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眾所周知,對傳感器精度、一致性以及長期穩(wěn)定性的影響囚素很多。一般認為,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、彈性體的設計方法以及機械加工、電阻應變計、應變計的粘貼工藝、各種補償回路、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。國外牌號為2024一T4或2024一T81,2024一T81是在2024一T4的基礎上又進行了190℃的人工時效處理,從而使材料更穩(wěn)定。我國的牌號為LY12。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、一致性以及長期穩(wěn)定性。一般認為,彈性體應具有食好的彈性,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。彈性體材料對傳感器穩(wěn)定性的影響一般認為是由于材料在淬火后存有較大的內(nèi)應力,組織狀態(tài)不夠穩(wěn)定,另外是在機械加工過程中對彈性體材料所增加的應力。

應該指出的是,在近幾年來,由于基礎工業(yè)的不斷技術改造,國產(chǎn)鋁合金材料的性能已有了明顯的改善。我們在同鋁合金原材料生產(chǎn)廠家的合作過程中,通過一系列工藝方面的探索,包括各種熱處理規(guī)范的試驗,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)的計價秤用傳感器為例,其典型的溫度誤差曲線如圖1所示。生產(chǎn)至今,在對2萬個傳感器蠕變性能測試中。在對總量10%傳感器進行溫度靈敏度的抽檢過程中,按照01入IL試驗標準,有95%在溫度誤差最大允差帶內(nèi),100%符合0.0巧%R.O/l0℃的技術指標。

2電阻應變計的影響

電阻應變計是稱重傳感器中的關鍵敏感元件,其本身性能的好壞直接影響到傳感器的性能以及長期穩(wěn)定性。電阻應變計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)。在選擇應變計時一般要考慮的因素有:

a.應變計敏感柵長度

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

作為傳感器等級用的電阻應變計基底,一般有環(huán)氧、改性酚醛、玻璃纖維增強環(huán)氧、玻璃纖維增強酚醛以及玻璃纖維增強聚酞亞

胺。應變計韭底所起到的作用是作為一個載體將敏感箔材固定在其上面,從而方便應變計的安裝,又不易被損壞,起到絕緣的效果,最重要的是其作為傳遞應變的介質(zhì),將彈性體的應變傳遞至敏感箔材。在一定溫度以及應變范圍內(nèi)從底傳遞應變是否精確以及重復性如何是首先要考慮的問題。實際上基底傳遞應變的能力取決于其剪切模量,由于溫度升高將會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,高彈性模量的應變計一般比較脆,柔軟性較差。

(l)無填料基底

無填料的特殊環(huán)氧或者酚醛環(huán)氧基底廣泛的應用于高精度稱重傳感器,因為其具有比較高的剪切模量,而且常溫的流動性非常好,因此可以制作成非常薄的基底。該類應變計的蠕變性能很好,但是,與所有無填料的其它塑性樹脂一樣,隨著溫度的升高其蠕變會增加。過去世界上一些著名應變計制造廠商,如美國微測、RTI、JP等公司都生產(chǎn)這類無填料基底應變計。但是,近幾年來都以玻璃纖維增強型基底替代了無填料的基底。

(2)玻璃纖維增強型基底

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

國的R飛,I以及JP公司等,也開始生產(chǎn)以玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂作基底的應變計。美國的微測公司更是通過選擇玻璃纖維增強的特殊聚酞亞胺薄膜來制作高精度傳感器用的電阻應變計,從而使聚酞亞胺基底應變計只能生產(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,因此操作非常簡單。至于應變計一的密封與否,完全取決于傳感器的制作工藝要求。

密封式應變計除了在操作過程中更能保護應變計免受機械損傷,略微增加應變計的正向蠕變以外,與敞開式應變計的性能是一樣的。

當然在使用敞開式應變計時,更要注意的是清潔工序,因為在焊接應變計引線時,助焊劑有可能殘留在敏感柵的表面,如果清洗不當,則會影響傳感器的長期穩(wěn)定性。

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