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基本知識

補償電阻器介紹

發布時間:2017-02-07 23:53:21


高精度傳感器除應選用高精度應變計外,還須進行一系列補償和調整。R系列補償電阻器是一種粘貼式的可調整補償電阻器,可用來改善傳感器的輸出靈敏度、靈敏度溫度變化、零點輸出、零點溫度漂移等一系列技術參數,且具有粘貼容易、調整方便、與彈性體材料的溫度性能一致、補償精度高等優點。

一、補償電阻器的命名規則
以中航電測儀器股份有限公司對補償電阻器的命名規則舉例如下:

QQ截圖20170208143229.jpg

二、補償電阻器選用方法

高精度傳感器在制造中還需要一系列的補償。用來改善傳感器的技術參數,主要靈敏度溫度補償、靈敏度補償、零點平衡補償、零點溫度補償。下面主要介紹各種補償的方法及補償電阻器的選用:

(1)靈敏度溫度補償(亦稱彈性模量補償):通常采用RNF、RBF系列固定式(或組合式)補償電阻器。當傳感器所處環境的溫度發生變化時,傳感器彈性元件的彈性模量和應變計的靈敏系數隨之改變,傳感器的靈敏度也因此發生相應的變化,從而產生測量誤差。為此,高精度傳感器對這種誤差進行補償。具體方法是:在供橋回路中串入補償電阻器,利用其電阻隨溫度變化且方向正好與傳感器靈敏度的變化相反的特征,來抵消溫度變化引起的傳感器靈敏度的漂移,從而達到補償的目的。補償電阻大小可通過公式:

Rm=[(S1-S2)*Rin]/{[1+ac*(T1-T2)]*S1-S2}

計算得到。其中Rm為補償電阻器電阻值;S1、S2分別為溫度T1、T2時的傳感器靈敏度;Rin為溫度T1時橋路輸入電阻;ac為補償電阻器的電阻溫度系數。

(2)靈敏度補償:可采用RCF系列補償電阻器或電阻溫度系數較小的絲材。由于彈性元件材料、加工尺寸以及應變計靈敏系數存在差異,傳感器的靈敏度分散(<1%)迭加,傳感器的靈敏度往往比較大。為了提高傳感器互換性,在傳感器制造中,一般有意將其靈敏度設計稍高于標準值,然后在加工中根據實測結果再把它調整為標準值。具體方法是:在供橋回路中串入電阻溫度系數較小的補償電阻器,使傳感器的實際供橋電壓降低,從而降低傳感器的靈敏度。補償電阻器的阻值大小可通過公式:

Rc=(S1-S0)/S0*R

計算得到。其中Rc為補償電阻器電阻值;S1、S2分別為串入Rc前實測靈敏度和調整后要求的標準靈敏度;R為橋路的輸入阻值。

(3)零點平衡補償:通常采用在橋路中某一橋臂上串聯一電阻溫度系數較小的RCF補償電阻的方法,使傳感器的應變計橋路在空載時輸出近似為零,以減少測量誤差和便于測量儀表調零。通常采用結構為摩擦式、切割式或短接式的補償電阻器,它們均可以靈活方便地調整橋路的零點。摩擦式補償電阻器可采用調阻研磨粉對箔柵進行打磨調整電阻值;切割式補償電阻器可通過切割連接柵的方法調整電阻值;短接式補償電阻器則采用短接連接柵的方法調整電阻值。例如(如下圖:零點補償示意圖Ra),我們設定應變計R1、R3感受亞向應變(負應變)、應變計R2、R4感受拉向應變(正應變)。如果零點輸出為正,那么,應該向ab端電阻增大(即通過打磨的方式將其電阻值增大),同時檢測零位輸出,直到零位輸出達到零為止;如果零點輸出為負,那么,應該將ac端電阻增大(即通過打磨的方式將其電阻值增大),同時檢測零位輸出,直到零位輸出達到零為止。我們推薦采用摩擦式RCF5-AZ04的應變計調整零位,下圖中Ra即為零點平衡補償電阻。

QQ截圖20170208143546.jpg

(4)零點溫度補償:通常采用在橋路某一橋臂中串聯一電阻溫度系數較大的RNF補償電阻或純銅絲、鎳絲漆包線的方法來減少溫度對零點輸出的影響。傳感器空載輸出基本為零,當傳感器的溫度變化時,一方面彈性元件、粘結劑、應變計都有不同程度的熱脹冷所縮,引起應變計電阻變化;另一方面敏感柵材料的電阻溫度系數也會引起應變計電阻變化。這些均會影響到傳感器的零點輸出,即使采用溫度自補償應變計和全橋接法,由于應變計溫度性能分散等原因,溫度變化時輸出零位多少有些變化,所以要對其進行補償。具有做法是:先對傳感器進行溫度試驗,得出補償電阻-零點溫度漂移的規律后,按照各個傳感器的溫度零點漂移值對應的電阻,調整相應橋臂補償電阻器的阻值。補償電阻器的阻值可通過公式:

Rt=│R*(U2-U1)│/│250*ac*Uin*(T2-T1)│

計算得到。其中Rt為補償電阻器電阻值;R為橋臂電阻值;Uin為供橋電壓;ac為補償電阻器的電阻溫度系數;U1、U2分別為溫度T1、T2時的零點輸出電壓。零點溫度補償通常采用補償絲或結構為摩擦式、切割柵式及短接式的補償電阻器。

零點溫度補償原理基本和零點平衡補償相似,只不過需要在模擬溫度場下完成。

舉例說明,例如(如下圖:零點溫度補償示意圖Rt),我們設定應變計R1、R3感受亞向應變(負應變)、應變計R2、R4感受拉向應變(正應變)。如果零點輸出(以正溫為例,正溫下的零點輸出與常溫零點輸出差值即為零點溫度輸出)為正,那么,應該將fg端電阻增大到計算的阻值(即通過打磨的方式將其電阻值增大),然后檢測溫度零位輸出再進行調整,直到零位輸出與初始零點一致為止;如果零點輸出為負,那么,應該將ef端電阻增大(即通過打磨的方式將其電阻值增大),然后檢測溫度零位輸出再進行調整,直到零位輸出與初始零點一致為止。我們推薦采用摩擦式RNF1-AT02的應變計調整溫度零點輸出,下圖中Rt即為溫度零點補償電阻。

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傳感器橋路補償電路原理圖(見下圖)

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