4.2残余应力的消除
当完成应变片全部粘贴后,把弹性体与筒体焊接在一起,再消除一次残余应力。考虑到贴片用的粘合剂在过高的温度下会老化,只能采取反复加载和机械振动来去除应力.采用反复加载和机械振动的办法,有利于内应力的加速释放。特别是在应变式传感器中,在贴片后进行疲劳加载,有利于改善传感器的性能。
4.3温度补偿
电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿法和应变片自补偿两大类。
(1)桥路补偿法
电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。图3所示是电桥补偿法的原理图。电桥输出电压Uo与桥臂参数的关系为:
Uo=A(R1R4-RBR3)(2)
(2)式中:A——由桥臂电阻和电源电压决定的常数。
R1—工作应变片;RB—补偿应变片
由上式可知,当R3和R4为常数时,R1和RB对电桥输出电压U0的作用方向相反。利用这一基本关系可实现对温度的补偿。测量应变时,工作应变片R1粘贴在被测试件表面上,补偿应变片RB粘贴在与被测试件材料完全相同的补偿块上,且仅工作应变片承受应变。如图3所示。
当被测试件不承受应变时,R1和RB又处于同一环境温度为t℃的温度场中,调整电桥参数,使之达到平衡,有Uo=A(R1R4-RBR3)=0(3)
工程上,一般按R1=R2=R3=R4选取桥臂电阻。当温度升高或降低Δt=t-t0时,两个应变片的因温度而引起的电阻变化量相等,电桥仍处于平衡状态,即:
Uo=A[(R1+ΔR1t)
R4-(RB+ΔRBt)R3]=0(4)
若此时被测试件有应变ε的作用,则工作应变片电阻R1又有新的增量ΔR1=R1Kε,而补偿片因不承受应变,故不产生新的增量,此时电桥输出电压为:
Uo=AR1R4Kε(5)
由上式可知,电桥的输出电压Uo仅与被测试件的应变ε有关,而与环境温度无关。应当指出,若实现完全补偿,上述分析过程必须满足四个条件:
①在应变片工作过程中,保证R3=R4。
②R1和RB两个应变片应具有相同的电阻温度系数α,线膨胀系数β,应变灵敏度系数K和初始电阻值R0。
③粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样,两者线膨胀系数相同。
④两应变片应处于同一温度场。
(2)应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片,称之为温度自补偿应变片。这种方法是通过精心选择敏感栅材料与结构参数来实现热输出补偿。粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片,当温度变化时,产生的附加应变为零或相互抵消,这种应变片称为温度自补偿应变片。
5、总结
应变传感器的长期稳定性是国内传感器行业非常关心的问题。由于应变传感器在工程应用中,除了其自身物理特性造成的不稳定外,还受应变片粘贴方法,被测试件弹性体残余应力等外界因素影响。本文从材料力学,量子力学和电子学方面深入探讨了造成应变传感器不稳定性的本质原因,并总结了改善不稳定性常用的方法。由于造成应变传感器测试系统不稳定的因素很多,如焊接方法,测试中连接线的摆动等,本文只分析总结了最本质的一些原因,并给出了一些工程中最常见的改善方法,更全面的方法还得在以后工程应用中不断总结积累。
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