半桥温度补偿在悬臂梁中的应用

半桥温度补偿在悬臂梁中的应用

定义

半桥温度补偿是悬臂梁式力传感器中常用的电路连接方法。将两个应变片R1、R2分别粘贴在悬臂梁的上下表面（或同一表面的对称位置），并作为电桥的相邻两个桥臂（如R1和R2），另外两个桥臂为固定电阻。当温度变化时，两应变片电阻变化量ΔR_T相同，由于相邻桥臂相减，温度影响相互抵消；当悬臂梁受力弯曲时，上下表面产生相反符号的应变，因此ΔR1和ΔR2大小相等、符号相反，电桥输出为单臂输出的两倍。

作用

• 温度补偿：消除环境温度变化引起的测量误差。
• 灵敏度提升：输出信号加倍，信噪比提高。
• 线性度改善：半桥结构对非线性有抑制作用。

工程理解

设电桥激励电压为$E$，应变片初始电阻均为$R$，灵敏系数为$K$。悬臂梁受力时上下表面应变分别为$\epsilon$和$-\epsilon$，温度引起的电阻变化率为$\alpha \Delta T$。则两应变片电阻变化：

电桥输出（忽略分母中$\Delta R$的高阶项）：

可见温度项$\alpha \Delta T$被完全抵消，输出仅与应变$\epsilon$成正比，且系数为单臂时的两倍。

实际应用中，需确保两应变片处于相同温度场，且粘贴工艺一致。悬臂梁式力传感器常采用此结构实现高精度测量。