[实用新型]一种温度自补偿应变计

说明书

技术领域

本实用新型属于传感技术领域，具体涉及一种在变温，尤其是有温度梯度，环境下精确测量应力或应变的应变计。

背景技术

应变计在结构应力测量及制作各种物理量(力、重力、压力、位移、加速度及扭矩)传感器等方面获得了广泛的应用，现代应变计技术普及于航天、航空、原子能、化工、机械、建筑、交通运输以及生物工程等各个领域。然而，大部分应变计对温度都非常敏感，且由温度引起的干扰输出(温度效应)和应变输出量大致在一个数量级内。最常用的温度补偿方式是使用至少两个相同的应变计组建Wheatstone电桥；另一种方式则是在应变计附近布置温度传感器，并根据温度传感器的数据对应变计的输出进行修正。在工程应用中，这两种方法也可结合起来使用。

但上述方法仅在固定温度环境才有较好的温度补偿效果。在变温环境，尤其是有温度梯度的情况下，各分立元件因存在一定的温差，故会导致较大的零点漂移和测量误差。例如，在进行高超声速风洞试验时，高温气体会加热气动模型并将热量传递到模型内部的应变天平上，由于每次试验的模型攻角、气体温度、气体流量等均可能不同，故应变天平的温度及温度梯度都会变化。在此种情况下，上述的两种温度补偿方法都不能很好的抑制应变计的温度效应。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种温度自补偿型应变计，该类应变计能够克服上述方法的缺陷并且能够通过自身结构对温度效应进行自补偿；该类应变计能够直接输出与应变成比例的电压信号；应变计材料本身的电阻温度效应，以及应变计与测试件间的温度膨胀系数差异，均与该类应变计的输出无关，即该类应变计的输出仅与测试件的应变相关。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种温度自补偿应变计，包括基底及基底上相互正交设置的四个电极和四个敏感栅，所述的四个敏感栅由四个尺寸相同、厚度均匀且各向同性的敏感栅箔材构成；所述的四个敏感栅相互连接构成Wheatstone电桥，电桥中两个相邻敏感栅构成一路电流通道，四个敏感栅相互连接构成四路电流通道；所述的四路电流通道分别与四个电极连接。

所述的四个敏感栅均为正方形，并且相互连接组成正方形的形状。

所述的四个敏感栅均为扇形，并且相互连接组成圆形的形状。

所述的电极和敏感栅通过粘贴、溅射、沉积、离子注入或扩散的方式设置在所述的基底上。

一种温度自补偿应变计，包括基底及基底上设置的两层敏感栅，每层敏感栅含有两个敏感电阻，两层敏感栅间由一层绝缘层隔开；所述的四个敏感电阻的尺寸相同且由相同的敏感栅箔材制成；所述的两层敏感栅交错90°叠加，并且在空间上能够完全重合。

一种温度自补偿应变计，包括基底及基底上设置的四层敏感栅，每层敏感栅含有一个敏感电阻，每两层敏感栅之间由一层绝缘层隔开；所述的四个敏感电阻的尺寸相同且由相同的敏感栅箔材制成；所述的四层敏感栅交错90°叠加，并且在空间上能够完全重合。

以上所述的敏感栅箔材为金属应变电阻合金、半导体材料或金属氧化物。

本实用新型的显著效果在于：

1.无需复杂的温度补偿手段，仅通过加工工艺和材料的一致性以达到很好的温度补偿效果；

2.由于其自身可以补偿温度影响，故敏感栅材料的选择不受材料本身的温度特性限制；

3.制作工艺简单，由于仅改进了敏感栅结构，故可以采用常规应变计的成熟制作工艺。

4.所述应变计可直接输出电压信号。

附图说明

图1为一种温度自补偿应变计的结构示意图；

图2为图1所示应变计的使用方法示意图；

图3为一种可用于测量压力的圆形温度自补偿应变计结构示意图；

图4为一种由两层敏感结构组成的温度自补偿应变计的爆炸结构示意图；

图5为一种由四层敏感结构组成的温度自补偿应变计的爆炸结构示意图。

图中：1.应变计基底，2.两层敏感结构间的绝缘层，3～5.四层敏感结构间的绝缘层，10.引线电极，11.直流电压源，12.电压输出信号检测元件，12～15.另一种形状的敏感栅，R1～R4.构成片上Wheatstone电桥的四个敏感栅。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型所述的新型温度自补偿应变计作进一步详细说明。