淺析影響稱重傳感器遲滯性的因素

摘要:淺析影響稱重傳感器遲滯性的因素
摘要：作為傳感器的重要特性參數(shù)之一，遲滯性誤差的改善直接影響傳感器的整體誤差，要想能夠準(zhǔn)確控制必須先了解哪些因素起到了影響作用。
關(guān)鍵詞：傳感器 遲滯性 因素 控制 一、遲滯性的定義 靈敏度

以上面的圖形為模型介紹遲滯性的定義：橫軸為載荷，縱軸為靈敏度輸出，在測試傳感器的特性時一般將額定載荷等分成五份，從0到100％逐級加載并讀取相應(yīng)的輸出值，將五個讀數(shù)點連成光滑曲線，這條曲線如圖中粗實線，稱之為加載曲線，也叫進(jìn)程曲線。利用直線插入法計算75％點的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以零點和75％點劃一條直線，圖中點線，這條直線稱為理想直線，加載曲線與理想直線的誤差稱之為非線性誤差。從100％到0分五等份逐級減載，并讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，將這五組數(shù)據(jù)連成光滑曲線，如圖中粗虛線，稱之為減載曲線，也叫回程曲線，減載曲線與加載曲線之間的誤差稱之為遲滯性誤差。 遲滯性誤差反映的是傳感器精度的主要指標(biāo)之一，誤差的大小直接影響計量精度，所以在傳感器的生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制影響遲滯性的各種因素。同時也要保證在安裝傳感器的不同條件下盡量避免影響遲滯性的因素存在。 以下詳細(xì)介紹影響遲滯性的部分因素。 二、影響遲滯性的因素分析 1、原材料 彈性體：任何一種金屬材料，因為其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系的復(fù)雜性，受到外力加壓后在微小晶粒之間產(chǎn)生微應(yīng)變，在外力消失后，微應(yīng)變隨之消失，但是是否完全消失恢復(fù)到原始狀態(tài)，不同的材料則有完全不一樣的表現(xiàn)。在圖1中，我們可以看到加載過程中的應(yīng)變曲線ε1與卸載過程中的應(yīng)變曲線ε2不重合，其差值△=ε2-ε1稱之為遲滯性，差值的大小主要取決于材料本身成分的穩(wěn)定性、均勻性、熱處理后的金相組織等。作為稱重傳感器的關(guān)鍵元件——彈性體對此要求則更為明顯，可以通過不同的熱處理方式提高彈性極限，以減少遲滯性。目前國內(nèi)市場上常用的材料為40CrNiMoA，該種材料經(jīng)過合理的熱處理能取得理想的綜合機械性能。 應(yīng)變計：金屬應(yīng)變計的典型結(jié)構(gòu)為敏感柵，基底，被覆層和引線組成。在傳感器的應(yīng)用中，通過敏感柵的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將彈性體的應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)樽柚底兓鶕?jù)材料本身存在的遲滯性來看，應(yīng)變計本身也存在遲滯性。目前世界上著名的應(yīng)變計廠在制造應(yīng)變計時充分考慮了遲滯性的自補償，使其在傳感器的應(yīng)用中的影響量減到最小。所以在選擇應(yīng)變計時要考慮到這種因素。 密封膠：在傳感器的生產(chǎn)過程中要使用大量的密封膠，主要作用為固定線路和密封。從表面上看，一般在膠固化后是比較軟的，相對彈性體的強度幾乎可以忽略不記。但是對小量程產(chǎn)品，必須要加以考慮。小量程的產(chǎn)品，變形區(qū)相對薄弱，密封膠厚度的影響程度明顯增加。 圖2所示為膠層厚度一定時，遲滯性與量程的變化關(guān)系。函數(shù)關(guān)系近似為： Y=K*e-Xa 式中：Y——傳感器的遲滯性
K——密封膠完全固化后的遲滯性
Xa——傳感器的額定載荷 圖3所示為量程一定時，遲滯性與膠層厚度的變化關(guān)系。函數(shù)關(guān)系近似為： Y=K*（1-e-Xb） 式中：Y——傳感器的遲滯性
K——密封膠的完全固化后的遲滯性
Xb——密封膠的厚度

圖2 圖3

不同品質(zhì)的膠也有不同的表現(xiàn)，如果膠的硬度隨著時間的增加膠層的硬度也發(fā)生變化，則產(chǎn)品的遲滯性也會隨之變化。所以在選用密封膠時一定選擇固化后膠質(zhì)穩(wěn)定的膠。 2、安裝條件 所謂的安裝條件，一方面是指稱重傳感器在安裝特殊配件（如橋式傳感器的底座）的邊界條件。這種邊界條件的影響，在《衡器》雜志上有詳細(xì)的分析說明，如表面狀況，安裝扭力等是最大的影響因素，在這里不作特別說明。另一方面是指稱重傳感器在使用現(xiàn)場的安裝條件，根據(jù)與不同應(yīng)用的客戶研究分析，發(fā)現(xiàn)下列情況影響傳感器或者說是整機的遲滯性，如表面狀況、接觸面積、安裝扭力、螺栓強度、承載面硬度等均會影響。這些影響因素有時會被誤診為傳感器的品質(zhì)不良。 表面狀況：是指秤臺與傳感器的接觸面的質(zhì)量，如粗糙度，平行度等。表面過于粗糙，在長時間使用時會使緊固螺栓松動并影響性能。如果平行度偏大，加載后會使傳感器產(chǎn)生不必要的分力，直接影響產(chǎn)品精度，同時也無法體現(xiàn)傳感器的真實精度。有的企業(yè)為了降低成本直接將一定厚度的鋼板裁成合適的尺寸焊接到秤臺上，不經(jīng)過任何加工處理，使用初期不會有問題，隨著時間的延長精度會越來越差。

來源：http://automation.xinxihua.cn/2006-01/53136.htm