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補(bǔ)償電阻器介紹
高精度傳感器除應(yīng)選用高精度應(yīng)變計(jì)外，還須進(jìn)行一系列補(bǔ)償和調(diào)整。R系列補(bǔ)償電阻器是一種粘貼式的可調(diào)整補(bǔ)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(diǎn)輸出、零點(diǎn)溫度漂移等一系列技術(shù)參數(shù)，且具有粘貼容易、調(diào)整方便、與彈性體材料的溫度性能一致、補(bǔ)償精度高等優(yōu)點(diǎn)。
一、補(bǔ)償電阻器的命名規(guī)則
以中航電測(cè)儀器股份有限公司對(duì)補(bǔ)償電阻器的命名規(guī)則舉例如下：
二、補(bǔ)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(bǔ)償。用來改善傳感器的技術(shù)參數(shù)，主要靈敏度溫度補(bǔ)償、靈敏度補(bǔ)償、零點(diǎn)平衡補(bǔ)償、零點(diǎn)溫度補(bǔ)償。下面主要介紹各種補(bǔ)償?shù)姆椒把a(bǔ)償電阻器的選用：
(1)靈敏度溫度補(bǔ)償(亦稱彈性模量補(bǔ)償)：通常采用RNF、RBF系列固定式(或組合式)補(bǔ)償電阻器。當(dāng)傳感器所處環(huán)境的溫度發(fā)生變化時(shí)，傳感器彈性元件的彈性模量和應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)隨之改變，傳感器的靈敏度也因此發(fā)生相應(yīng)的變化，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。為此，高精度傳感器對(duì)這種誤差進(jìn)行補(bǔ)償。具體方法是：在供橋回路中串入補(bǔ)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(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。補(bǔ)償電阻大小可通過公式： Rm=[(S1-S2)*Rin]/{[1+ac*(T1-T2)]*S1-S2}計(jì)算得到。其中Rm為補(bǔ)償電阻器電阻值；S1、S2分別為溫度T1、T2時(shí)的傳感器靈敏度；Rin為溫度T1時(shí)橋路輸入電阻;ac為補(bǔ)償電阻器的電阻溫度系數(shù)。
(2)靈敏度補(bǔ)償：可采用RCF系列補(bǔ)償電阻器或電阻溫度系數(shù)較小的絲材。由于彈性元件材料、加工尺寸以及應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)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(shè)計(jì)稍高于標(biāo)準(zhǔn)值，然后在加工中根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果再把它調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)值。具體方法是：在供橋回路中串入電阻溫度系數(shù)較小的補(bǔ)償電阻器，使傳感器的實(shí)際供橋電壓降低，從而降低傳感器的靈敏度。補(bǔ)償電阻器的阻值大小可通過公式：Rc=(S1-S0)/S0*R計(jì)算得到。其中Rc為補(bǔ)償電阻器電阻值；S1、S2分別為串入Rc前實(shí)測(cè)靈敏度和調(diào)整后要求的標(biāo)準(zhǔn)靈敏度；R為橋路的輸入阻值。
(3)零點(diǎn)平衡補(bǔ)償：通常采用在橋路中某一橋臂上串聯(lián)一電阻溫度系數(shù)較小的RCF補(bǔ)償電阻的方法，使傳感器的應(yīng)變計(jì)橋路在空載時(shí)輸出近似為零，以減少測(cè)量誤差和便于測(cè)量?jī)x表調(diào)零。通常采用結(jié)構(gòu)為摩擦式、切割式或短接式的補(bǔ)償電阻器，它們均可以靈活方便地調(diào)整橋路的零點(diǎn)。摩擦式補(bǔ)償電阻器可采用調(diào)阻研磨粉對(duì)箔柵進(jìn)行打磨調(diào)整電阻值；切割式補(bǔ)償電阻器可通過切割連接?xùn)诺姆椒ㄕ{(diào)整電阻值；短接式補(bǔ)償電阻器則采用短接連接?xùn)诺姆椒ㄕ{(diào)整電阻值。例如(如下圖：零點(diǎn)補(bǔ)償示意圖Ra),我們?cè)O(shè)定應(yīng)變計(jì)R1、R3感受亞向應(yīng)變(負(fù)應(yīng)變)、應(yīng)變計(jì)R2、R4感受拉向應(yīng)變(正應(yīng)變)。如果零點(diǎn)輸出為正，那么，應(yīng)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(shí)檢測(cè)零位輸出，直到零位輸出達(dá)到零為止；如果零點(diǎn)輸出為負(fù)，那么，應(yīng)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(shí)檢測(cè)零位輸出，直到零位輸出達(dá)到零為止。我們推薦采用摩擦式RCF5-AZ04的應(yīng)變計(jì)調(diào)整零位，下圖中Ra即為零點(diǎn)平衡補(bǔ)償電阻。
(4)零點(diǎn)溫度補(bǔ)償：通常采用在橋路某一橋臂中串聯(lián)一電阻溫度系數(shù)較大的RNF補(bǔ)償電阻或純銅絲、鎳絲漆包線的方法來減少溫度對(duì)零點(diǎn)輸出的影響。傳感器空載輸出基本為零，當(dāng)傳感器的溫度變化時(shí)，一方面彈性元件、粘結(jié)劑、應(yīng)變計(jì)都有不同程度的熱脹冷所縮，引起應(yīng)變計(jì)電阻變化；另一方面敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)也會(huì)引起應(yīng)變計(jì)電阻變化。這些均會(huì)影響到傳感器的零點(diǎn)輸出，即使采用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)和全橋接法，由于應(yīng)變計(jì)溫度性能分散等原因，溫度變化時(shí)輸出零位多少有些變化，所以要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。具有做法是：先對(duì)傳感器進(jìn)行溫度試驗(yàn)，得出補(bǔ)償電阻-零點(diǎn)溫度漂移的規(guī)律后，按照各個(gè)傳感器的溫度零點(diǎn)漂移值對(duì)應(yīng)的電阻，調(diào)整相應(yīng)橋臂補(bǔ)償電阻器的阻值。補(bǔ)償電阻器的阻值可通過公式：
Rt=│R*(U2-U1)│/│250*ac*Uin*(T2-T1)│計(jì)算得到。其中Rt為補(bǔ)償電阻器電阻值；R為橋臂電阻值；Uin為供橋電壓；ac為補(bǔ)償電阻器的電阻溫度系數(shù)；U1、U2分別為溫度T1、T2時(shí)的零點(diǎn)輸出電壓。零點(diǎn)溫度補(bǔ)償通常采用補(bǔ)償絲或結(jié)構(gòu)為摩擦式、切割柵式及短接式的補(bǔ)償電阻器。
零點(diǎn)溫度補(bǔ)償原理基本和零點(diǎn)平衡補(bǔ)償相似，只不過需要在模擬溫度場(chǎng)下完成。
舉例說明，例如(如下圖：零點(diǎn)溫度補(bǔ)償示意圖Rt),我們?cè)O(shè)定應(yīng)變計(jì)R1、R3感受亞向應(yīng)變(負(fù)應(yīng)變)、應(yīng)變計(jì)R2、R4感受拉向應(yīng)變(正應(yīng)變)。如果零點(diǎn)輸出(以正溫為例，正溫下的零點(diǎn)輸出與常溫零點(diǎn)輸出差值即為零點(diǎn)溫度輸出)為正，那么，應(yīng)該將fg端電阻增大到計(jì)算的阻值(即通過打磨的方式將其電阻值增大)，然后檢測(cè)溫度零位輸出再進(jìn)行調(diào)整，直到零位輸出與初始零點(diǎn)一致為止；如果零點(diǎn)輸出為負(fù)，那么，應(yīng)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(cè)溫度零位輸出再進(jìn)行調(diào)整，直到零位輸出與初始零點(diǎn)一致為止。我們推薦采用摩擦式RNF1-AT02的應(yīng)變計(jì)調(diào)整溫度零點(diǎn)輸出，下圖中Rt即為溫度零點(diǎn)補(bǔ)償電阻。
傳感器橋路補(bǔ)償電路原理圖(見下圖)
R1、R2、R3、R4為橋路應(yīng)變計(jì)
Rt為零點(diǎn)溫度補(bǔ)償
Ra零點(diǎn)輸出調(diào)整電阻
Rm靈敏度溫度補(bǔ)償電阻
RL線性補(bǔ)償電阻
V激勵(lì)電壓
E0橋路輸出(或測(cè)量輸出)
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