电阻应变式传感器误差原因以及补偿方法

文/袁明

电阻应变式传感器是目前应用最广泛的传感器之一，可以测量力，荷重，应变，位移，速度，加速度等各种参数。电阻应变式传感器具有结构简单，尺寸小，性能稳定可靠，精度高，变换电路简单，易于实现测试自动化和多点同步测量，远距测量，因此应用于很多领域，然而温度对电阻的影响，所引起的温度误差以及制造工艺上引起的零漂，为了测量的精确性因此对于误差的研究是很有必要性的。

1 应变式传感器的工作原理

应变式传感器是由弹性元件，电阻应变片以及外壳等主要部件组成的用来进行测量的装置，其中电阻应变片是传感器的核心元件，应变式传感器的工作原理是基于电阻应变的应变效应。

图1：金属电阻丝应变效应

图2

所谓的金属应变效应指的是：金属丝的电阻随其所受机械变形的大小而变化。如图1所示。

由电阻丝电阻值的计算式：

我们对该公式两边进行对数处理以及微分处理可得：

我们这里以下处理：

ε在这里即为金属丝长度方向的应变即为轴向应变，这里K为金属丝的应变灵敏系数，其物理意义为单位应变引起的电阻相对变化量，由上述公式我们发现当试件受外力变形时，应变片的金属敏感栅随之变化，从而引起电阻的变化来进行测量。

2 引起误差的因素

2.1 温度误差

由于敏感栅金属丝电阻本身随温度变化，以及试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数不同时，随温度的变化，电阻丝会附加变形，从而导致温度误差。

2.2 制造工艺产生的零漂和蠕变

理想情况下，传感器的零点输出是不受温度变化的，然而实际的制造应变计的分散度，粘贴工艺的不一致以及焊点，引线长短等多要素的影响，会使得零点出现漂移的现象。

3 补偿的方法

3.1 对于温度误差我们采用线路补偿法和应变片自补偿

（1）线路补偿法即采用电桥补偿法。我们将工作应变片R2和补偿应变片，二者完全相同，且都贴在同样材料的试件上，并处于同样的温度下，这样由于温度变化让工作片产生的电阻变化和补偿应变片阻值的变化相等，因此电桥的输出与温度无关。如图2所示。

（2）应变片自补偿是粘贴在被测部位上的一种特殊应变片，当温度发生变化时，产生的附加应变为零或者相互抵消，通常选用选择式自补偿应变片和双金属敏感栅自补偿应变片。选择式自补偿应变片需要先确定被测试件的材料，然后根据被测部件材料选择合适的应变片敏感栅材料制作温度自补偿应变片进行补偿；双金属敏感栅自补偿应变片是利用两种电阻丝材料的电阻温度系数不同一个为正，一个为负的特性，将两者串联绕制成敏感栅。

3.2 对于制造工艺不精确所引起的零漂现象，我们可以通过计算机电路进行处理

通过采用电子电路组成压力变送器和温度变送器，再通过A/D转换，送计算机进行处理，通过编辑程序可以使粘贴在试件上的应变片，在不承受载荷的条件上，电阻可以不随时间变化，从而解决零漂的问题。

4 结束语

电阻应变式传感器应用于很多领域，并且随着科技的发展对于精度的要求越来越高，而电阻式应变片存在的温度误差以及制造工艺不精确存在的零漂这两个问题对于精度的影响很大，因此本文针对性的提出了补偿方法，最为广泛使用的就是电桥补偿法然后在配用计算机处理从而对电阻式传感器精度进行提高，对于电阻式传感器未来的发展有着重要的意义。