温度自补偿应变片

定义与原理

温度自补偿应变片是一类特殊应变片，其特点是在温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消。利用此类应变片实现温度补偿的方法称为“应变片自补偿法”。

应变片粘贴于被测构件表面，其电阻相对变化由两部分组成：构件受力产生的应变引起的电阻变化，以及温度变化引起的电阻变化。温度引起的附加电阻变化主要来自两方面：敏感栅材料电阻温度系数导致的电阻随温度变化，以及敏感栅材料与试件材料线膨胀系数不同导致的附加应变。温度自补偿的目标是使这两部分温度效应之和为零，即温变附加应变为零或相互抵消。

分类

自补偿应变片主要分为三种类型：

1. 选择式自补偿应变片：通过选择敏感栅材料，使其电阻温度系数与线膨胀系数满足特定匹配条件，从而使温度附加应变为零。
2. 双金属敏感栅组合式自补偿应变片：由两种电阻温度系数不同的金属材料组成敏感栅，利用两者温度附加应变符号相反、相互抵消来实现补偿。
3. 带有热敏电阻的自补偿应变片：在应变片电路中接入热敏电阻，利用热敏电阻随温度变化的阻值来抵消应变片本身的温度附加电阻变化。

必要技术关系

温度自补偿的条件可表示为：敏感栅材料因电阻温度系数引起的电阻相对变化与因线膨胀系数失配引起的电阻相对变化之和为零。对于选择式自补偿，需使敏感栅材料的电阻温度系数与试件材料线膨胀系数之间满足特定关系；对于组合式自补偿，需使两段敏感栅的温度电阻增量按其电阻、灵敏系数及长度比例加权后之和为零，即各段温度附加电阻变化相互抵消，而不要求两段等效温度应变本身大小相等、符号相反。

符号与单位

• 电阻温度系数：符号通常为 $\alpha$，单位为 $1{\mathrm{/}}^{\circ }\mathrm{C}$ 或 ${\mathrm{K}}^{-1}$。
• 线膨胀系数：符号通常为 $\beta$，单位为 $1{\mathrm{/}}^{\circ }\mathrm{C}$ 或 ${\mathrm{K}}^{-1}$。
• 应变：符号通常为 $\epsilon$，无量纲，常用微应变 $\mu \epsilon$ 表示。

适用条件

温度自补偿应变片适用于温度变化环境下的应变测量，其补偿效果依赖于敏感栅材料与试件材料的匹配。选择式自补偿应变片需针对特定试件材料选用；组合式自补偿应变片通过材料组合实现补偿，适用范围较广；带有热敏电阻的自补偿应变片需合理选择热敏电阻参数。