電阻應變式傳感器誤差原因以及補償方法

文/袁明

電阻應變式傳感器是目前應用最廣泛的傳感器之一，可以測量力，荷重，應變，位移，速度，加速度等各種參數。電阻應變式傳感器具有結構簡單，尺寸小，性能穩定可靠，精度高，變換電路簡單，易于實現測試自動化和多點同步測量，遠距測量，因此應用于很多領域，然而溫度對電阻的影響，所引起的溫度誤差以及制造工藝上引起的零漂，為了測量的精確性因此對于誤差的研究是很有必要性的。

1 應變式傳感器的工作原理

應變式傳感器是由彈性元件，電阻應變片以及外殼等主要部件組成的用來進行測量的裝置，其中電阻應變片是傳感器的核心元件，應變式傳感器的工作原理是基于電阻應變的應變效應。

圖1：金屬電阻絲應變效應

圖2

所謂的金屬應變效應指的是：金屬絲的電阻隨其所受機械變形的大小而變化。如圖1所示。

由電阻絲電阻值的計算式：

我們對該公式兩邊進行對數處理以及微分處理可得：

我們這里以下處理：

ε在這里即為金屬絲長度方向的應變即為軸向應變，這里K為金屬絲的應變靈敏系數，其物理意義為單位應變引起的電阻相對變化量，由上述公式我們發現當試件受外力變形時，應變片的金屬敏感柵隨之變化，從而引起電阻的變化來進行測量。

2 引起誤差的因素

2.1 溫度誤差

由于敏感柵金屬絲電阻本身隨溫度變化，以及試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數不同時，隨溫度的變化，電阻絲會附加變形，從而導致溫度誤差。

2.2 制造工藝產生的零漂和蠕變

理想情況下，傳感器的零點輸出是不受溫度變化的，然而實際的制造應變計的分散度，粘貼工藝的不一致以及焊點，引線長短等多要素的影響，會使得零點出現漂移的現象。

3 補償的方法

3.1 對于溫度誤差我們采用線路補償法和應變片自補償

（1）線路補償法即采用電橋補償法。我們將工作應變片R2和補償應變片，二者完全相同，且都貼在同樣材料的試件上，并處于同樣的溫度下，這樣由于溫度變化讓工作片產生的電阻變化和補償應變片阻值的變化相等，因此電橋的輸出與溫度無關。如圖2所示。

（2）應變片自補償是粘貼在被測部位上的一種特殊應變片，當溫度發生變化時，產生的附加應變為零或者相互抵消，通常選用選擇式自補償應變片和雙金屬敏感柵自補償應變片。選擇式自補償應變片需要先確定被測試件的材料，然后根據被測部件材料選擇合適的應變片敏感柵材料制作溫度自補償應變片進行補償；雙金屬敏感柵自補償應變片是利用兩種電阻絲材料的電阻溫度系數不同一個為正，一個為負的特性，將兩者串聯繞制成敏感柵。

3.2 對于制造工藝不精確所引起的零漂現象，我們可以通過計算機電路進行處理

通過采用電子電路組成壓力變送器和溫度變送器，再通過A/D轉換，送計算機進行處理，通過編輯程序可以使粘貼在試件上的應變片，在不承受載荷的條件上，電阻可以不隨時間變化，從而解決零漂的問題。

4 結束語

電阻應變式傳感器應用于很多領域，并且隨著科技的發展對于精度的要求越來越高，而電阻式應變片存在的溫度誤差以及制造工藝不精確存在的零漂這兩個問題對于精度的影響很大，因此本文針對性的提出了補償方法，最為廣泛使用的就是電橋補償法然后在配用計算機處理從而對電阻式傳感器精度進行提高，對于電阻式傳感器未來的發展有著重要的意義。