CN211401070U - 一种基于金属蠕变补偿的特殊应变计及传感器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于金属蠕变补偿的特殊应变计及传感器电路，该应变计包括能串联连接成惠斯通电桥的单个应变计和补偿电阻单元；惠斯通电桥包括依次首尾串联连接的四个应变计，单个应变计为四个应变计中的任一者，四个应变计中除单个应变计外的其他应变计也为特殊应变计，具有对应的补偿电阻单元；四个应变计的四个补偿电阻单元串联形成蠕变补偿等效电阻；每一补偿电阻单元包括一或多个补偿电阻；制版时，单个应变计通过丝栅实现，对应的补偿电阻单元中的补偿电阻紧靠丝栅排布且沿应变计的主应变方向布置在丝栅的两侧。本实用新型可根据测试结果对传感器进行蠕变补偿，对于批量生产高精度小蠕变的传感器提供了新的解决方案。

Description

一种基于金属蠕变补偿的特殊应变计及传感器电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种基于金属蠕变补偿的特殊应变计及传感器电路。

背景技术

应变计(也称应变片)是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。它可以将力、压力、张力、重量等物理量转化为电阻的变化，从而测量这些物理量。当外力作用于固定物体时，就会产生应力和应变。物体内部产生的(对外力的)反作用力即为应力，产生的位移和形变即为应变。

应变计是电气测量技术中最重要的元件之一，用于力学量的测量。金属材料，一旦受到拉伸作用，电阻值会发生变化。用此特性，可以将预先设计好的材料上贴上应变计，因为材料的变形和受到的力或扭矩成正比关系，所以可以将变形用电量测量出来，也就是将力或扭矩通过材料变形和应变计，用电压或电流的形式输出，从而达到测量及后续的自动控制等的应用。

但是应变计中存在的金属蠕变问题不容忽视，蠕变是金属材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间长，它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。传感器在测量时，有许多的场合会涉及到蠕变问题，而蠕变直接会影响到测量的精度/准确性。现在的做法是通过调整应变计丝栅的顶端尺寸，用补偿的办法实现蠕变的控制。但现有做法在批量生产时，不可能对于每一只传感器做调整，只能是重新贴新的不同蠕变补偿的应变计。面对高精度的要求时，难以做到高的成品率。

发明内容

发明目的：针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于金属蠕变补偿的特殊应变计及传感器电路。

技术方案：本实用新型的基于金属蠕变补偿的特殊应变计包括：能串联连接成惠斯通电桥的单个应变计和补偿电阻单元；所述惠斯通电桥包括依次首尾串联连接的四个应变计，所述单个应变计为所述四个应变计中的任一者，四个应变计中除所述单个应变计外的其他应变计也采用所述单个应变计，也具有对应的补偿电阻单元；四个应变计的四个补偿电阻单元串联形成蠕变补偿等效电阻；每一补偿电阻单元包括一或多个补偿电阻；制版时，所述单个应变计通过丝栅实现，对应的补偿电阻单元中的补偿电阻紧靠所述丝栅排布且沿所述应变计的主应变方向布置在所述丝栅的两侧。

进一步地，每一补偿电阻单元包括沿主应变方向对称分布的两个区域，每一区域具有两个引脚和连接两个引脚的连接部，所述连接部呈U形且位于丝栅端部外侧；U形连接部的两个端口分别与对应区域的两个引脚相连，U形连接部的两个平行轴沿主应变方向延伸。

进一步地，两个区域的引脚各自具有条形引出部和块状焊接部。两个区域的引脚的条形引出部相互平行排布且垂直于主应变方向，块状焊接部位于对称的两个U形连接部之间。

进一步地，每一补偿电阻单元的两个区域可串联连接或并联连接。

进一步地，CCG电阻与惠斯通电桥的正输入端+in和负输入端-in串联连接。

进一步地，所述蠕变补偿等效电阻与可更换电阻并联。

本实用新型的基于金属蠕变补偿的传感器电路包括：串联的惠斯通电桥和蠕变补偿等效电阻；所述惠斯通电桥包括依次首尾串联连接的四个应变计；所述蠕变补偿等效电阻由四个补偿电阻单元串联形成，每一补偿电阻单元包括一或多个补偿电阻；所述四个补偿电阻单元与所述四个应变计一一对应；制版时，单个应变计通过丝栅实现，对应的补偿电阻单元中的补偿电阻紧靠所述丝栅排布且沿所述单个应变计的主应变方向布置在所述丝栅的两侧。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型找到一种与现行方法完全不同的原理，通过对应变计的设计进行改造，实现可以根据测试结果再次对传感器进行蠕变补偿的办法，对于批量生产高精度小蠕变的传感器提供了新的解决方案。

附图说明

图1为包括本实用新型的金属蠕变补偿的特殊应变计的传感器电路的示意图；

图2为本实用新型的特殊应变计的制版示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型做更详细的说明。

本实用新型的特殊应变计包括能串联连接成惠斯通电桥的单个应变计和补偿电阻单元。如图1，惠斯通电桥包括依次首尾串联连接的四个应变计T1、C1、 T2、C2，该单个应变计为四个应变片中的任一者，且四个应变计中除所述单个应变计外的其他应变计也为此特殊应变计，也具有对应的补偿电阻单元。四个应变计的四个补偿电阻单元串联形成蠕变补偿等效电阻CCG。每一补偿电阻单元包括一或多个补偿电阻(图2的实施例中设置为两个补偿电阻，其他实施例中可以根据实际情况进行设定)。四个补偿电阻单元中的八个补偿电阻可以串联在惠斯通电桥的正输入端+in与第一和第四应变计T1、C2的连接点之间，也可以串联在惠斯通电桥的负输入端-in与第二和第三应变计C1和T2的连接点之间，甚至也可以串联在惠斯通电桥的正输入端+in与第一和第四应变计T1、C2的连接点之间以及惠斯通电桥的负输入端-in与第二和第三应变计C1、T2的连接点之间。

如图2，制版时，四个应变计T1、C1、T2、C2与四个补偿电阻单元一一对应。每一应变计通过丝栅实现，该丝栅沿该应变计的主应变方向对称分布，且丝栅两端分别通过引脚引出。对应的补偿电阻紧靠该丝栅排布，且包括沿主应变方向对称分布的两个区域，每一区域具有两个引脚(即图1中的CCG1和CCG2，或CCG3和CCG4)和连接两个引脚的连接部。该连接部呈U形且位于丝栅端部外侧。U形连接部的两个端口分别与对应区域的两个引脚相连，U形连接部的两个平行轴沿主应变方向延伸。此外，丝栅的引脚和补偿电阻的两个区域的引脚各自具有条形引出部和块状焊接部。其中，丝栅和对应补偿电阻两个区域的条形引出部相互平行排布且垂直于主应变方向，块状焊接部位于对称的两个U形连接部之间。可以根据实验情况将这两个区域串联连接或并联连接，从而方便对补偿电阻CCG的阻值进行微调，以实现所需的金属蠕变补偿。

如图1，蠕变补偿等效电阻CCG还与可更换电阻RS3并联。在实际应用中，可以根据测试结果中传感器的具体蠕变表现，对电阻RS3进行更换，以实现所需的金属蠕变补偿。

此外，如图1所示，应变式传感器还包括第一和第二弹性模量补偿电阻，用于补偿金属弹性模量随温度的变化。第一弹性模量补偿电阻由两个电阻RS1和 RN1并联而成，位于正输入端+in与第一和第四应变片T1、C2的连接点之间。第二弹性模量补偿电阻由两个电阻RS2和RN2并联而成，位于负输入端-in与第二和第三应变片C1、T2的连接点之间，且与蠕变补偿等效电阻CCG串联。工作原理：根据金属蠕变的特性，在传感器工作时，蠕变补偿等效电阻CCG电阻会随时间延长而变大，这就使得加在应变计桥的桥压随时间变小，从而实现传感器输出随时间延长而变小，也就是说，调整了传感器的蠕变。再结合测试结果中传感器的具体蠕变表现，通过更换电阻RS3或补偿电阻中两个区域的连接关系，可以对蠕变表现进行微调。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变(例如更改应变片栅丝的角度或形状)，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，包括能串联连接成惠斯通电桥的单个应变计和补偿电阻单元；所述惠斯通电桥包括依次首尾串联连接的四个应变计，所述单个应变计为所述四个应变计中的任一者；四个应变计中除所述单个应变计外的其他应变计也采用所述单个应变计，也具有对应的补偿电阻单元；四个应变计的四个补偿电阻单元串联形成蠕变补偿等效电阻；每一补偿电阻单元包括一或多个补偿电阻；制版时，所述单个应变计通过丝栅实现，对应的补偿电阻单元中的补偿电阻紧靠所述丝栅排布且沿所述应变计的主应变方向布置在所述丝栅的两侧。

2.根据权利要求1所述的基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，每一补偿电阻单元包括沿主应变方向对称分布的两个区域，每一区域具有两个引脚和连接两个引脚的连接部，所述连接部呈U形且位于丝栅端部外侧；U形连接部的两个端口分别与对应区域的两个引脚相连，U形连接部的两个平行轴沿主应变方向延伸。

3.根据权利要求2所述的基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，所述两个区域的引脚各自具有条形引出部和块状焊接部。

4.根据权利要求3所述的基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，两个区域的引脚的条形引出部相互平行排布且垂直于主应变方向，块状焊接部位于对称的两个U形连接部之间。

5.根据权利要求2所述的基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，每一补偿电阻单元的两个区域可以串联连接或并联连接。

6.根据权利要求1所述的基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，CCG电阻与惠斯通电桥的正输入端和负输入端串联连接。

7.根据权利要求6所述的基于金属蠕变补偿的特殊应变计，其特征在于，所述蠕变补偿等效电阻与可更换电阻并联。

8.一种基于金属蠕变补偿的传感器电路，其特征在于，包括串联的惠斯通电桥和蠕变补偿等效电阻；所述惠斯通电桥包括依次首尾串联连接的四个应变计；所述蠕变补偿等效电阻由四个补偿电阻单元串联形成，每一补偿电阻单元包括一或多个补偿电阻；所述四个补偿电阻单元与所述四个应变计一一对应；制版时，单个应变计通过丝栅实现，对应的补偿电阻单元中的补偿电阻紧靠所述丝栅排布且沿所述单个应变计的主应变方向布置在所述丝栅的两侧。

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