影響測力傳感器穩(wěn)定性的因素

引言：由一個或多個能在受力后產(chǎn)生形變的彈性體，和能感應(yīng)這個形變量的電阻應(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，都必須保證受載后在結(jié)構(gòu)上不產(chǎn)生性能波動，或性能波動很小，為此在測力傳感器設(shè)計時，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；安裝力遠離應(yīng)變區(qū)，測量時應(yīng)避免載荷支承點的位移。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)計成一個整體結(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)選擇強度極限和彈性極限高，彈性模量的時間、溫度穩(wěn)定性好，彈性滯后小，機械加工和熱處理產(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。

       機械加工與熱處理工藝

       彈性元件在機械加工過程中，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)變計與應(yīng)變粘結(jié)劑

       電阻應(yīng)變計應(yīng)具有**性能，要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好，熱輸出小，機械滯后和蠕變小，應(yīng)變量為1000×10-6時疲勞壽命可達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)強度大，抗剪強度高；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??；固化時膠層體積收縮小等。粘貼電阻應(yīng)變計時一定要嚴格控制膠層厚度，因為粘結(jié)強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，只要防護密封合理就可達到較高的穩(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算機控制的自動化或半自動化工序，盡量減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

       電路補償與調(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達不到設(shè)計要求，因此必須進行各項電路補償與調(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。完善而精細的電路補償工藝，是提高測力傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。

       防護與密封

       防護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。如果防護密封不良，粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計及應(yīng)變粘結(jié)劑膠層，都會吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑，造成粘結(jié)強度和剛度下降，引起零點漂移和輸出無規(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，否則將使各項工藝成果前功盡棄。

       穩(wěn)定性處理 （人工老煉試驗）

       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，模擬使用條件進行有效的人工老練試驗，盡量多的釋放殘余應(yīng)力使其性能波動減至最小。