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眾所周知,對(duì)傳感器精度、一致性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響囚素很多。一般認(rèn)為,主要影響因素有傳感器彈性體材料、彈性體材料的熱處理規(guī)范、彈性體的設(shè)計(jì)方法以及機(jī)械加工、電阻應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變計(jì)的粘貼工藝、各種補(bǔ)償回路、密封等等。

1彈性體材料的影響

制作中、小量程稱重傳感器的彈性體材料,一般都選用硬鋁合金。國(guó)外牌號(hào)為2024一T4或2024一T81,2024一T81是在2024一T4的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了190℃的人工時(shí)效處理,從而使材料更穩(wěn)定。我國(guó)的牌號(hào)為L(zhǎng)Y12。LY12一CZ狀態(tài)基本上相似于2024一T4。鋁合金材料是一種低彈性模量的材料,因此作為中、小量程傳感器的彈性體還是具有足夠大的幾何尺寸,從而保證具備足夠的剛性。彈性體是傳感器的關(guān)鍵元件,彈性體材料的性能直接影響到傳感器的精度、一致性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。一般認(rèn)為,彈性體應(yīng)具有食好的彈性,彈性模量的分散小、彈性模量的溫度系數(shù)小且穩(wěn)定,金相組織穩(wěn)定,加工性能好等等。彈性體材料對(duì)傳感器穩(wěn)定性的影響一般認(rèn)為是由于材料在淬火后存有較大的內(nèi)應(yīng)力,組織狀態(tài)不夠穩(wěn)定,另外是在機(jī)械加工過(guò)程中對(duì)彈性體材料所增加的應(yīng)力。

應(yīng)該指出的是,在近幾年來(lái),由于基礎(chǔ)工業(yè)的不斷技術(shù)改造,國(guó)產(chǎn)鋁合金材料的性能已有了明顯的改善。我們?cè)谕X合金原材料生產(chǎn)廠家的合作過(guò)程中,通過(guò)一系列工藝方面的探索,包括各種熱處理規(guī)范的試驗(yàn),目前所提供的鋁材從金相結(jié)構(gòu)、彈性模量的分散、彈性模量的溫度系數(shù)等各方面已完全能達(dá)到制作高精度、高穩(wěn)定性傳感器的要求。

以本公司生產(chǎn)的計(jì)價(jià)秤用傳感器為例,其典型的溫度誤差曲線如圖1所示。生產(chǎn)至今,在對(duì)2萬(wàn)個(gè)傳感器蠕變性能測(cè)試中。在對(duì)總量10%傳感器進(jìn)行溫度靈敏度的抽檢過(guò)程中,按照01入IL試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),有95%在溫度誤差最大允差帶內(nèi),100%符合0.0巧%R.O/l0℃的技術(shù)指標(biāo)。

2電阻應(yīng)變計(jì)的影響

電阻應(yīng)變計(jì)是稱重傳感器中的關(guān)鍵敏感元件,其本身性能的好壞直接影響到傳感器的性能以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。電阻應(yīng)變計(jì)的組成一般為敏感柵材料金屬箔材、基底、表面覆蓋層以及引線(如果需要)。在選擇應(yīng)變計(jì)時(shí)一般要考慮的因素有:

a.應(yīng)變計(jì)敏感柵長(zhǎng)度

b.應(yīng)變計(jì)的幾何形狀c.應(yīng)變計(jì)系列,即應(yīng)變計(jì)基底材料d.應(yīng)變計(jì)溫度自補(bǔ)償編號(hào),也稱為S一T一Ce.其它選擇包括蠕變標(biāo)號(hào)、引線、密封等等為了所制作的稱重傳感器獲得高精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定以及一致性好,必須從上面幾點(diǎn)出發(fā),選擇高質(zhì)量的應(yīng)變計(jì),缺一不可。在本節(jié)中所著重討論的是應(yīng)變計(jì)的基底材料對(duì)傳感器的影響。

作為傳感器等級(jí)用的電阻應(yīng)變計(jì)基底,一般有環(huán)氧、改性酚醛、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧、玻璃纖維增強(qiáng)酚醛以及玻璃纖維增強(qiáng)聚酞亞

胺。應(yīng)變計(jì)韭底所起到的作用是作為一個(gè)載體將敏感箔材固定在其上面,從而方便應(yīng)變計(jì)的安裝,又不易被損壞,起到絕緣的效果,最重要的是其作為傳遞應(yīng)變的介質(zhì),將彈性體的應(yīng)變傳遞至敏感箔材。在一定溫度以及應(yīng)變范圍內(nèi)從底傳遞應(yīng)變是否精確以及重復(fù)性如何是首先要考慮的問(wèn)題。實(shí)際上基底傳遞應(yīng)變的能力取決于其剪切模量,由于溫度升高將會(huì)減小基底材料的剪切模量,因此,高的彈性模量基底在比較高的溫度狀態(tài)下往往呈現(xiàn)出比較好的性能,但是,高彈性模量的應(yīng)變計(jì)一般比較脆,柔軟性較差。

(l)無(wú)填料基底

無(wú)填料的特殊環(huán)氧或者酚醛環(huán)氧基底廣泛的應(yīng)用于高精度稱重傳感器,因?yàn)槠渚哂斜容^高的剪切模量,而且常溫的流動(dòng)性非常好,因此可以制作成非常薄的基底。該類應(yīng)變計(jì)的蠕變性能很好,但是,與所有無(wú)填料的其它塑性樹脂一樣,隨著溫度的升高其蠕變會(huì)增加。過(guò)去世界上一些著名應(yīng)變計(jì)制造廠商,如美國(guó)微測(cè)、RTI、JP等公司都生產(chǎn)這類無(wú)填料基底應(yīng)變計(jì)。但是,近幾年來(lái)都以玻璃纖維增強(qiáng)型基底替代了無(wú)填料的基底。

(2)玻璃纖維增強(qiáng)型基底

為了同時(shí)滿足高溫狀態(tài)下的應(yīng)變計(jì)穩(wěn)定性,以及呈現(xiàn)最小的蠕變特性,往往采用對(duì)環(huán)‘氧樹脂、酚醛樹脂或者聚酞亞胺進(jìn)行增弧,即選用玻璃纖維作為填料,從而增加了樹脂的彈性摸量,也改變了應(yīng)變計(jì)的柔軟性。自從美國(guó)BLH公司最初制成了以酚醛玻璃纖維增強(qiáng)的電阻應(yīng)變計(jì)以后,德國(guó)的HBM、PlihPs公司、日本的N加113公司都生產(chǎn)這類應(yīng)變計(jì)應(yīng)用于高精度、高穩(wěn)定性傳感器。美

國(guó)的R飛,I以及JP公司等,也開始生產(chǎn)以玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂作基底的應(yīng)變計(jì)。美國(guó)的微測(cè)公司更是通過(guò)選擇玻璃纖維增強(qiáng)的特殊聚酞亞胺薄膜來(lái)制作高精度傳感器用的電阻應(yīng)變計(jì),從而使聚酞亞胺基底應(yīng)變計(jì)只能生產(chǎn)中等精度傳感器成為歷史,而且這類芯膜厚度均勻性非常好,柔軟性好,因此操作非常簡(jiǎn)單。至于應(yīng)變計(jì)一的密封與否,完全取決于傳感器的制作工藝要求。

密封式應(yīng)變計(jì)除了在操作過(guò)程中更能保護(hù)應(yīng)變計(jì)免受機(jī)械損傷,略微增加應(yīng)變計(jì)的正向蠕變以外,與敞開式應(yīng)變計(jì)的性能是一樣的。

當(dāng)然在使用敞開式應(yīng)變計(jì)時(shí),更要注意的是清潔工序,因?yàn)樵诤附討?yīng)變計(jì)引線時(shí),助焊劑有可能殘留在敏感柵的表面,如果清洗不當(dāng),則會(huì)影響傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

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