温度变化对电桥输出电压的影响

温度变化对电桥输出电压的影响

温度变化对电桥输出电压的影响

定义

在电阻应变式传感器中，应变片电阻值会随温度变化而改变，即使没有机械应变，电桥也会输出非零电压，这一现象称为温度效应。温度变化带来的等效电阻变化包含两部分：

• 电阻率随温度变化（电阻温度系数 $\alpha$）；
• 应变片与试件线膨胀系数不同导致的附加应变（由线膨胀系数差 ${\beta }_s-{\beta }_g$ 引起）。

作用

温度效应会导致测量系统产生温度误差，使输出信号无法准确反映真实应变。在工程中必须通过电路或结构补偿来消除或减小该误差。

工程理解

假设初始平衡电桥四个桥臂均为相同规格应变片，温度变化 $\Delta T$ 后，每个应变片的电阻变化量为：
$\Delta R_t=R_0(\alpha \Delta T+K({\beta }_s-{\beta }_g\left)\Delta T\right)$
其中 $R_0$ 为初始电阻，$K$ 为应变片灵敏系数，${\beta }_s$ 和 ${\beta }_g$ 分别为试件和应变片材料的线膨胀系数。

若只有单个工作应变片（单臂桥），则电桥输出电压为：
$u_o=\frac{E}{4}·\frac{\Delta R_t}{R_0}$
显然，温度变化直接产生输出。为消除此误差，常采用半桥差动（两片工作片，邻臂接入）或全桥方式，使温度引起的电阻变化在相邻桥臂上相互抵消。例如半桥中，两个工作片承受相同温度但应变符号相反，输出仅反映机械应变。