众所周知,对传感器精度、一致性以及长期稳定性的影响囚素很多。一般认为,主要影响因素有传感器弹性体材料、弹性体材料的热处理规范、弹性体的设计方法以及机械加工、电阻应变计、应变计的粘贴工艺、各种补偿回路、密封等等。

1弹性体材料的影响

制作中、小量程称重传感器的弹性体材料,一般都选用硬铝合金。国外牌号为2024一T4或2024一T81,2024一T81是在2024一T4的基础上又进行了190℃的人工时效处理,从而使材料更稳定。我国的牌号为LY12。LY12一CZ状态基本上相似于2024一T4。铝合金材料是一种低弹性模量的材料,因此作为中、小量程传感器的弹性体还是具有足够大的几何尺寸,从而保证具备足够的刚性。弹性体是传感器的关键元件,弹性体材料的性能直接影响到传感器的精度、一致性以及长期稳定性。一般认为,弹性体应具有食好的弹性,弹性模量的分散小、弹性模量的温度系数小且稳定,金相组织稳定,加工性能好等等。弹性体材料对传感器稳定性的影响一般认为是由于材料在淬火后存有较大的内应力,组织状态不够稳定,另外是在机械加工过程中对弹性体材料所增加的应力。

应该指出的是,在近几年来,由于基础工业的不断技术改造,国产铝合金材料的性能已有了明显的改善。我们在同铝合金原材料生产厂家的合作过程中,通过一系列工艺方面的探索,包括各种热处理规范的试验,目前所提供的铝材从金相结构、弹性模量的分散、弹性模量的温度系数等各方面已完全能达到制作高精度、高稳定性传感器的要求。

以本公司生产的计价秤用传感器为例,其典型的温度误差曲线如图1所示。生产至今,在对2万个传感器蠕变性能测试中。在对总量10%传感器进行温度灵敏度的抽检过程中,按照01入IL试验标准,有95%在温度误差最大允差带内,100%符合0.0巧%R.O/l0℃的技术指标。

2电阻应变计的影响

电阻应变计是称重传感器中的关键敏感元件,其本身性能的好坏直接影响到传感器的性能以及长期稳定性。电阻应变计的组成一般为敏感栅材料金属箔材、基底、表面覆盖层以及引线(如果需要)。在选择应变计时一般要考虑的因素有:

a.应变计敏感栅长度

b.应变计的几何形状c.应变计系列,即应变计基底材料d.应变计温度自补偿编号,也称为S一T一Ce.其它选择包括蠕变标号、引线、密封等等为了所制作的称重传感器获得高精度、长期稳定以及一致性好,必须从上面几点出发,选择高质量的应变计,缺一不可。在本节中所着重讨论的是应变计的基底材料对传感器的影响。

作为传感器等级用的电阻应变计基底,一般有环氧、改性酚醛、玻璃纤维增强环氧、玻璃纤维增强酚醛以及玻璃纤维增强聚酞亚

胺。应变计韭底所起到的作用是作为一个载体将敏感箔材固定在其上面,从而方便应变计的安装,又不易被损坏,起到绝缘的效果,最重要的是其作为传递应变的介质,将弹性体的应变传递至敏感箔材。在一定温度以及应变范围内从底传递应变是否精确以及重复性如何是首先要考虑的问题。实际上基底传递应变的能力取决于其剪切模量,由于温度升高将会减小基底材料的剪切模量,因此,高的弹性模量基底在比较高的温度状态下往往呈现出比较好的性能,但是,高弹性模量的应变计一般比较脆,柔软性较差。

(l)无填料基底

无填料的特殊环氧或者酚醛环氧基底广泛的应用于高精度称重传感器,因为其具有比较高的剪切模量,而且常温的流动性非常好,因此可以制作成非常薄的基底。该类应变计的蠕变性能很好,但是,与所有无填料的其它塑性树脂一样,随着温度的升高其蠕变会增加。过去世界上一些著名应变计制造厂商,如美国微测、RTI、JP等公司都生产这类无填料基底应变计。但是,近几年来都以玻璃纤维增强型基底替代了无填料的基底。

(2)玻璃纤维增强型基底

为了同时满足高温状态下的应变计稳定性,以及呈现最小的蠕变特性,往往采用对环‘氧树脂、酚醛树脂或者聚酞亚胺进行增弧,即选用玻璃纤维作为填料,从而增加了树脂的弹性摸量,也改变了应变计的柔软性。自从美国BLH公司最初制成了以酚醛玻璃纤维增强的电阻应变计以后,德国的HBM、PlihPs公司、日本的N加113公司都生产这类应变计应用于高精度、高稳定性传感器。美

国的R飞,I以及JP公司等,也开始生产以玻璃纤维增强的环氧树脂作基底的应变计。美国的微测公司更是通过选择玻璃纤维增强的特殊聚酞亚胺薄膜来制作高精度传感器用的电阻应变计,从而使聚酞亚胺基底应变计只能生产中等精度传感器成为历史,而且这类芯膜厚度均匀性非常好,柔软性好,因此操作非常简单。至于应变计一的密封与否,完全取决于传感器的制作工艺要求。

密封式应变计除了在操作过程中更能保护应变计免受机械损伤,略微增加应变计的正向蠕变以外,与敞开式应变计的性能是一样的。

当然在使用敞开式应变计时,更要注意的是清洁工序,因为在焊接应变计引线时,助焊剂有可能残留在敏感栅的表面,如果清洗不当,则会影响传感器的长期稳定性。

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