应变片温度补偿条件

应变片温度补偿条件

定义

应变片温度补偿，指在温度变化环境中，通过电路连接与结构安排，使温度变化引起的附加电阻变化在测量输出中相互抵消，从而消除温度对应变测量结果的影响。

温度变化引起应变片电阻变化，记为 $\mathrm{\Delta }{R}_T$。该附加电阻变化并非由试件机械应变产生，而是由温度变化导致应变片敏感栅电阻温度系数、试件与敏感栅热膨胀系数差异等因素共同造成。

必要关系与推导

设工作片电阻为 $R_1$，补偿片电阻为 $R_2$。温度变化时，两片各自产生附加电阻变化 $\mathrm{\Delta }{R}_{T1}$ 与 $\mathrm{\Delta }{R}_{T2}$。

在电桥中，若工作片与补偿片接入相邻桥臂，则电桥输出电压与两桥臂电阻变化之差相关。相邻桥臂的电阻增量在输出中相减：

其中 $\mathrm{\Delta }{R}_1$ 包含工作片由应变引起的电阻变化与温度附加电阻变化，$\mathrm{\Delta }{R}_2$ 为补偿片的电阻变化。

当补偿片不受机械应变、仅感受温度时，$\mathrm{\Delta }{R}_2=\mathrm{\Delta }{R}_{T2}$。若满足

则温度附加项在相邻桥臂相减中抵消，电桥输出仅保留工作片由试件应变引起的电阻变化。

补偿块与试件同材质的条件

要使 $\mathrm{\Delta }{R}_{T1}=\mathrm{\Delta }{R}_{T2}$，补偿片与工作片必须处于相同温度环境，并且两者因温度产生的附加电阻变化规律一致。

补偿块采用与试件相同的材料，是满足该条件的关键。原因在于：温度附加电阻变化与材料的热膨胀系数、弹性模量随温度的变化等性质有关。若补偿块与试件材质相同，则补偿片与工作片所粘贴的基底材料热膨胀行为一致，在相同温度下产生的热致应变一致，进而使两片的 $\mathrm{\Delta }{R}_T$ 一致。

若补偿块与试件材质不同，即使温度相同，两者热膨胀系数不同，补偿片与工作片感受到的热致应变不同，$\mathrm{\Delta }{R}_{T1}$ 与 $\mathrm{\Delta }{R}_{T2}$ 不再相等，相邻桥臂相减无法完全抵消温度影响，补偿失效。

条件汇总

1. 工作片与补偿片接入电桥相邻桥臂，使温度附加电阻变化在输出中相减。
2. 补偿片不受机械应变，仅感受温度。
3. 补偿块与试件同材质，保证两片在相同温度下产生一致的温度附加电阻变化。
4. 补偿片与工作片处于相同温度环境，使 $\mathrm{\Delta }{R}_{T1}=\mathrm{\Delta }{R}_{T2}$ 成立。

满足上述条件时，温度变化引起的附加电阻变化被抵消，电桥输出反映试件应变，实现温度补偿。