影響測力傳感器穩(wěn)定性的因素

引言：由一個(gè)或多個(gè)能在受力后產(chǎn)生形變的彈性體，和能感應(yīng)這個(gè)形變量的電阻應(yīng)變片組成的電橋電路（如惠斯登電橋），以及能把電阻應(yīng)變片固定粘貼在彈性體上并能傳導(dǎo)應(yīng)變量的粘合劑和保護(hù)電子電路的密封膠等三大部分組成測力傳感器。

       在受到外力作用后，粘貼在彈性體的應(yīng)變片隨之產(chǎn)生形變引起電阻變化，電阻變化使組成的惠斯登電橋失去平衡輸出一個(gè)與外力成線性正比變化的電量電信號。影響測力傳感器穩(wěn)定性的因素較多，歸納起來主要有：

       測力傳感器的結(jié)構(gòu)

測力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設(shè)計(jì)，都必須保證受載后在結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量作到應(yīng)變區(qū)受力單一，應(yīng)力均勻一致；貼片部位**為平面；在結(jié)構(gòu)上保證具有一定的抗偏心載荷和側(cè)向載荷的能力；安裝力遠(yuǎn)離應(yīng)變區(qū)，測量時(shí)應(yīng)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**技術(shù)性能和長期穩(wěn)定性，盡可能將它設(shè)計(jì)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

       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期穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。應(yīng)選擇強(qiáng)度極限和彈性極限高，彈性模量的時(shí)間、溫度穩(wěn)定性好，彈性滯后小，機(jī)械加工和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力小的材料。有資料表明:只要材料淬火后的塑性好，它在機(jī)械加工和熱處理后的殘余應(yīng)力就小。還要特別重視彈性模量隨時(shí)間的穩(wěn)定性，要求在測力傳感器使用壽命期間內(nèi)材料的彈性模具不發(fā)生變化。

       機(jī)械加工與熱處理工藝

       彈性元件在機(jī)械加工過程中，由于表面變形的不均勻產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，切削用量越大，殘余應(yīng)力就越大，磨削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力**。因此應(yīng)制訂合理的加工工藝和規(guī)定適當(dāng)?shù)那邢饔昧?。彈性元件在熱處理過程中，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(yīng)力，其芯部為拉應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力。必須通過回火處理工藝，在其內(nèi)部產(chǎn)生方向相反的應(yīng)力，與殘余應(yīng)力相互抵消，減少殘余應(yīng)力的影響。

       電阻應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變粘結(jié)劑

       電阻應(yīng)變計(jì)應(yīng)具有**性能，要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好，熱輸出小，機(jī)械滯后和蠕變小，應(yīng)變量為1000×10-6時(shí)疲勞壽命可達(dá)108，電阻值偏差小，批次質(zhì)量均一性好等。應(yīng)變粘結(jié)劑應(yīng)具有粘結(jié)強(qiáng)度大，抗剪強(qiáng)度高；彈性模量較大且穩(wěn)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(shù)；蠕變和滯后小；固化時(shí)膠層體積收縮小等。粘貼電阻應(yīng)變計(jì)時(shí)一定要嚴(yán)格控制膠層厚度，因?yàn)檎辰Y(jié)強(qiáng)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(yīng)力才能變形，不易產(chǎn)生流動(dòng)和蠕變，界面上的內(nèi)應(yīng)力很小，產(chǎn)生氣泡和缺陷的幾率也比較小，應(yīng)變傳遞性能好，只要防護(hù)密封合理就可達(dá)到較高的穩(wěn)定性水平。

       制造工藝流程

       應(yīng)變式測力傳感器的工作原理和總體結(jié)構(gòu)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。因此必須制訂科學(xué)合理并可重復(fù)的制造工藝流程，并在其中增加電子計(jì)算機(jī)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。

       電路補(bǔ)償與調(diào)整

       應(yīng)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(nèi)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(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此必須進(jìn)行各項(xiàng)電路補(bǔ)償與調(diào)整，提高測力傳感器本身的穩(wěn)定性和對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性。完善而精細(xì)的電路補(bǔ)償工藝，是提高測力傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。

       防護(hù)與密封

       防護(hù)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環(huán)境和感應(yīng)環(huán)境影響而能穩(wěn)定可靠工作的根本保障。如果防護(hù)密封不良，粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變粘結(jié)劑膠層，都會(huì)吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑，造成粘結(jié)強(qiáng)度和剛度下降，引起零點(diǎn)漂移和輸出無規(guī)律變化，直至測力傳感器失效。

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

       穩(wěn)定性處理 （人工老煉試驗(yàn)）

       提高測力傳感器的穩(wěn)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(yàn)，盡量多的釋放殘余應(yīng)力使其性能波動(dòng)減至最小。