电阻应变式称重传感器制造基础

电阻应变式称重传感器制造基础,POLCJinRongran,1,目录,10电阻应变式称重传感器的工作原理20电阻应变式称重传感器的构成2.1电阻应变片2.2弹性体（弹性元件，敏感梁）2.2.1立柱式弹性体2.2.2梁式弹性体2.2.3剪应力梁类弹性体2.3检测电路2.4电阻应变式称传感器的构成30电阻应变式称重传感器的主要技术指标40电阻应变式称重传感器的补偿原理50电阻应变式称重传感器制造过程概要,2,10电阻应变式称重传感器的工作原理根据GB/T7551-1997和OIMLR60的定义，说称重传感器是考虑到使用地点重力加速度和空气浮力的影响后，通过把被测量（物体的质量）转换成为另一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。从这儿我们可以知道的是：称重传感器实质上是一个力传感器，这个输入的力就是物体的重力。由重力定律，我们知道，这儿为重力加速度，m即为物体的质量。也就是说，称重传感器把物体的质量m，转换成相应的输出信号了。凡是具有这种能力的力传感器，我们通称之为称重传感器。这儿，没有涉及到传感器的转换原理。如果，这种转换是基于电阻应变片的话，那么我们称此称重传感器为电阻应变式称重传感器。,10电阻应变式称重传感器的工作原理,3,10电阻应变式称重传感器的工作原理,我们把电阻应变式称重传感器的工作原理叙述如下：弹性体（或称弹性元件，敏感梁）在外力（这儿即为物体重力）作用下，产生弹性变形，使得粘贴在它表面的电阻应变片（敏感元件，转换元件），也随同产生变形；电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（可能增大，也可能减小），再经适当的检测电路把这一电阻变化转换为相应的电信号（电压或电流）输出，从而完成了将外力变换成为电信号的过程。,4,20电阻应变片称重传感器的构成,20电阻应变片称重传感器的构成根据前节的电阻应变式称重传感器的工作原理，我们可以知道，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器（若非特别说明，以下均简称传感器，或缩写为SGLC）中不可缺少的三个主要构成部分。下面就此三方面给出简要论述。21电阻应变片：把一根电阻丝机械地布置，固定在一片有机材料制成的基底上，即成为一片电阻应变片。对电阻应变片来说，我们最关心的一个技术参数是灵敏系数K值，它的物理意义在于，它感受到了应变后，它的阻值会有多大变化。,5,21电阻应变片,在这儿我们要给出两个物理概念：电阻的相对变化率和电阻丝的相对伸长率。先说电阻的相对变化率：设有两个电阻，R1=100，R2=1000，它们的阻值假如均变化了1，那么我们能否说，R1和R2的阻值变化情况是一样的呢？显然，说是一样的是很不全面的，因为它们的原始阻值不一样；所以，我们引进了一个电阻变化率的概念，即单位电阻的阻值变化。用数字式表达为：对R1来说，R=1，R1=100，R/R1=1%对R2来说，R=1，R2=1000,R/R2=0.1%可见用R的多少，及R/R两个数值来描述阻值的变化就全面得多了。,6,21电阻应变片,再来说一说相对伸长（压缩）率：设有两根电阻丝，它的长度l1=100mm和l2=1000mm，若在外力作用下，它们均伸长了1mm，那么我们能否说它们的伸长是相同的呢？显然，说它们相同是很不全面的，因为它们的原始长度不同；所以，若我们引进一个相对伸长率的概念，其含义为电阻丝单位长度的伸长，用它和绝对伸长一起来说明电阻丝的伸长，就全面得多了。用数字式来表达为l/l对l1来说l=1mm,l1=100mm,l/l1=1%,对l2来说l=1mm,l2=1000mm,l/l2=0.1%,7,21电阻应变片,现在我们来讨论一下，灵敏系数K的含义。设有一根金属电阻丝，如图一所示。其长度为l，横截面是半径为r的园形，横截面面积记作S，其电阻率记作，这种材料的泊松比是。,这根电阻丝未受外力作用时，它的阻值为：,8,21电阻应变片,当它的两端受F力作用时，它将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长了l；其横截面的面积将会缩小，即它的横截面园半径减少r；此外还可以证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作。对（1）式求全微分，即可求出电阻丝，在各参数变化后，它的阻值改变了多少，我们可有：（2）式除以（1）式，得到：,9,21电阻应变片,另外，我们知道导线的横截面面积S=r2则S=2r.r，所以由材料力学，我们知道其中负号表示l伸长时，半径方向是缩小的，其比例关系是倍，是材料的泊松系数，用来表示横向效应的。,10,21电阻应变片,把（5）式，（4）式代入（3）式，有其中（6）式说明了电阻应变片的阻值相对变化（R/R）和电阻丝长度相对变化（l/l）之间的关系。K值，我们称之为电阻应变片的灵敏系数。,11,21电阻应变片,在这儿，需要说明的是：灵敏系数K值的大小是由制作金属电阻丝的材料的性质决定的一个常数；从上面的推导中，可以看出它和应变片的形状，尺寸大小无关。不同的材料，K值一般在1.73.6之间，我们常用的应变片是由鏮铜制作的，它的K值约在2.02.1之间。灵敏系数K值是一个无因次量，即它没有量纲（或称物理单位）它仅仅表示电阻应变片中电阻丝的长度相对变化引起的电阻相对变化的大小，多少而已。对未掌握微分知识的人而言，上述推导，也可以电阻丝伸长后，横截面面积缩小后，电阻率变化后的电阻丝阻值为R=(+).(l+l)/.(r-r)2来求出R/R和l/l的关系这儿就不再多说了。,12,21电阻应变片,在材料力学中，单位长度的伸长l/l称作应变，记作，但用它来表示弹性变形（外力消失后要恢复到原尺寸的变形）是显得太大了，很不方便，常常用它的百万分之一（10-6）作为单位，记作，这样，式（6）可写作,（8）式是一个很重要的公式，在传感器设计阶段，常常用它来估算它的输出信号的大小。,13,21电阻应变片,电阻应变片有很多品种：如丝式片，箔式片，半导体应变片和薄膜式应变片，它们各有各的特点，有兴趣的同仁可以找些相关资料看看。而我们公司所采用的是箔式片和半导体应变片，箔式应变片在我们公司中采用的有单轴片和双轴片两种，半导体应变片则是用于非线性补偿中作为补偿片使用的；双轴片又分羽毛片（用于剪梁式传感器）和泊松片（用于柱式传感器）。电阻应变片的基底材料也有多种，多见的是用有机材料制作的如纸基片，环氧基底片，酚醛基底片，酚醛环氧增强基底片，聚酰亚胺基底片等。电阻应变片的丝栅材料，也有很多种，最常见的有鏮铜和卡玛合金；也有镍铬锰硅合金及镍铬合金的。,14,21电阻应变片,近年来，电阻应变片的工艺水平取得了很大的进展。温度自补偿型应变计已经全面推广使用；应变片的形状，阻值大小，丝栅长度均有了长足进步，并且仍在不断进步。一个明显的例子就是HBM-SCHENCK公司的RT型传感器所采用应变片，它每片有两个电阻组成，每个电阻阻值可达4000，因此，做成传感器后，最高可施加200伏桥路电压，从而使输出信号达到570mv。若没有高超的应变片制造技术，这是很难达到的。,15,22弹性体（弹性元件，敏感梁）,22弹性体（弹性元件，敏感梁）弹性体通常是一个有特殊形状的结构件。它的主要功能，或者说，它的必需具备的基本功能有两个：首先，它要承受传感器所受的外力，并对此外力产生反作用力，从而达到相对静平衡；其次，要求它在承受外力，产生变形时，能在某部位形成一个符合预计要求的高品质的应变场区，从而使粘贴在此部位的电阻应变片能比较理想地完成应变电信号的转换任务。弹性体的结构是多种多样的，但从电阻应变片所测量的对象来区分，常见的有二类：正应力类，如立柱式（GD系列传感器）和梁式（MT系列传感器），以及剪应力类传感器（SB系列传感器）。下面以我公司的产品为例大致解释一下。,16,221立柱式弹性体,221立柱式弹性体它是最早使用的应变弹性元件，一般它由一个柱状元件组成，也常见采用棱柱和中空园筒的，也有做成方柱的。它的数学计算模型最简单，就是虎克定律：=E在这儿，即为正应力，即为应变量，E是所用材料的杨氏模量，也称弹性模量，在温度稳定时，它是一个常数。所谓正应力，意指变形发生的方向和施加的外力的方向一致。要注意的是，这里的是应力是指单位截面上受的力，所以其单位是KN/mm2；是应变，它的含义和前节所述相同，即单位长度的伸长（或缩短），以(10-6)为计算单位。若把立柱设计成带有支承结构或力引入装置，它可以制成拉式，压式或拉压两用的传感器。制作柱式弹性体时，为了使应变区产生接近理想状态的正应力，通常柱的长度，要是其最大横截面线径的四至五倍。当负荷较大时，弹性元件的横截面积较大，致使中心部分热处理时不易淬透，所以往往立柱做成园筒式；反之，若负荷较小时，若采用园柱式，则直径很小，致使贴片困难它本身的抗侧向载荷能力也变差，所以也要求立柱做成园筒式。,17,221立柱式弹性体,立柱式弹性体为了贴片方便，也为了贴片质量，往往把立柱做成棱柱的形状。当然为了避免上述缺点，一般立柱式弹性体不使用于小容量的传感器中。立柱式弹性体，本身的结构会带来几个缺点：第一是在外力作用下，横向应变仅为纵向应变的0.3倍左右，因此，横向应变片的电阻相对变化较小，导致桥路输出信号也较小；其二是线性稍差，除上述原因外，还因为弹性体变形过程中截面积的变化引起负荷应变特性非线性；第三是立柱式弹性体对偏心，侧向负荷比较敏感；第四是外形较高。为了克服这些缺点，需要采用线性补偿技术来改进传感器的线性，并同时采用双层膜片结构来提高传感器的抗偏心，侧载的能力。可喜的是，目前这些措施均已取得了很好的效果。,18,222梁式弹性体,222梁式弹性体：梁式弹性体是变种最多的弹性体之一，我们公司的产品MT系列、IL系列、AMI系列、BMI系列、MTB系列，均属于这一类。为了说明它们的工作原理，我们先了解一下单悬臂梁。参看图二,19,222梁式弹性体,在图二（a）中，当力P施加到该方板上时，该板将会发生弯曲。弯曲时，很明显，它的上表层将会处处受到拉伸；相反，它的下表面将会处处受到压缩；从而表现为整块板的弯曲。很明显，P力愈大，板的弯曲会越厉害；若P力不变，板的厚度越厚，宽度愈宽，板的弯曲愈小；反之，则愈大。可见，板的弯曲程度的大小，是由板的结构决定的。从而为了描述板的这种性质，我们为它引进一个抗弯强度的概念。也可称之为抗弯截面的模量W，它只和板的尺寸有关。对横截面为矩形的板来说：（参看图二(b)）,20,222梁式弹性体,从图中可以看到，板上两点，a,b，由于它们到P的力点距离不同，所以力矩也不同，从图二（b）中可见到为Ma,Mb，但它们的抗弯截面模量W是一样的，所以a,b两处的弯曲程度是不同的，即a,b两处表面的拉伸程度是不同的，由于MaMb，所a处变形比b处大。可以求得我们把图二（b）中的M图称之为弯矩图，Q称之为剪力图。我们只要求出某一截面的抗弯模量和该截面上的弯矩，就可求出该处表面的变形量。,21,222梁式弹性体,我们公司采用的梁式结构的弹性体，最后均可简化到上述悬臂梁的形式，它们最终的区别在于二点。首先是由于它相当于多个梁共同承受一个力，所以简化后，起作用的力只是P的一部分；其次是由于机械加工的原因，它的横截面不是处处相同的矩形，而是一个变截面梁，其抗弯模量是不相同的。但是，式（10）表达的关系还是一样的。也就是说，我们能找出一个截面上的弯矩M和抗弯模量W后，仍可求出该截面所处位置表面的值。下面举一个例子，来予以说明。设有一梁如图三所示,22,222梁式弹性体,从图中可见，梁的表面a,b，所处位置的梁厚度是不同的，（宽度设计得相同）所以它的抗弯模量不同，分别应为和；,同时，a、b两处截面的弯矩也分别为Ma和Mb，所以在这儿需要说明的是梁的右段的弯矩和左段的弯矩方向相反，即，在a、b处若为拉伸，在c、d处即表现为压缩。即和将取负值。（的负值即表示缩短）,23,2.2.3剪应力梁类弹性体,2.2.3剪应力梁类弹性体剪应力梁弹性体是我公司传感器类产品中采用的主流弹性体，从1989年公司传感器生产线投入使用以来，SB类系列传感器一直处于主导地位。我们仍从悬臂梁出发来研究一下其工作状况。设有一实心悬臂梁，如图四（a）所示,24,2.2.3剪应力梁类弹性体,它的受力图，弯矩图，剪应力图如图四（b）所示。从图中可知，在任何截面上，它的剪力的总和Q是一样的，均为P。如果P力的力点从右向左移动，那么悬臂梁力点左边梁的任何截面上的剪力仍保持这一特性。说明，用剪应力弹性体制成的传感器有对力点不敏感的特点。我们现在来解释一下，剪切应力的概念。参看图五，这儿我们唯一的条件是：悬臂梁受力变形后，达到了相对静平衡。,25,2.2.3剪应力梁类弹性体,首先，把悬臂梁的右边一段隔离开来看，如图五（1），它上面作用有一个力P，它本应在力的作用下产生运动，但现在知道它没有运动，所以可以设想还有一个力作用于它，这一单元是从悬臂梁上隔离出来的，所以可以想象是悬臂梁的左段给予了它一个力，作用于此单元的左面，此力的大小应当和P为大小相等，方向相反，所以我们得到了（2）的受力图。请大家注意，我们已把P力按平移法则画在此单元的右面了。（这是合理的，因为我们并未定义隔离下的单元是哪一块材料，它是悬臂梁上的任何一块，任意小的一块，以下分析均可成立）。,26,2.2.3剪应力梁类弹性体,其次，我们知道此单元在P和P的作用下，它虽可无平移，但它应该发生转动，因为P和P大小相等，方向相反，但作用线是平行的，是一个力偶矩。然而，实践告诉我们，此单元处于静止状态，它即未移动，也未转动。所以我们有理由相信，一定还另有一力偶施加于此单元，从而使其保持静平衡状态，并且，我们考虑到该单元受到的力，应该是它的“邻居”作用于它的，所以也应该作用于该单元的外表面。由此，我们知道，此力也是一个力偶，作用于它的上下表面，作用方向与P-P力偶相反。因而，我们得到（3）的受力图。在P-P和N-N的作用下，该单元应发生如图五（4）的变形，P-P和N-N的合力，表现为图中的1和3。从图中，很明显，在45度的方向上，单元受到了压缩，在135度的方向上，单元受到了拉伸。若我们如图四（a）中所示，贴上羽毛片G，那么，此片的上半部分将要受到压缩，而下半部分将要受到拉伸。以上，即为剪应力梁类弹性体的工作原理。,27,2.2.3剪应力梁类弹性体,大多数情况下，我们在梁上加工了盲孔，把应变片贴到盲孔底部，这不影响以上的受力分析，其目的是为了改善剪应力在横截面上的分布状况，使变形更明显，更集中，从而使应变片的相对电阻变化（参看式（8）更大；另外，也更便于传感器制作中，对应变片提供各种保护。称重传感器的弹性体结构形式很多，但多数传感器的工作原理立足于以上三种结构或是它们的组合。另外还有二种结构很重要，一种是板环式弹性体，它面广量大，但多见于测力传感器，现在也用来制作称重传感器；还有一种即是扭环式弹性体，它是申克公司制作的RNT型传感器的弹性体，它原本也是作为一种力传感器而问世的，并且由于它的力值精度高，一直作为国际上力值比对的媒介使用。,28,2.3检测电路,现在各种称重传感器中，采用的检测电路大都为惠斯顿电桥的变形。它的功能是把电阻应变片感受到应变后，产生的电阻变化转变为电压信号输出。惠斯顿电桥有四个桥臂若只有一个桥臂的电阻阻值发生变化，则我们常称之为四分之一桥；若有两个桥臂的阻值发生变化，我们常称之为半桥；若四个桥臂的阻值均发生变化，那么，我们就称之为全桥。因为全桥式等臂惠斯顿电桥的灵敏度高，各臂参数一致，容易抑制各种干扰，所以在称重传感器中，得到了广泛的应用。下面给出一个简单的分析。,29,2.3检测电路,如图六所示。四个电阻R1，R2，R3，R4如图联接，在AC上加入激励电压Vi，我们来观察输出电压V0有多大。,30,2.3检测电路,若我们认为V0=0时，称之为电桥平衡，那么，电桥平衡的条件是R2R4-R1R3=0，即R2R4=R1R3。也就是说，只要电桥二对边阻值的乘积相等，那么，电桥就平衡了，它的输出等于零。上面所说的是任意的惠斯顿电桥均有的特性。但称重传感器中采用的多为等臂电桥，即四个桥臂的初始阻值是相同的，即R1=R2=R3=R4，也就是说，阻值若不发生变化，V0=0。现在，我们让桥臂在原始阻值都相等的条件下，各有一个小的增量加减（见图六中R下面括弧中所示。并把它们在（13）式中表达出来。）这就是全惠斯顿电桥输出和输入（激励电压）的关系。V0和R是线性关系。,31,2.3检测电路,如果，在桥中，只有一个桥臂的阻值有变化，即是四分之一桥的话，可推得V0将会减小到四分之一，并出现较大的非线性。如果，在桥中，有二个桥臂的阻值发生变化，即所谓半桥的话，可推得V0将会减小到二分之一，并随着不同的桥臂组合而出现非线性较大或较小的两种情况。若是R2增加R，R1减小R，则V0和R之间有较好的线性；若是其它组合，则会使V0和R之间的线性关系变坏。在前面的叙述中，我们假设了桥的四个臂的初始阻值都相等，并且各个桥臂电阻的变化量的绝对值都相同（均为R）。但在不同结构的称重传感器中，即使各桥臂的初始值相同，它的变化量也不尽相同，例如采用立柱式弹性体的称重传感器和立筒式弹性体的称重传感器即是如此。另有一个要注意的问题是：我们推导中，使用的（11）（12）式，VB和VD是电位，V0是两点之间的电位差。所以要测试V0的值时，使用的测试仪表必须有极高的输入阻抗，因为此仪表跨接在BD之间，它的接入将会影响式（11）和（12）的准确性。,32,2.4电阻应变式称重传感器的构成,2.4电阻应变式称重传感器的构成下面，我们把前面各主要部分是如何构成一只称重传感器的给予简要说明。我们以剪应力梁弹性体为例，在图四（a）中，我们假设在梁的前后各贴有一片羽毛片G和G，它们的上半部分，算作图六中的R1和R3；它们的下半部分，称作图六中的R2和R4。设此羽毛片的阻值相同，均为2X350，然后，把它们按图六的要求，接成桥路并在相当于A，C的接点上，加上一个直流激励电压10V。我们假设该羽毛片是用鏮铜制成的，它单片的灵敏系数K=2。我们再假设该剪应力梁在P力的作用下，在45度方向上产生1000的压缩变形，在135度方向上产生1000的拉伸变形。现在我们来估算一下这样的一只称重传感器，能把P力转换为多大的电压信号。由（8）式，我们知道，在羽毛片的每一半中，它的阻值均要变化。在拉伸片中（G2，G4，即R2和R4）,33,2.4电阻应变式称重传感器的构成,在压缩片中，它的阻值的相对变化率和变化的绝对值和拉伸片是相同的，只是它的R/R=-0.002,R=-0.7而已.这也正是我们要采用全桥线路的原因。由（14）式，我们知道：,这样，我们把外力P变换成了与它相对应的20mv直流电压。若P值减小，弹性体的变形量变小，变小后，导致R/R变小；R/R变小，导致V0变小，从公式中可见，它们之间是线性关系。我们把（8）式和（14）式合并后，可得到一个非常有用的公式：V0=KVi.(15),34,3.0电阻应变式称重传感器的主要技术指标,3.0电阻应变式称重传感器的主要技术指标为了评价一只称重传感器品质的好坏,我们必须定义一些技术指标,按照这些项目来评定传感器的优劣.目前,流行两种规定技术指标的方法,一种是所谓的分项指标分类方法,一种是OIMLR60的分类方法。前者流行多年,并且适合制造厂商分析生产过程而用,后者是国际法制计量组织(OIML)在60#R中提出的,更适合于使用者选用传感器而用。但是前者沿用多年，熟悉的人多，而且又适合于制造商分析问题，我们公司正是制造商，所以我们仍然来介绍前者。等有机会再来给大家介绍后者。还有一点，需要说明的是，限于时间和篇幅，我们介绍一些主要的技术指标，至于和湿度，偏心，倾斜等等因素有关的指标这里暂且略过。,35,3.1额定输出,3.1额定输出（又称灵敏度或输出灵敏度，或传感器系数）传感器加额定载荷时的输出和无载荷时的输出间的差值。我们从式（14）知道，称重传感器的输出，即V0的大小和所加的激励电压Vi有关，所以额定输出的单位用mv/v来表示。所谓额定载荷是指传感器设计时，预期的称量载荷值。在2、4节的例题中：P若是额定载荷，它的输出是20mv，零负荷时，由于桥路平衡，输出也为零，所以，该传感器的灵敏度为20mv/10v=2mv/v,36,3.2非线性误差L,3.2非线性误差L由空载荷的输出值和额定载荷时的输出值所决定的直线和递增负荷的实测曲线之间的最大偏差与额定输出值的百分比。（见图七）,a：空载荷时的输出值；b：额定载荷时的输出值；直线A：由a、b决定的直线；弧线B：由递增负荷决定的实测曲线；c，d，e线段：不同负荷点的非线性偏差；d线段：非线性偏差中的最大者。,由定义：非线性误差；其中（b-a）为额定载荷输出。我们公司产品的L，一般为（0.020.03）%FS。,37,3.3滞后误差H,3.3滞后误差H从空载负荷逐级加载到额定载荷，然后再逐级卸载。在同一载荷点上，卸载时的输出量和加载时的输出值的差值之最大值，与额定输出值的百分比。（见图八）,弧线A：逐级卸载时得到的实测曲线；弧线B：逐级加载时得到的实测曲线；线段c，d，e：同一级载荷上，卸载时输出量的差值；d线段：c，d，e中的最大者。,由定义：滞后误差。a，b，（b-a）意义同3.2节。我公司的传感器产品的H，一般为（0.020.03）%FS。,38,3.4重复性误差R,3.4重复性误差R在相同的环境条件下，对传感器反复加荷到载定载荷后并卸载。在各次加载中，同一载荷级上输出值间的最大差值，与额定输出值的百分比。（参看图九）,弧线A、B、C：反复加载时，各次逐级加载时得到的实测曲线。线段e，f、g：各次加载中，同一载荷级上输出值间的差值。线段f：e，f、g中的最大者，,由定义：重复性误差；a，b，(b-a)意义同3.2节。我们公司的传感器产品的R1一般均在0.01%FS左右。,39,3.5零点输出(零输出),3.5零点输出(零输出)在推荐激励电压下,未加载时传感器的输出值,与额定值输出的百分比.由定义我们公司传感器产品的,一般小于1%FS。3.6蠕变在负荷不变（一般取为额定载荷），其它测试条件也不变的情形下，称重传感器的输出随时间的变化量，与额定输出的百分比。（参看图十）。在检定规程中，观察蠕变发生的时间，一般延续30分钟；做蠕变测试时，所加的载荷一般要大于额定载荷的90%。,40,3.6蠕变,传感器的蠕变有正、负之分，若传感器输出随时间推延而增加，则称为正蠕变；若传感器输出随时间推延而减少，称之为负蠕变。,由定义，蠕变,c的含义见图十，a,b的含义同3.2节我们公司的传感器产品的蠕变为（0.020.03）%FS。,41,3.7绝缘阻抗RJ,3.7绝缘阻抗RJ传感器的桥路及附属电路和弹性体之间的直流阻抗值。我们要说明的是，在传感器贴片，组桥结束后，就可测试绝缘阻抗。但此阻抗值的读数大小和测试时所施加的测试电压有关。当测试电压低的时候，表现的阻抗读数大；反之，测试电压高时，表现的阻抗读数会小些。所以，当给出一个传感器的绝缘阻抗时，同时要注明所加的测试电压值。例如：RJ=20000M（15VDC）。我们公司的传感器产品的绝缘阻抗值，对钢质弹性体的传感器常常大于5000M（在50VDC时）；对铝质弹性体的传感器，RJ虽然会低一些，但也要大于2000M（在50VDC时）。,42,3.8温度对零载荷输出的影响ZOT,3.8温度对零载荷输出的影响ZOT称重传感器所处环境温度的变化引起的零载荷输出的变化。一般以环境温度变化10K时，零载荷输出的变化量与额定输出的百分比来表示这一指标。用数学式来表达a/10K：即表示环境温度变化10K时，零载荷输出a的变化量。（b-a）的含义如前面各节。我们公司的传感器产品的ZOT，一般在（0.020.03）%FS范围内。,43,3.9温度对额定输出的影响ST,3.9温度对额定输出的影响ST称重传感器所处环境温度的变化，引起的额定输出的变化。一般以环境温度变化10K时，额定输出的变化量与额定输出的百分比来表示这一指标。用数学式来表达;这儿(b-a)/10K：即表示环境温度变化10K时，额定输出(b-a)的变化量。(b-a)的含义如前面各节。我们公司传感器产品的ST，一般在（0.020.03）%FS范围内。,44,4.0电阻应变式称重传感器的补偿原理,4.0电阻应变式称重传感器的补偿原理我们在2.4节中，给出了一个称重传感器的例子。当时，我们只是说，把应变片贴在弹性体适当的部位上，然后按图六的要求，把应变片接成电桥，然后，在输入端A、C加上适当的供桥电压，那样以后，当弹性体上受到外物的重力P后，输出端B、D就可以得到与P力成比例的输出电压信号。但是，这一只传感器虽然具有了称重传感器的基本功能，然而，要它达到我们在3.0节，各条中给出的技术指标，却是还差得远呢。为什么会这样呢？因为影响称重传感器的工作的因素很多。所以，要做出一只好的传感器，非要经过多种补偿，才有可能。下面，我们给出几个补偿的原理和方法。,45,4.1零点输出补偿电阻RT,4.1零点输出补偿电阻RT我们在制作称重传感器过程中，总是对同一只传感器上用的一组电阻应变片的一致性作出严格控制，使等臂全桥各臂的阻值尽量相等。然而，任何应变片的阻值总会有一定的离散性，而且贴片工艺也不可能使各片阻值的变化一致。所以，传感器在初始状态下，总是不平衡的，即这种状态的传感器在零载荷时，桥路就有一个相当大的输出。所以我们要对它进行补偿，使零载荷输出控制在允许的范围内。怎样补偿呢？我们已经知道，电桥平衡的条件是：R2*R4-R1*R3=0，所以，我们采用单独调整一个桥臂的阻值的方法，使此式成立。例如，若R2*R4-R1*R30,我们可以在R1或R3的桥臂里串联一个电阻，从而使R2*R4-R1*（R3+RT）=0；或者是R2*R4-（R1+RT）*R3=0成立。当然，我们也可以采取给R2或R4的桥臂并联一个电阻的方法，使R2或R4的阻值减小，从而使R2*（R4/RT）-R1*R3=0成立，或者是（R2/RT）*R4-R1*R3=0成立均可。这两种补偿方法在我公司的产品中均有采用。要注意，做此补偿用的电阻RT必须是低温度漂移的电阻。,46,4.2零点输出的温度补偿电阻RZT,4.2零点输出的温度补偿电阻RZT经过零载荷输出的补偿后，传感器的零载荷输出会达到要求，但它可能会因为各应变片的电阻温度系数不一致；应变片，贴片胶，弹性体的热膨胀系数不匹配；应变片的引出线长度不一致等等原因，使得它们尽管在同一温度环境中，它们的电阻变化仍然不相同，从而使零载荷输出随着环境温度的变化而有较大的变化。这就是所谓的传感器零点温度漂移。零点输出的温度补偿方法，是在桥路的某一桥臂中串入一个对温度敏感的电阻（即该电阻的阻值随温度的变化而发生变化的比率，明显地高于制成应变片的金属材料），这也可以从式（13）中得到解释。假如，在一只称重传感器中，零输出随温度的变化而增大，那就意味着R2*R4随温度的变化比R1*R3大，所以，若在R1或R3桥臂中串入一个大小适当的RZT，使R1*（R3+RZT）或（R1+RZT）*R3随温度的变化增大，使得它和R2*R4同步变大，那么整个桥路就仍可达到平衡了。,47,4.2零点输出的温度补偿电阻RZT,从以上分析，我们可以知道，若能使R2*R4随温度的变化减小，也是可以的。所以，有的人就在相邻的桥臂里（R1和R4）或（R2和R4）预先各放一个RZT，然后，根据实际情况，在两个RZT中的某一个上并联一个低温漂电阻来削弱它的作用，从而达到零点输出温度补偿的目的，也是可以的。这两方法，我们公司都曾经采用过，并且都得到了较好的补偿效果。经过这种补偿后，能达到第3.8节中给出的要求。下面，我们给出一个串联一个小RZT到某桥臂中去的方法中，计算该RZT值的公式（限于时间和篇幅，不给出推导）。,48,4.2零点输出的温度补偿电阻RZT,其中：R：应变片的阻值（）；t1,t2：希望进行补偿的温度范围的上、下限（）；Vot1,Vot2：在温度是t1和t2的传感器零输出的实测值；（mv）Vi：传感器的输入激励电压值（V）；D：零点温度补偿电阻的温度系数（/）；G：电阻应变片的电阻温度系数（/）；一般而言，RZT是要用电阻温度系数大的纯铜或纯镍制成的。,49,4.3弹模补偿（弹性模量补偿，灵敏度温度补偿）电阻RST,4.3弹模补偿（弹性模量补偿，灵敏度温度补偿）电阻RST任何一个人的生活经验都会告诉它，金属材料在环境温度升高时会变软。而我们前面介绍的传感器的弹性体均是金属材料制成的，当环境温度升高时，它们的弹性模量均有所降低。弹性模量降低的结果是在同样的外力下，它会产生更大的变形，由式（15）知道，变形量的增加将会使输出增加，即环境温度的升高，会在同样的外力，同样的激励电压下，输出会增大，这是我们所不希望的。另外，环境温度的变化会引起应变片的灵敏系数变化，而应变片灵敏系数K的变化，从式（15）中可以看出，也会引起传感器输出的变化。从以上分析可以看出，环境温度的变化，会使传感器的灵敏度发生变化。所以，我们必须对它进行补偿。,50,4.3弹模补偿（弹性模量补偿，灵敏度温度补偿）电阻RST,补偿的方法是：用电阻率高，并且温度系数也大的材料做成补偿电阻RST，接入电桥的输入端回路中，当温度升高时