电阻应变式称重传感器的原理和补偿.ppt

称重传感器原理及补偿 —— 赛多利斯科学仪器 高翠翠主要内容（content）n１．电阻应变式称重传感器的原理(LC-principle) 　　　●电阻应变式称重传感器的结构构；(LC structure)　　　●应变计原理介绍；(resistance strain gauge)　　　●组桥测量原理principle of the measuring bridge)n２ ．称重传感器的电路补偿(compensation circuit) ●零点温度补偿(Temperature zero-point adjustment ) ●零点输出补偿(zero-point adjustment) ●灵敏度温度补偿（Temperature sensitivity adjustment） ●灵敏度标准化调整(sensitivity adjustment) ●输出电阻标准化调整(output resistance adjustment) ●输入电阻标准化调整(input resistance adjustment)n电阻应变式称重传感器（LC-principle）基本结构(Structure) 称重传感器：将物体的质量转化为电信号。

力~电转换 电阻应变传感器由1)弹性体，2)电阻应变片，3)补偿元件，4)密封材料等组成称重传感器电阻应变片铜电阻应变计应变计应变计应变计镍电阻电阻应变式传感器原理(principle ) 电阻应变式传感器利用电阻应变计构成的惠斯顿电桥，通过测量弹性体的应变而测得与之成正比的外力（重量） 一般由四应变计组成的惠斯登电桥粘贴在弹性体上，当弹性体由于外力发生弹性形变时，四个电桥的两个相对的臂伸长，电阻变化+△R，另外两个相对臂压缩，电阻变化- △R； 测量电桥电路　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应变片　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　弹性体　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　载荷Ｐ应变ｅ输出电压UO电阻变化　△Ｒ力~形变形变~电阻变化电阻变化~电压输出常见分类(types)按结构型式分：弯曲梁式，剪切梁式，S 形拉式，柱式等LOAD电阻应变片（resistance strain gauge） 结构：敏感栅(sensitive grid)、 基底、盖层、 引线 功能：把构件表面的形变量 转化为电信号(电阻变化)；敏感栅材料的要求敏感栅材料的要求：n1.灵敏系数Ks高，在较大应变范围保持常数 —康铜丝康铜丝在弹性状态和塑性状态下，Ks值基本上是常数；n2.电阻率高，分散度小，随时间变化小；n3.电阻温度系数小，且在宽的温度范围内保持不变，减小温 度带来的影响；n4.分散度小，对温度循环有完全的重复性；n5.延伸率高，耐蚀性好，疲劳强度高；n6.焊接性能好等。

基底n基底材料要求： 1.柔软，有一定的机械强度； 2.粘结性能和绝缘性能好； 3.蠕变和滞后现象小； 4.不吸潮，能在不同温度下工作n常用基底材料： 纸，胶膜，玻璃纤维布，金属薄片等引线和盖层 n引线要求： 1.引线应具有低且稳定的电阻率； 2.具有小的电阻温度系数n引线常用材料：多用紫铜，铍青铜等n盖层： 作用：保护敏感栅，避免机械损伤，防止高温氧化 材料：基底的胶膜或玻璃纤维布等应变计的工作特性—即考察的技术指标n应变计的电阻值：60，120，200，350，500，1000；n应变计的灵敏系数（一般2.0~4.0）n应变计横向效应系数（一般0.1%~5%）n应变计的机械滞后n应变计的零点漂移和蠕变n应变计的应变极限n应变计的疲劳寿命n应变计的绝缘电阻n应变计的温度特性n应变计的最大工作电流组桥测量原理(principle of measuring grid)传感器的基本测量特性n计量性能： 线性； 滞后； 重复性； 蠕变； 零点； 量程温度系数等。

n其它指标： 灵敏度输出； 输入/出阻抗； 绝缘阻抗等称重传感器的特性曲线~需要最理想的综合误差非线性滞后00载荷输出额定载荷额定输出卸载加载理想直线n各项主要指标：各项主要指标：n1 精度等级:C3n2 额定输出:2mv/Vn3 非线性:0.02%F.Sn4 重复性:0.01%F.Sn5 滞后: 0.02%F.Sn6 零点输出: 1%F.Sn7 蠕变(30分钟): 0.02%F.Sn8 零点温度系数: 20ppm/Cn9 灵敏度温度系数:20ppm/C n10 补偿温度范围:-10C-- +40Cn11 使用温度范围:-20C-- +65Cn12 绝缘电阻:5000 Mn13 安全超载:150%F.Sn14 极限超载: 300%F.Sn15 防护等级:IP67基本补偿电路温度对传感器的影响Uoutload Uoutload 1.零点温度补偿n零点输出：称重传感器在无外载荷作用时的输出.n零点温度漂移：零点输出受环境温度的影响, 随环境温度的变化而变化, 称 之为~.nA tip：都可以看成是电桥电路四个桥臂电阻温度系数不一致。

n对策：找出４个桥臂中电阻温度系数小的桥臂，在其上串入一个电阻温度 系数较大的零点温度补偿电阻，以提高这个桥臂总的电阻温度系数n材料：铜(a=0.0041/℃)、镍(a=0.0068/℃)、钴—镍合金ntips： １．根据高温和常温输出电压差△Ｕ０的正负判断补偿电阻Ｒｔ串 接在哪个桥臂上；n　　　２．根据△Ｕ０的大小计算Ｒｔ的大小零点温度补偿电路2.零点输出补偿n——使称重传感器的零点输出接近为0所做的调整n补偿方法：在无外载荷作用时，测出传感器的零点输出值，然后在某一桥臂中串接一个低电阻温度系数的零点输出补偿电阻ＲＺn材料：电阻率ρ要高；电阻温度系数小；应变片灵敏系数低－锰铜、康铜nTipsTips：： 1.根据输出电压Ｕｏ的正负确定串接在哪个桥臂中； 2.根据Ｕｏ的大小确定补偿电阻的大小零点输出补偿电阻的计算3.灵敏度温度补偿n称重传感器的灵敏度S用下式表示： Uo：传感器的额定输出mVUi：传感器的供桥电压V 圆柱式的灵敏度计算公式： 剪切梁式灵敏度计算公式：温度对灵敏度的影响n温度变化时，材料的弹性模量E变化最大（E温度系数为负），直接影响材料的灵敏度，造成很大的测量误差。

n0.03～0.05%/℃即 温度每变化10℃，灵敏度变化2%～5%~~这这个也太大了个也太大了~~~~n思路：温度变化使E/Ui保持不变-灵敏度S就可以保持不变；n方法：在电桥的供桥回路中串接补偿电阻RM，当温度升高， RM随之变大，分压作用变大，供桥电压减小S不变，则灵敏度S 不变TEUiS温度灵敏度补偿电阻的计算4．灵敏度标准化调整n即：灵敏度调整到标准值n思路:在电桥的供桥回路上串联灵敏度标准化调整电阻Rsn 即在电源电压不变的情况下，通过在供桥回路上串联电阻可以改变实际的供桥电压说明： S0未串入Rs时实测的灵敏度 S串入Rs调整后要求的灵敏度 REC桥路EC两点间的电阻值5.输出电阻标准化调整n背景：当多只传感器并联使用时，要求：每只传感器的灵敏度和输出电阻相同否则：传感器并联后输出的平均值有较大的称量误差n调整方法：在电桥电路的 输出回路上串接一个 高精度低电阻温度系数的调整电阻R0 6.输入电阻标准化调整n方法：在电桥的供桥回路上并联一个输入电阻标准化调整电阻RiRFG—未并入Ri时桥路F、G两点间的电阻值；RB—输入电阻要求的标准值。

实际的补偿电路补偿规则注意(notice)：n按照顺序一环扣一环，以免后者影响前者；n属于批量生产传感器的关键工艺和技术，需要较先进的工艺设备和仪器；n在制作高精度传感器时需要实际测量进行补偿。