成增量ΔR、Δl，可寫成下式：,即金屬絲電阻的相對變化與金屬絲的伸長或縮短之間存在比例關(guān)系。,2024/3/17,控制科學與工程系,8,2 應變片的結(jié)構(gòu)與材料,敏感柵基底蓋片引線,2024/3/17,控制科學與工程系,9,由某種金屬細絲繞成柵形。 金屬細絲自徑為0.015-0.05 mm。 敏感柵在縱軸方向的長度稱為柵長，圖中用 表示。 柵長有100mm、200mm及1 mm、0.5mm、0.2mm等規(guī)格，

6、分別適應于不同的用途。,(1） 敏感柵,2024/3/17,控制科學與工程系,10,對敏感柵材料的要求,較大的應變靈敏系數(shù)，盡量保持為常數(shù)；高而穩(wěn)定的電阻率；電阻溫度系數(shù)要??；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強度；加工性能良好；易于焊接，對引線材料的熱電勢小。,2024/3/17,控制科學與工程系,11,(2） 基底和蓋片,基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對位置； 蓋片既保持敏感柵和引

7、線的形狀和相對位置，還可保護敏感柵。 最早的基底和蓋片多用專門的薄紙制成，基底厚度一般為(0.02～0.04)mm，基底的全長稱為基底長，其寬度稱為基底寬。,2024/3/17,控制科學與工程系,12,(3） 粘結(jié)劑,用于將敏感柵固定在基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起； 使用應變片時，需用粘結(jié)劑將應變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個方向和位置上。以便將構(gòu)件受力后的表面應變傳遞給應變計的基底和敏感柵。,粘結(jié)劑材料：有機和無機兩大類,202

8、4/3/17,控制科學與工程系,13,(4） 引線,它是從應變片的敏感柵中引出的細金屬線。 常用直徑約(0.1—0.15)mm的鍍錫銅線，或扁帶形的其他金屬材料制成。,對引線材料的性能要求 電阻率低、 電阻溫度系數(shù)小、 抗氧化性能好、 易于焊接。 大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。,2024/3/17,控制科學與工程系,14,3 主要特性,(1）靈敏度系數(shù),金屬絲的電阻相對變化——應變之間具有線性關(guān)系； 金屬絲做成電阻應變

9、片后，其電阻—應變特性與金屬單絲時不同的，因此必須通過實驗重新測定。,實驗證明，ΔR／R與ε的關(guān)系在很大范圍內(nèi)仍然有很好的線性關(guān)系。即,其中，K為電阻應變片的靈敏系數(shù)。,2024/3/17,控制科學與工程系,15,K是在試件受一維應力作用，應變片的軸向與主應力方向一致，且試件材料的泊松比為0.285的鋼材時測得的。,應變片的靈敏度系數(shù)K恒小于線材的靈敏度系數(shù)KS； 原因：膠層傳遞失真；橫向效應（不可忽視的因素）。,2024/3/17,

10、控制科學與工程系,16,(2）橫向效應,應變片由于兩端有圓弧形或直線形的橫柵，測量應變時，橫柵既對應變片軸線方向的應變敏感，又對垂直于軸線方向的橫向應變敏感。應變片的這種既受軸向應變影響，又受橫向應變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應。,橫向效應給測量帶來了誤差，其大小與敏感柵的構(gòu)造及尺寸有關(guān)。 敏感柵的縱柵愈窄愈長，而橫柵愈寬愈短，則橫向效應的影響愈小。,絲繞式應變片敏感柵的半圓弧形部分,2024/3/17,控制科學與工程系,17

11、,(3）機械滯后,,,,,,,,Δε,εl,機械應變ε,卸載,加載,指示應變εi,應變片的機械滯后,,,由于敏感柵材料、基底和粘合劑在承受機械應變以后會有部分殘余變形。因而對于已經(jīng)安裝好的應變片，在一定溫度下，其指示應變與真實應變的加載特性和卸載特性不重合，稱為機械滯后,2024/3/17,控制科學與工程系,18,機械滯后值還與應變片所承受的應變量有關(guān)，加載時的機械應變愈大，卸載時的滯后也愈大。所以，通常在實驗之前應將試件預先加、卸載若

12、干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。,產(chǎn)生原因：應變片在承受機械應變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；在制造或粘貼應變片時，敏感柵受到的不適當?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。,2024/3/17,控制科學與工程系,19,(4）零點漂移和蠕變,零漂(zero shift) 對于已安裝好的應變片，在一定溫度下，不承受機械應變時，其指示應變隨時間而變化的特性原因：通以工作電流后的溫度效應；應變片的內(nèi)應力變化；粘結(jié)劑固化不

13、充分等。 蠕變(creep) 在一定溫度下，使其承受一恒定的機械應變時，指示應變隨時間變化的特性。原因：膠層之間發(fā)生“滑動”所致。,這兩個指標是衡量應變片特性對時間的穩(wěn)定性。,2024/3/17,控制科學與工程系,20,(5）應變極限,影響應變極限大小的主要因素是粘結(jié)劑和基片材料傳遞變形的性能及應變片的安裝質(zhì)量。,對于已粘貼好的應變片，其應變極限是指在一定溫度下，指示應變?i 與受力元件的真實應變?z的相對誤差達到規(guī)定值（一

14、般為10%）時的真實應變?lim 。,2024/3/17,控制科學與工程系,21,當被測應變值隨時間變化的頻率很高時，需考慮應變片的動態(tài)特性。因應變片基底和粘貼膠層很薄，構(gòu)件的應變波傳到應變片的時間很短(估計約0.2μs)，故只需考慮應變沿應變片軸向傳播時的動態(tài)響應。 設一頻率為 f 的正弦應變波在構(gòu)件中以速度 v 沿應變片柵長方向傳播，在某一瞬時 t，應變量沿構(gòu)件分布如圖所示。,(6）動態(tài)特性,2024/3/17,控制科學與工程系

15、,22,2024/3/17,控制科學與工程系,23,2024/3/17,控制科學與工程系,24,4 溫度誤差及其補償,（1） 溫度誤差 應變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：,應變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)； 電阻絲材料與測

16、試材料的線膨脹系數(shù)不同。,2024/3/17,控制科學與工程系,25,應變片因溫度變化而產(chǎn)生的電阻相對變化為,式中 為應變片材料的電阻溫度系數(shù),因材料膨脹系數(shù)不同，引起的附加應變?yōu)?相應的電阻變化為:,因此，由溫度變化形成的總電阻相對變化為,上式表明：應變片熱輸出的大小不僅與應變計敏感柵材料的性能 有關(guān)，而且與被測試件材料的線膨脹系數(shù) 有關(guān)。,2024/3/17,控制科學與工程系,26,（2） 溫度補償,單絲自補償法

17、,為使應變片在溫度變化時的熱輸出為零，必須使,若應變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，使其電阻溫度系數(shù) 和線膨脹系數(shù) 滿足上式條件，即可實現(xiàn)溫度自補償。,雙絲組合式自補償法,,這種自補償?shù)臈l件是要求粘貼在某一試件上的兩段敏感柵隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化量大小相等，符號相反，即,圖2-6 雙絲組合式自補償應變片,2024/3/17,控制科學與工程系,27,電橋補償法 如圖，電橋輸出電壓與橋臂參數(shù)的關(guān)系為

18、 式中　A——由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。,橋路補償法,由上式可知，當R3、R4為常數(shù)時，Rl和R2對輸出電壓的作用方向相反。利用這個基本特性可實現(xiàn)對溫度的補償，并且補償效果較好，這是最常用的補償方法之一。,2024/3/17,控制科學與工程系,28,測量應變時，使用兩個應變片，一片貼在被測試件的表面，圖中R1稱為工作應變片。另一片貼在與被測試件材料相同的補償塊上，圖中R2，稱為補償應變片。在工作過程中補償塊不

19、承受應變，僅隨溫度發(fā)生變形。由于R1與R2接入電橋相鄰臂上，造成ΔR1t與ΔR2t相同，根據(jù)電橋理論可知，其輸出電壓USC與溫度無關(guān)。當工作應變片感受應變時，電橋?qū)a(chǎn)生相應輸出電壓。,2024/3/17,控制科學與工程系,29,若此時有應變作用，只會引起電阻R1發(fā)生變化，R2不承受應變。故由前式可得輸出電壓為,由上式可知，電橋輸出電壓只與應變ε有關(guān)，與溫度無關(guān)。為達到完全補償，需滿足下列三個條件： ①R1和R2須屬于同一批號的

20、，即它們的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β、應變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同； ②用于粘貼補償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等； ③兩應變片處于同一溫度環(huán)境中。,此方法簡單易行，能在較大溫度范圍內(nèi)進行補償。缺點是三個條件不易滿足，尤其是條件③。在某些測試條件下，溫度場梯度較大，R1和R2很難處于相同溫度點。,2024/3/17,控制科學與工程系,30,二、 金屬箔式

21、應變片,箔式應變片的工作原理和電阻絲式應變片相同。它的電阻敏感元件不是金屬絲柵，而是通過光刻、腐蝕等工序制成的薄金屬箔柵，故稱箔式電阻應變片。金屬箔的厚度一般為0.003～0.010mm，它的基片和蓋片多為膠質(zhì)膜，基片厚度一般為0.03～0.05mm。,金屬箔式應變片,2024/3/17,控制科學與工程系,31,傳遞試件應變性能好，橫向效應小表面積大，散熱性能好允許通過的電流大，提高了測量的靈敏度具有尺寸準確，線條均勻，適用范圍

22、廣易于批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點,箔式電阻應變片的優(yōu)點,箔式電阻應變片的缺點,生產(chǎn)工序較為復雜，因引出線的焊點采用錫焊，因此不適于高溫環(huán)境下測量。此外，價格較貴。,2024/3/17,控制科學與工程系,32,三、 測量電路,測量應變片的測量線路多采用交流電橋（配交流放大器），其原理和直流電橋相似。直流電橋比較簡單，因此首先分析直流電橋。如下圖所示,2024/3/17,控制科學與工程系,33,由橋路圖可知：,當 時，

23、 ，即電橋處于平衡狀態(tài)。,若電橋的負載電阻 為無窮大時，則B、D兩點可視為開路，上式則可簡化為：,設R1為應變片的阻值，工作時有一增量ΔR，當拉伸應變時，ΔR為正；壓縮應變時為負。則,2024/3/17,控制科學與工程系,34,設電橋各臂均有相應的電阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4時，則,實際使用時，一般多采用等臂電橋或?qū)ΨQ電橋。,,2024/3/17,控制科學與工程系,35,（一） 等臂電橋,當橋路中R1=R2=R3=R4

24、時，稱為等臂電橋。則2-25式可寫為：,一般情況下， 都很小，即 ，略去高階微量，得到：,上式表述了惠斯登電橋的兩個重要特性：相鄰相減、相對相加。,2024/3/17,控制科學與工程系,36,,當ΔRi<<R時，輸出電壓與應變呈線性關(guān)系。若相鄰兩橋臂的應變極性一致，即同為拉應變或壓應變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的極性不同時，輸出電壓為兩者之和。若相對

25、兩橋臂應變的極性一致時，輸出電壓為兩者之和；相對橋臂的應變極性相反時，輸出電壓為兩者之差。,當僅單臂工作時，輸出電壓為,2024/3/17,控制科學與工程系,37,當考慮單臂工作時，即AB橋臂變化ΔR，則,由上式展開級數(shù)，得,則電橋的相對非線性誤差為,可見，Kε愈大，δ愈大，通常Kε<<1。,δ≈1/2?Kε,2024/3/17,控制科學與工程系,38,例：設K=2，要求非線性誤差δ<1%，試求允許測量的最大應變值εm

26、ax。結(jié)論：如果被測應變大于10000με，采用等臂電橋時的非線性誤差大于1%。,2024/3/17,控制科學與工程系,39,（二） 第一對稱電橋,若電橋橋臂兩兩相等，即 ，則稱它為第一對稱電橋，如圖所示，實質(zhì)上它是半等臂電橋。設 有一增量 ，則由（2-23）式得：,第一對稱電橋,2024/3/17,控制科學與工程系,40,（三） 第二對稱電橋,半等臂電橋的另一種形式為

27、 ，稱為第二對稱電橋，如圖所示。若R1有一增量ΔR，由（2-23）式得到：,,式中：,第二對稱電橋,2024/3/17,控制科學與工程系,41,四、 應變式傳感器,金屬應變片， 除了測定試件應力、應變外，還制造成多種應變式傳感器用來測定力、扭矩、加速度、壓力等其它物理量。 應變式傳感器包括兩個部分：一是彈性敏感元件，利用它將被測物理量（如力、扭矩、加速度、壓力等）轉(zhuǎn)換為彈性體的應變值；另一個是應變片作為

28、轉(zhuǎn)換元件將應變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。,柱式力傳感器 梁式力傳感器 應變式壓力傳感器 應變式加速度傳感器,2024/3/17,控制科學與工程系,42,1、柱式力傳感器 圓柱式力傳感器的彈性元件分為實心和空心兩種。,在軸向布置一個或幾個應變片，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應變片，后者取符號相反的橫向應變，從而構(gòu)成了差動對。由于應變片沿圓周方向分布，所以非軸向載荷分量被補償，在與軸線任意夾角的α方向，其應變?yōu)?：,ε1——沿軸向的

29、應變；μ——彈性元件的泊松比。,當α=0時,當α=90?時,E：彈性元件的楊氏模量,柱力式傳感器,2024/3/17,控制科學與工程系,43,2、梁式力傳感器,等強度梁彈性元件,等強度梁彈性元件是一種特殊形式的懸臂梁，如圖所示。梁的固定端寬度為b0，自由端寬度為b，梁長為L，粱厚為h。,這種彈性元件的特點是：其截面沿梁長方向按一定規(guī)律變化，當力F作用于梁端三角形頂點上，梁內(nèi)各斷面產(chǎn)生的應力相等，故在對L方向上粘貼應變片位置要求不嚴。,2

30、024/3/17,控制科學與工程系,44,3、應變式壓力傳感器,測量氣體或液體壓力的薄板式傳感器，如圖所示。當氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應變片隨之變形，并改變阻值。這時測量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。,圓形薄板固定形式：采用嵌固形式，如圖（a）或與傳感器外殼作成一體，如圖 (b)。,應變式壓力傳感器,2024/3/17,控制科學與工程系,45,4、應變式加速度傳感器,由端部固定并帶有慣性質(zhì)量

31、塊m的懸臂梁及貼在梁根部的應變片、基座及外殼等組成。是一種慣性式傳感器。 測量時，根據(jù)所測振動體加速度的方向，把傳感器固定在被測部位。當被測點的加速度沿圖中箭頭所示方向時，固定在被測部位。當被測點的加速度沿圖中箭頭所示方向時，懸臂梁,應變式加速度傳感器,自由端受慣性力F=ma的作用，質(zhì)量塊向箭頭a相反的方向相對于基座運動，使梁發(fā)生彎曲變形，應變片電阻也發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出信號，輸出信號大小與加速度成正比。,2024/3/17,控制科

32、學與工程系,46,2.2 壓阻式傳感器,壓阻式傳感器的靈敏度高、動態(tài)響應好、精度高、易于微型化和集成化。,因為半導體材料對溫度很敏感，因此壓阻傳感器的溫度誤差較大，必須要有溫度補償。,2024/3/17,控制科學與工程系,47,一、 壓阻效應,單晶硅材料在受到應力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象被稱為壓阻效應。,對于一條形半導體材料，其電阻變化量為：,對金屬材料：,而半導體材料，若以

33、代入（2-48），則有：,2024/3/17,控制科學與工程系,48,擴散硅壓阻式傳感器的基片是半導體單晶硅。單晶硅是各向異性材料，取向不同其特性不一樣。而取向是用晶向表示的，所謂晶向就是晶面的法線方向。,由于πE一般都比（1+2μ）大幾十倍甚至上百倍，因此引起半導體材料電阻相對變化的主要原因是壓阻效應，所以上式可近似寫成,式中π—壓阻系數(shù)；E—彈性模量；σ—應力；ε—應變上式表明壓阻傳感器的工作原理是基于壓阻效應。,2024/3/1

34、7,控制科學與工程系,49,二、 晶向和晶面的表示方法,晶面表示方法:,截距式：,法線式：,2024/3/17,控制科學與工程系,50,密勒指數(shù),2024/3/17,控制科學與工程系,51,表示方式:,表示晶面,表示晶向,表示晶面族,2024/3/17,控制科學與工程系,52,方向余弦,某晶向[a b c]的方向余弦為：,2024/3/17,控制科學與工程系,53,例：,晶向、晶面、晶面族分別為：,晶向、晶面、晶面族分別為：,2024

35、/3/17,控制科學與工程系,54,例：,x,y,z,2024/3/17,控制科學與工程系,55,,三、 壓阻系數(shù),2024/3/17,控制科學與工程系,56,六個獨立的應力分量：,六個獨立的電阻率的變化率：,2024/3/17,控制科學與工程系,57,電阻率的變化與應力分量之間的關(guān)系:,2024/3/17,控制科學與工程系,58,分析,正向壓阻系數(shù)相等橫向壓阻系數(shù)相等剪切壓阻系數(shù)相等切應力不可能產(chǎn)生正向壓阻效應正向應力不可能

36、產(chǎn)生剪切壓阻效應剪切應力只能在剪切應力平面內(nèi)產(chǎn)生壓阻效應,2024/3/17,控制科學與工程系,59,壓阻系數(shù)矩陣:,2024/3/17,控制科學與工程系,60,任意方向（P方向）電阻變化,2024/3/17,控制科學與工程系,61,σ∥：縱向應力σ⊥ ：橫向應力π∥：縱向壓阻系數(shù)π ⊥:橫向壓阻系數(shù),2024/3/17,控制科學與工程系,62,將各個壓阻系數(shù)向P、Q方向投影,(l1,m1,n1):P方向余弦(l2,m2,n2

37、):Q方向余弦,2024/3/17,控制科學與工程系,63,分析:,對P型硅(摻雜三價元素）：π11、 π12≈0，只考慮π44 ：對N型硅(摻雜五價元素） ：π44 ≈0 ， π12 ≈ -1/2π 11、 ，,（參見第38頁） 通常P-Si的,，請計算應變靈敏系數(shù),2024/3/17,控制科學與工程系,64,例1：計算P型硅（100）晶面內(nèi)[011] 晶向的縱向與橫向壓阻系數(shù),,例2：計算P型硅（110）晶面內(nèi)[1

38、 1 0]晶向的 縱向與橫向壓阻系數(shù),2024/3/17,控制科學與工程系,65,影響壓阻系數(shù)因素：擴散電阻的表面雜質(zhì)濃度和溫度。擴散雜質(zhì)濃度NS增加時，壓阻系數(shù)就會減小。壓阻系數(shù)與擴散電阻表面雜質(zhì)濃度NS的關(guān)系如圖。,2. 影響壓阻系數(shù)的因素,2024/3/17,控制科學與工程系,66,表面雜質(zhì)濃度低時，溫度增加壓阻系數(shù)下降得很快，而表面雜質(zhì)濃度較高時壓阻系數(shù)受溫度的影響較小,為了使靈敏度較高，溫漂小，在

39、確定半導體材料的型號和摻雜濃度方面要從多方面考慮,2024/3/17,控制科學與工程系,67,四、 固態(tài)壓阻器件,（一） 壓阻器件的結(jié)構(gòu)原理,利用固體擴散技術(shù)，將P型雜質(zhì)擴散到一片N型硅底層上，形成一層極薄的導電P型層，再裝上引線接點。若在圓形硅膜片上擴散出四個P型電阻，構(gòu)成惠斯登電橋的四個臂，這樣的敏感器件通常稱為固態(tài)壓阻器件。,2024/3/17,控制科學與工程系,68,1—N-Si膜片 2—P-Si導電層 3—粘貼劑

40、 4—硅底座 5—引壓管 6—Si 保護膜 7—引線,固態(tài)壓阻器件,2024/3/17,控制科學與工程系,69,（二） 測量橋路及溫度補償,為了減少溫度影響，壓阻器件一般采用恒流源供電，如 下圖所示。假設電橋中的兩個支路的電阻相等，即RABC=RADC=2（R+ΔRT），故有,因此電橋輸出為,整理后得,2024/3/17,控制科學與工程系,70,可見，電橋輸出與電阻變化成正比，即與被測量成正比，與恒流源成正比，

41、即與恒流源電流大小和精度有關(guān)。但與溫度無關(guān)，因此不受溫度影響。,但是，壓阻器件本身受到溫度影響后，要產(chǎn)生零點溫度漂移和靈敏度溫度漂移，因此必須采取溫度補償措施。,2024/3/17,控制科學與工程系,71,1、零點溫度補償,零點溫度漂移是由于四個擴散電阻的阻值及其溫度系數(shù)不一致造成的。一般用串、并聯(lián)電阻法補償，如圖所示。其中，RS是串聯(lián)電阻；RP是并聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻主要起調(diào)零作用；并聯(lián)電阻主要起補償作用。補償原理如下：,2024/3/1

42、7,控制科學與工程系,72,由于零點漂移，導致B、D兩點電位不等，譬如，當溫度升高時，R2的增加比較大，使D點電位低于B點，B、D兩點的電位差即為零位漂移。要消除B、D兩點的電位差，在R2上并聯(lián)一個溫度系數(shù)為負、阻值較大的電阻RP，用來約束R2的變化。當溫度變化時，可減小B、D點之間的電位差，達到補償?shù)哪康摹?當然，如在R4上并聯(lián)一個溫度系數(shù)為正、阻值較大的電阻進行補償，作用是一樣的。,2024/3/17,控制科學與工程系,73,2、靈

43、敏度溫度補償,靈敏度溫度漂移是由于壓阻系數(shù)隨溫度變化而引起的。溫度升高時，壓阻系數(shù)變??；溫度降低時，壓阻系數(shù)變大，說明傳感器的靈敏度系數(shù)為負值。,補償靈敏度溫漂可以采用在電源回路中串聯(lián)二極管的方法。溫度升高時，因為靈敏度降低，這時如果提高電橋的電源電壓，使電橋的輸出適當增大，便可以達到補償?shù)哪康?。反之，溫度降低時，靈敏度升高，如果使電源電壓降低，電橋的輸出適當減小，同樣可達到補償?shù)哪康摹?2024/3/17,控制科學與工程系,74,因為

44、二極管PN結(jié)的溫度特性為負值，溫度每升高1℃時，正向壓降約減小(1.9～2.5)mV。將適當數(shù)量的二極管串聯(lián)在電橋的電源回路中，見圖2-28。電源采用恒壓源，當溫度升高時，二極管的正向壓降減小，于是電橋的橋壓增加，使其輸出增大。只要計算出所需二極管的個數(shù)，將其串入電橋電源回路，便可以達到補償?shù)哪康摹?圖2-29是擴散硅差壓變送器典型的測量電路原理圖，它由應變橋路、溫度補償網(wǎng)絡、恒流源、輸出放大及電壓-電流轉(zhuǎn)換單元組成。,2024/3/1

45、7,控制科學與工程系,75,,圖2-29 變送器電路原理圖,2024/3/17,控制科學與工程系,76,電橋由電流值為1mA的恒流源供電。硅杯未承受負荷時，因R1=R2=R3=R4，I1=I2= 0.5mA，故A、B兩點電位相（UAC=UBC），電橋處于平衡狀態(tài)，因此電流I0=4mA。,硅杯受壓時，R2減小，R4增大，因I2不變，導致B點電位升高。同理，R1增大，R3減小，引起A點電位下降，電橋失去平衡（其增量為ΔUAB）。A、B間的電