谈谈称重传感器的温度补偿

　　1 前言

　　随着电子技术的飞速发展, 计量称重系统正在向快速、连续、自动计量的方向发展。可以说, 由应变式称重传感器与相应的二次仪表组成的电子衡已成为我公司实现生产过程自动化不可缺少的计量工具, 它对保证质量, 提高劳动生产率, 进行成本核算,减轻劳动强度和加强企业管理等都有极其重要的意义。而这一系统中的基础是传感器, 即采用电阻应变式称重传感器来实现这一目的。

　　2 称重传感器的温度补偿

　　2.1 电阻应变计的温度自补偿

　　高精度称重传感器的核心元件是电阻应变计,它的性能主要取决于两个方面, 一是应变计的基底材料, 另一是应变计敏感栅的应变合金材料。无论选用哪种应变计, 最重要一点其温度特性应是自补偿型, 这样才能保证传感器的温度漂移尽量小。贴在传感器弹性体上的应变计, 在不受载荷影响下, 除电阻值随着温度的变化而变化外, 弹性体材料以及应变合金的其它物理性能也都有些变化, 这些变化就是应变计纯属由于温度变化而产生的虚假应变, 这对传感器而言, 就产生了温度漂移, 即传感器的温度效应。

　　对电阻应变计的温度效应来说, 主要由两个因素引起, 一个是应变合金丝( 或箔) 材料的电阻随温度变化而变化, 另一是传感器弹性体和应变合金丝( 或箔) 材料线膨胀系数不同随着温度改变而引起的附加变形, 使应变计电阻也产生了相应的变化。如果不考虑粘合剂的影响, 当温度变化 Δt 时, 设应变计电阻丝栅电阻的改变量为 ΔR1, 则

　　由于应变合金与弹性体材料线膨胀系数不同所引起应变计电阻的改变量为 ΔR2, 则

　　当温度变化 Δt 时, 贴在弹性体上的应变计电阻总的改变量为 ΔRt, 则

　　定义 αt为电阻应变计的电阻温度系数。如果使ΔRt=0 或接近于 0, 即达到温度自补偿。若 ΔRt=0, 则

　　对于一般应变电阻合金材料, β丝、K 是不变的,β材也是一个常数。冷加工状态的电阻丝( 箔) 的电阻温度系数 α, 可以用热处理的办法在相当大的范围内改变, 因此可以使 α=K( β丝- β材) 。对于一定的电阻丝( 箔) 和一定的弹性体材料而言,( 6) 式是消除由于温度改变而引起误差的一个必要条件, 但由于温度对材料的影响是非常复杂的, 所以 α、β丝、β材和温度的关系并非完全呈线性关系, K 值也不完全是恒定的, 所以( 6) 式仅是个近似条件。尽管如此, 可以根据这个条件对具有已知 β材的弹性材料, 可以近似选取具有适当 β丝、α和 K 的应变合金丝( 箔) , 就可以制成温度自补偿应变计。