電橋在應(yīng)變式傳感器中的應(yīng)用研究與分析畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-24 15:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其余為固定電阻。 設(shè)電橋的橋臂比為 ， 根據(jù)電橋的工作原理， 并忽略一些極小的無(wú)影響的量， 可以得到輸出電壓的表達(dá)式為 ， 同時(shí)得到單臂電橋靈敏度表達(dá)式=單臂電橋的實(shí)際輸出電壓與電阻變化的關(guān)系是非線性的， 存在非線性誤差， 故不常使用。（2） 半橋如圖， 接入兩個(gè)應(yīng)變片，一片受拉力一片受壓力，兩者應(yīng)變符號(hào)相反， 設(shè)初始狀態(tài)為R1=R2=R3=R4=R, ΔR1=ΔR2=ΔR，可以得到電壓表達(dá)式 ，半橋靈敏度表達(dá)式，可見(jiàn)輸出電壓與電阻的變化嚴(yán)格呈線性關(guān)系，不存在線性誤差， 靈敏度比單臂電橋提高了一倍。（3）全橋全部電阻都使用應(yīng)變電阻， 且相鄰的兩個(gè)臂的受力方向相反，電橋平衡時(shí)，R1=R2=R3=R4=R根據(jù)電橋性質(zhì)可以得到電壓及靈敏度的表達(dá)式 ， ，可見(jiàn)差動(dòng)電橋的靈敏度比單臂電橋提高了4倍，故廣泛被使用。在電橋電路中，將與工作電阻同側(cè)的固定電阻更換成相同受力方向的補(bǔ)償片， 且原始電阻值相等；這樣在實(shí)際使用中，由于溫度造成的電阻值變化被抵消，且補(bǔ)償片不受力，故可以消除電壓的漂移輸出。2 應(yīng)變式傳感器電橋電路的理論分析 眾所周知，將粘貼在彈性元件應(yīng)變區(qū)上的電阻應(yīng)變片，按相對(duì)臂應(yīng)變方向相同、相鄰臂應(yīng)變方向相反的原則，組成惠斯通電橋電路，即稱重傳感器的初始電路。這一傳感器雖然可以使用，但由于內(nèi)在的各種影響因素和外部環(huán)境條件的影響，其輸出特性將會(huì)較大地偏離理想的輸出特性，主要性能指標(biāo)均較差，達(dá)不到高準(zhǔn)確度稱重傳感器的技術(shù)要求。為了提高稱重傳感器的綜合性能指標(biāo)和互換性，就必須采用各種電路補(bǔ)償和性能調(diào)整技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行逐個(gè)逐項(xiàng)的電路補(bǔ)償與調(diào)整。主要補(bǔ)償與調(diào)整項(xiàng)目有:零點(diǎn)溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)輸出補(bǔ)償、線性補(bǔ)償、靈敏度溫度補(bǔ)償、靈敏度標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整、輸出電阻標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整和輸入電阻標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整等。理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，稱重傳感器的電路補(bǔ)償與調(diào)整，應(yīng)嚴(yán)格按照上述順序進(jìn)行。電路補(bǔ)償與調(diào)整技術(shù)是稱重傳感器研制和批量生產(chǎn)過(guò)程中的重點(diǎn)技術(shù)和關(guān)鍵工藝，應(yīng)盡量配備比較先進(jìn)的工藝裝備和完善的檢測(cè)手段，以保證取得準(zhǔn)確可靠的測(cè)試結(jié)果，達(dá)到較高的補(bǔ)償精度要求。 稱重傳感器在無(wú)外載負(fù)荷作用時(shí)的輸出稱為零點(diǎn)輸出。零點(diǎn)輸出受環(huán)境溫度的影響，隨環(huán)境溫度的變化而變化，這稱之為零點(diǎn)溫度漂移。引起稱重傳感器零點(diǎn)溫度漂移的因素很多，歸納起來(lái)主要有如下幾點(diǎn): ①?gòu)椥栽?、電阻?yīng)變計(jì)、應(yīng)變粘結(jié)劑的線膨脹系數(shù)不同，彈性元件的縱向和橫向膨脹率不同，電阻應(yīng)變計(jì)基底和應(yīng)變粘結(jié)劑底膜的厚度不同，在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱脹冷縮，使電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵變長(zhǎng)或縮短，引起電阻值變化。 ②電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)不為零，各電阻應(yīng)變計(jì)之間又有一定的分散度，而且敏感柵材料的電阻率也隨環(huán)境溫度而變化，這都會(huì)引起電阻值的改變。 ③由于各電阻應(yīng)變計(jì)的引出線及連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度不同，溫度變化可引起電橋?qū)Ь€的電阻變化。 ④不同材料焊點(diǎn)之間存在著較小的熱電勢(shì)，也可以引起電阻變化。 ⑤彈性元件與外殼的溫度系數(shù)不同，彈性元件曲率的影響，大氣壓力波動(dòng)等影響，雖然比上述各項(xiàng)影響小，但也會(huì)使電阻值稍有變化。 上述這些變化都直接影響著稱重傳感器的零點(diǎn)輸出，而產(chǎn)生較大的零點(diǎn)溫度漂移。為了消除上述因素的影響，減小零點(diǎn)溫度漂移，但由于其特點(diǎn)的分散以及粘貼、固化等工藝的影響，即使采用溫度自補(bǔ)償電阻應(yīng)變計(jì)，仍不能使引起溫度漂移的因素全部抵消，所以零點(diǎn)輸出在環(huán)境溫度變化時(shí)還會(huì)有所變化。減小零點(diǎn)溫度漂移最有效的方法，就是對(duì)傳感器逐個(gè)進(jìn)行零點(diǎn)溫度補(bǔ)償。 引起傳感器零點(diǎn)溫度漂移的各種因素，都可以看成是因電橋電路四個(gè)橋臂的電阻溫度系數(shù)不一致而造成的。解決的方法就是找出電橋電路中電阻溫度系數(shù)小的橋臂，在其上串入一個(gè)電阻溫度系數(shù)較大的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償電阻R,以提高這個(gè)橋臂的電阻溫度系數(shù)。只要選擇合適的補(bǔ)償電阻R值，就可以起到對(duì)零點(diǎn)溫度漂移抵消的作用。 應(yīng)變式稱重傳感器多采用全橋式等臂電橋。因?yàn)槿珮蚴届`敏度最高。 盡管稱重傳感器有嚴(yán)格的制造工藝規(guī)程，電阻應(yīng)變計(jì)都經(jīng)過(guò)認(rèn)真測(cè)試篩選，但使其電阻值完全相同是不可能的，而且在粘貼、加壓、固化工藝過(guò)程中，電阻值還會(huì)發(fā)生變化。由于組成電橋的各橋臂的電阻應(yīng)變計(jì)電阻值的不同和改變量的不一致，將導(dǎo)致傳感器在無(wú)外載荷作用時(shí)產(chǎn)生較大的零點(diǎn)輸出。為了減小測(cè)量誤差和便于各種測(cè)量?jī)x器儀表的調(diào)零，應(yīng)盡量使傳感器的零點(diǎn)輸出接近于零或控制在允許的誤差范圍之內(nèi)。上述使零點(diǎn)輸出近似為零所進(jìn)行的調(diào)整，稱之為零點(diǎn)輸出補(bǔ)償。 零點(diǎn)輸出補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?在無(wú)外載負(fù)荷作用時(shí)，測(cè)出傳感器的零點(diǎn)輸出值，然后在某一橋臂中串接一個(gè)低電阻溫度系數(shù)的零點(diǎn)輸出補(bǔ)償電阻Rz。 對(duì)零點(diǎn)輸出補(bǔ)償電阻Rz的要求是:電阻率ρ要高。電阻溫度系數(shù)a要小。應(yīng)變靈敏系數(shù)K要低。一般多采用直徑為(^0. 12mm的漆包錳銅絲，(a=0. 000015/ C )或漆包康銅絲((a=0. 00002/C).零點(diǎn)輸出補(bǔ)償是很容易的工藝，但要長(zhǎng)期保持傳感器具有較高的零點(diǎn)輸出穩(wěn)定性是十分困難的。影響零點(diǎn)輸出穩(wěn)定性的因素很多,主要有:(1）彈性元件、應(yīng)變計(jì)墓底膠膜、應(yīng)變粘結(jié)劑涂層幾何尺寸的改變。(2）彈性元件冷、熱加工殘余應(yīng)力和電阻(3）應(yīng)變計(jì)箔材加工殘余應(yīng)力的釋放。電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵殘余腐蝕的影響。(4）應(yīng)變粘結(jié)劑固化不完全,在使用過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生體積變化。(5）應(yīng)變枯結(jié)劑的介電常數(shù)變化,改變了電阻應(yīng)變計(jì)的寄生電容。(6）應(yīng)變粘結(jié)劑因受潮
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