影響拉壓力傳感器穩定性的因素有哪些?
2024-06-19
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拉壓力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設計,都必須保證受載后在結構上不產(chǎn)生性能波動(dòng),或性能波動(dòng)很小,為此在測力傳感器設計時(shí),應盡量做到應變區受力單一,應力均勻一致。  

1、拉壓力傳感器的結構

    拉壓力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設計,都必須保證受載后在結構上不產(chǎn)生性能波動(dòng),或性能波動(dòng)很小,為此在測力傳感器設計時(shí),應盡量做到應變區受力單一,應力均勻一致;貼片部位最好為平面;在結構上保證具有一定的抗偏心載荷和側向載荷的能力;安裝力遠離應變區,測量時(shí)應避免載荷支承點(diǎn)的位移。盡管測力傳感器屬于裝配制造產(chǎn)品,但為了保證具有最佳技術(shù)性能和長(cháng)期穩定性,盡可能將它設計成一個(gè)整體結構。

2、彈性元件的金屬材料

     彈性元件的金屬材料對測力傳感器的綜合性能和長(cháng)期穩定性起關(guān)鍵作用。應選擇強度極限和彈性極限高,彈性模量的時(shí)間、溫度穩定性好,彈性滯后小,機械加工和熱處理產(chǎn)生的殘余應力小的材料。有資料表明:只要材料淬火后的塑性好,它在機械加工和熱處理后的殘余應力就小。還要特別重視彈性模量隨時(shí)間的穩定性,要求在測力傳感器使用壽命期間內材料的彈性模具不發(fā)生變化。

3、機械加工與熱處理工藝

     彈性元件在機械加工過(guò)程中,由于表面變形的不均勻產(chǎn)生較大的殘余應力,切削用量越大,殘余應力就越大,磨削加工產(chǎn)生的殘余應力最大。因此應制定合理的加工工藝和規定適當的切削用量。彈性元件在熱處理過(guò)程中,由于冷卻溫度不均勻和金屬材料相變等原因,在芯部和表層產(chǎn)生方向不同的殘余應力,其芯部為拉應力,表層為壓應力。必須通過(guò)回火處理工藝,在其內部產(chǎn)生方向相反的應力,與殘余應力相互抵消,減少殘余應力的影響。


4、電阻應變計與應變粘結劑

     電阻應變計應具有最佳性能,要求靈敏系數穩定性好,熱輸出小,機械滯后和蠕變小,應變量為1000×10時(shí)疲勞壽命可達108,電阻值偏差小,批次質(zhì)量均一性好等。應變粘結劑應具有粘結強度大,抗剪強度高;彈性模量較大且穩定;電絕緣性能好;具有與彈性元件相同或相近的熱膨脹系數;蠕變和滯后小;固化時(shí)膠層體積收縮小等。粘貼電阻應變計時(shí)一定要嚴格控制膠層厚度,因為粘結強度隨膠層厚度的增加而降低。

     這是由于薄的膠層需要更大的應力才能變形,不易產(chǎn)生流動(dòng)和蠕變,界面上的內應力很小,產(chǎn)生氣泡和缺陷的幾率也比較小,應變傳遞性能好,只要防護密封合理就可達到較高的穩定性水平。

5、制造工藝流程

     應變式測力傳感器的工作原理和總體結構決定了,在生產(chǎn)工藝流程中有些工序必須手工操作,人為的因素對測力傳感器的質(zhì)量影響較大。因此必須制定科學(xué)合理并可重復的制造工藝流程,并在其中增加電子計算機控制的自動(dòng)化或半自動(dòng)化工序,盡量減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

6、電路補償與調整

     應變式測力傳感器屬于裝配制造,貼片組橋后就形成了產(chǎn)品,由于內部不可避免的產(chǎn)生一些缺陷和外界環(huán)境條件的影響,測力傳感器的某些性能指標達不到設計要求,因此必須進(jìn)行各項電路補償與調整,提高測力傳感器本身的穩定性和對外部環(huán)境條件的穩定性。完善而精細的電路補償工藝,是提高測力傳感器穩定性的重要環(huán)節。

7、防護與密封

     防護與密封是測力傳感器制造工藝流程中的要害工序,是測力傳感器耐受客觀(guān)環(huán)境和感應環(huán)境影響而能穩定可靠工作的根本保障。如果防護密封不良,粘貼在彈性元件上的電阻應變計及應變粘結劑膠層,都會(huì )吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑,造成粘結強度和剛度下降,引起零點(diǎn)漂移和輸出無(wú)規律變化,直至測力傳感器失效。

     因此有效的防護密封是測力傳感器長(cháng)期穩定工作的根本保證,否則將使各項工藝成果前功盡棄。

8、穩定性處理 (人工老煉試驗)

     提高測力傳感器的穩定性除處理好上述各種因素的影響外,最重要的途徑就是采取各種技術(shù)措施和工藝手段,模擬使用條件進(jìn)行有效的人工老練試驗,盡量多的釋放殘余應力使其性能波動(dòng)減至最小。


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