电阻应变片的温度误差及其补偿

（1）温度误差产生的原因

粘贴在被测件上的应变片，由于环境温度的变化，会引起应变片的电阻值发生变化，这种由于环境温度变化而对测量造成的误差，称为温度误差，又称为热输出。产生温度误差的原因主要有两个：

1）电阻丝存在电阻温度系数

敏感栅的电阻值随环境温度的变化的关系可表示为

式中 Rt——温度为t时的电阻值；

R0——应变片的原始电阻；

αs——敏感栅材料的电阻温度系数；

Δt——温度变化量。

由式（5．59）可知，当温度变化Δt时，敏感栅电阻的变化为

2）电阻丝与被测件材料的线膨胀系数的不同

因为电阻应变片总是粘贴在被测试件上的，如果两者的线膨胀系数不同，则当环境温度变化时，电阻丝的形变大小与试件的形变大小不同，使电阻丝产生附加应变，从而造成电阻值的变化，电阻的变化可由下式得

式中 βg——试件材料的线膨胀系数；

βs——应变片的线膨胀系数；

K——应变片的灵敏度系数；

Δt——温度变化量。

从式（5．61）可知，若βs＜βg，则当温度升高时，因试件的膨胀长度大于应变片的膨胀长度，使得粘贴在试件上的应变片被迫伸长，从而产生正的附加应变，附加电阻增大。

综上所述，由温度变化引起的总电阻变化为

总的附加应变为

（2）应变片温度误差的补偿方法

消除或减小温度误差所采用的方法，称为温度补偿。温度补偿的方法通常采用自补偿法和桥路补偿法。

1）自补偿法

自补偿法是通过选择应变片或使用特殊的应变片，使温度变化时应变片的电阻值不随温度而变化，从而不产生温度误差。满足这一要求的应变片称为自补偿应变片。由式（5．62）可知，要实现温度自补偿的条件是：当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，即

因此，被测试件的材料选定后，只要选择合适的应变片敏感栅材料，使其温度系数α满足式（5．64）的要求，就可达到温度自补偿的目的。这种方法的缺点是一种α值的应变片只能在一种材料上使用，因此局限性较大。

温度补偿还可以采用组合式自补偿应变片，就是用电阻温度系数分别为正、负的两种不同的电阻丝串联而构成的应变片的敏感栅，如图5．37所示。Ra和Rb为两段不同材料的敏感栅，具有相反的温度系数。这样，当温度变化时，产生的电阻变化大小相同，符号相反，可以相互抵消。

2）桥路偿法

桥路补偿法是在应变片的测量桥路中所采用的消除或减小温度误差的方法。

将两个特性相同的应变片，其中一片（R1）粘贴在测试件上，用同样的粘贴方法将另一片（R2）粘贴在同样材质的补偿块上，把它们置于相同的环境温度中。粘贴在被测件上的应变片R1承受被测应变，称为工作应变片，粘贴在补偿块上的应变片R2不承受应变，称为补偿应变片。将工作应变片和补偿应变片接在测量电桥的相邻两桥臂上，如图5．38所示。

图5．37 组合式自补偿应变片

图5．38 桥路补偿法

当温度变化时，R1和R2的电阻值都发生变化，由于它们感受相同的温度变化，且粘贴在相同的材料上，则温度变化引起的电阻变化大小和符号相同，根据电桥相邻两臂同时产生完全相同的电阻变化量时，电桥的输出不发生变化的原理实现了温度补偿。

需要注意的是，为了实现完全的温度补偿，R1和R2的参数和规格应该完全一样，这个在实际工程中是很难达到的。