本文淺析了地磅傳感器蠕變匹配影響因素,以及在傳感器蠕變 匹配過程中摸索出的經驗。
地磅傳感器彈性體因材料的滯彈性效應而存在固 有微蠕變特性,這種蠕變特性可以通過蠕變自補 償應變計進行補償。在傳感器生產過程中,傳感 器蠕變亦受諸多因素影響,譬如傳感器或應變計 原材料的更換、產品工藝變化等,因此在產品批 量投產前應進行嚴格的應變計蠕變匹配工作。在 進行蠕變匹配前,要了解電阻應變計變化因素的 影響,并充分考慮到傳感器本身的影響因素以及 生產工藝控制情況,才能保證傳感器蠕變匹配最 佳,同時保證傳感器其他優良的性能指標。
現就傳感器蠕變匹配過程中存在的影響因素 進行匯總分析,并根據實際試驗及生產經驗從不 同方面對傳感器匹配提出一些建議。
—、應變計方面
㈠不同型號規格應變計補償號的蠕變影響
通常各廠家生產的應變計均有許多蠕變號,應變計蠕變的大小主要靠應變計的敏感柵形狀來 調整。同種應變計敏感柵端部越長,蠕變越正。折返比即端部長度與絲柵寬度的比值越大,應變計蠕變越正。通常各廠家生產的相鄰蠕變號之間蠕變相差0.01%-0.02% ;同時相同蠕變號的不 同阻值、不同形狀、不同面積的應變計蠕變補償 能力會有稍許差異,通過匹配試驗得知,同㈠蠕 變號折返比相同的、絲柵面積不同的應變計,面 積越大,蠕變越負,因此在生產試驗時不能忽略 這㈠點,在試用新型號應變計前絲柵區域面積、 絲柵尺寸發生變化的要與應變計生產廠商詳細 溝通,確認蠕變補償差異后再進行應變計匹配, 以避免浪費不必要的試驗時間。
(二)應變計原材料批次更換對應變計的蠕變 的影響
常溫應變計㈠般選擇康銅合金作為敏感柵材 料,康銅箔質量穩定性好,根據生產經驗,其批 次更換對應變計蠕變影響甚微,在傳感器進行應 變計匹配時,可忽略其影響。而應變計基底材料 及蓋層厚度影響應變計的蠕變程度較大。同品牌 原材料批次之間的差異有時也很明顯,比如㈠般 基底材料薄膜的材料,批次厚度差異可能在 1um -2um,對于選用思膠成膜的生產方式加工的 成型膜,其配膠原材料的批次更換可能會對成型膜厚度產生微量的差異。對于此種差異造成的蠕 變影響,我們曾詳細跟蹤匯總,結果是對于選用 成型薄膜作為基底的應變計基底每薄2um,蠕變 大約往負向變化0.02% ,蓋層厚度薄5um-10um, 蠕變大約往負向變化0.02%。因此在新批次應變計 使用前,傳感器生產廠家要與應變計生產廠家仔 細溝通,批次發生變化時首先與應變計生產方確 認是否有變化,以便更有效、節時的完成蠕變匹 配。
(三)應變計其他方面對蠕變的影響
除了原材料影響,應變計生產環境、制作工 藝是影響應變計性能分散的關鍵,應變計分散小, 傳感器測試的蠕變指標分散小,更易于將所匹配 的傳感器蠕變達到最佳要求。而目前應變計大部 分工藝由人工操作完成,環境、工藝控制嚴格的 同時,人工操作誤差帶來的影響不能忽視;人員 操作誤差可能會影響蠕變的分散;一般正規生產 廠家應變計生產操作者均應通過專業的技術生產 培訓方可上崗,確保應變計產品的一致性。因此 建議傳感器廠家選擇正規廠家、外形美觀、性能 優良符合傳感器生產要求的高精度應變計。
生產過程中若更換應變計廠家,則需要傳感 器廠家對應變計生產環境、工藝控制等方面有詳 細的了解,并對蠕變及其他性能指標進行詳細的 測試,比如高低溫蠕變測試、長期穩定性測試 (放置半年且每月測試一次蠕變,觀測蠕變的變化 量等。
二、傳感器方面
(一)傳感器彈性體原材料的影響
傳感器廠家一般根據設計要求選擇優質的材 料制作彈性體,但金屬材料鍛造及后期處理的特 殊性,其批次更換仍可能對傳感器的蠕變有一定 的影響。因此在新批次彈性體材料投產前,應少 量投入進行應變計匹配,觀測蠕變變化情況,條 件允許的情況下測試高低溫蠕變,以確定批次更 換的影響量,對后期投入提供指導。通常情況下, 合金鋼、不銹鋼傳感器蠕變受材料批次更換的影 響稍小一些,鋁傳感器蠕變受材料批次影響大一 些;小量程傳感器受材料更換影響大一些,而大 量程傳感器受材料批次影響小一些。對于不銹鋼 材料,需要相較其他材料應盡量選擇蠕變偏負的 應變計,因為蠕變與滯后是同向變化的,蠕變偏 負,滯后也相應偏負。
(二)傳感器結構影響
一般來說,相同結構型式及外形尺寸的傳感 器量程越小,蠕變越正,應選擇蠕變越負的應變 計,而量程越大,蠕變越負,可以選用蠕變稍正 的應變計。量程較大的傳感器之間蠕變相差很小, 蠕變變化表現越不明顯;傳感器的蠕變亦受其結 構影響,對于柱式傳感器,不同噸位之間的蠕變 差異基本可以忽略,即可以選擇同一蠕變號的應 變計,蠕變匹配相對簡單;而橋式傳感器不同噸 位之間稍有不同。傳感器蠕變還受密封結構形式 影響,灌封和膜片密封對蠕變的影響不同,技術 人員在設計方面改進后的蠕變匹配時亦應注意到 這一點。
㈢傳感器生產工藝及其他方面的影響
穩定的生產工藝是保證蠕變穩定一致的前提, 在進行蠕變匹配時應保證研磨、貼片、涂覆等工 序工藝的穩定性,以便使蠕變數據更穩定、準確。 操作人員變化、工藝變化、相關輔助材料變化時 應及時跟蹤傳感器蠕變測試數據,以便及時進行 匹配調整。根據生產經驗,傳感器貼片和涂覆工 藝影響最大,其所涉及到的輔助材料中,貼片膠 和涂覆膠影響較大,貼片膠和涂覆膠的軟硬度、 刷涂厚度直接影響蠕變。
傳感器設計簡單,工藝復雜,在生產過程中 要及時注意各項變化的影響,從而使傳感器蠕變 匹配達到最完美的效果。精細的制作工藝及優良 的技術指標是傳感器性能優越的前提,也是生產 廠家追求的一致目標,以上幾點是本公司在傳感 器蠕變匹配過程中摸索的經驗,僅供參考,有不 當之處請批評指正。