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补偿电阻器介绍

发布时间:2017-02-07 23:53:21


高精度传感器除应选用高精度应变计外,还须进行一系列补偿和调整。R系列补偿电阻器是一种粘贴式的可调整补偿电阻器,可用来改善传感器的输出灵敏度、灵敏度温度变化、零点输出、零点温度漂移等一系列技术参数,且具有粘贴容易、调整方便、与弹性体材料的温度性能一致、补偿精度高等优点。

一、补偿电阻器的命名规则
以中航电测仪器股份有限公司对补偿电阻器的命名规则举例如下:

QQ截图20170208143229.jpg

二、补偿电阻器选用方法

高精度传感器在制造中还需要一系列的补偿。用来改善传感器的技术参数,主要灵敏度温度补偿、灵敏度补偿、零点平衡补偿、零点温度补偿。下面主要介绍各种补偿的方法及补偿电阻器的选用:

(1)灵敏度温度补偿(亦称弹性模量补偿):通常采用RNF、RBF系列固定式(或组合式)补偿电阻器。当传感器所处环境的温度发生变化时,传感器弹性元件的弹性模量和应变计的灵敏系数随之改变,传感器的灵敏度也因此发生相应的变化,从而产生测量误差。为此,高精度传感器对这种误差进行补偿。具体方法是:在供桥回路中串入补偿电阻器,利用其电阻随温度变化且方向正好与传感器灵敏度的变化相反的特征,来抵消温度变化引起的传感器灵敏度的漂移,从而达到补偿的目的。补偿电阻大小可通过公式:

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

计算得到。其中Rm为补偿电阻器电阻值;S1、S2分别为温度T1、T2时的传感器灵敏度;Rin为温度T1时桥路输入电阻;ac为补偿电阻器的电阻温度系数。

(2)灵敏度补偿:可采用RCF系列补偿电阻器或电阻温度系数较小的丝材。由于弹性元件材料、加工尺寸以及应变计灵敏系数存在差异,传感器的灵敏度分散(<1%)迭加,传感器的灵敏度往往比较大。为了提高传感器互换性,在传感器制造中,一般有意将其灵敏度设计稍高于标准值,然后在加工中根据实测结果再把它调整为标准值。具体方法是:在供桥回路中串入电阻温度系数较小的补偿电阻器,使传感器的实际供桥电压降低,从而降低传感器的灵敏度。补偿电阻器的阻值大小可通过公式:

Rc=(S1-S0)/S0*R

计算得到。其中Rc为补偿电阻器电阻值;S1、S2分别为串入Rc前实测灵敏度和调整后要求的标准灵敏度;R为桥路的输入阻值。

(3)零点平衡补偿:通常采用在桥路中某一桥臂上串联一电阻温度系数较小的RCF补偿电阻的方法,使传感器的应变计桥路在空载时输出近似为零,以减少测量误差和便于测量仪表调零。通常采用结构为摩擦式、切割式或短接式的补偿电阻器,它们均可以灵活方便地调整桥路的零点。摩擦式补偿电阻器可采用调阻研磨粉对箔栅进行打磨调整电阻值;切割式补偿电阻器可通过切割连接栅的方法调整电阻值;短接式补偿电阻器则采用短接连接栅的方法调整电阻值。例如(如下图:零点补偿示意图Ra),我们设定应变计R1、R3感受亚向应变(负应变)、应变计R2、R4感受拉向应变(正应变)。如果零点输出为正,那么,应该向ab端电阻增大(即通过打磨的方式将其电阻值增大),同时检测零位输出,直到零位输出达到零为止;如果零点输出为负,那么,应该将ac端电阻增大(即通过打磨的方式将其电阻值增大),同时检测零位输出,直到零位输出达到零为止。我们推荐采用摩擦式RCF5-AZ04的应变计调整零位,下图中Ra即为零点平衡补偿电阻。

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(4)零点温度补偿:通常采用在桥路某一桥臂中串联一电阻温度系数较大的RNF补偿电阻或纯铜丝、镍丝漆包线的方法来减少温度对零点输出的影响。传感器空载输出基本为零,当传感器的温度变化时,一方面弹性元件、粘结剂、应变计都有不同程度的热胀冷所缩,引起应变计电阻变化;另一方面敏感栅材料的电阻温度系数也会引起应变计电阻变化。这些均会影响到传感器的零点输出,即使采用温度自补偿应变计和全桥接法,由于应变计温度性能分散等原因,温度变化时输出零位多少有些变化,所以要对其进行补偿。具有做法是:先对传感器进行温度试验,得出补偿电阻-零点温度漂移的规律后,按照各个传感器的温度零点漂移值对应的电阻,调整相应桥臂补偿电阻器的阻值。补偿电阻器的阻值可通过公式:

Rt=│R*(U2-U1)│/│250*ac*Uin*(T2-T1)│

计算得到。其中Rt为补偿电阻器电阻值;R为桥臂电阻值;Uin为供桥电压;ac为补偿电阻器的电阻温度系数;U1、U2分别为温度T1、T2时的零点输出电压。零点温度补偿通常采用补偿丝或结构为摩擦式、切割栅式及短接式的补偿电阻器。

零点温度补偿原理基本和零点平衡补偿相似,只不过需要在模拟温度场下完成。

举例说明,例如(如下图:零点温度补偿示意图Rt),我们设定应变计R1、R3感受亚向应变(负应变)、应变计R2、R4感受拉向应变(正应变)。如果零点输出(以正温为例,正温下的零点输出与常温零点输出差值即为零点温度输出)为正,那么,应该将fg端电阻增大到计算的阻值(即通过打磨的方式将其电阻值增大),然后检测温度零位输出再进行调整,直到零位输出与初始零点一致为止;如果零点输出为负,那么,应该将ef端电阻增大(即通过打磨的方式将其电阻值增大),然后检测温度零位输出再进行调整,直到零位输出与初始零点一致为止。我们推荐采用摩擦式RNF1-AT02的应变计调整温度零点输出,下图中Rt即为温度零点补偿电阻。

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传感器桥路补偿电路原理图(见下图)

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