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现场工艺中,应掌握应变计蠕变标号及选配工艺对传感器蠕变误差的影响

[日期:2011-05-20]   来源:东莞市华兰海电子有限公司  阅读:2552次

       2.1一般来说,若选择应变计的负蠕变与弹性体的正蠕变误差绝对值相等或相当接近时,则传感器的综合蠕变就可以补偿到极小,而对于某一种型号规格的传感器,通过试验都可以找到与蠕变值相匹配的应变计。通过精调不同蠕变标号的应变计,传感器的综合蠕变误差可以达到OIMLR60国际建议(2000)中C3甚至以上标准。由于不同应变计生产厂家的应变计蠕变标号命名规则会有所不同,同一传感器在采用不同厂家的蠕变标号,实测的蠕变值也会是不尽相同的。用户在选择应变计的蠕变标号时,一般只要依据应变计生产厂家推荐的传感器的量程与蠕变标号的匹配工艺,同时根据传感器的弹性体材料、结构、量程以及内部的生产工艺等实际情况,再结合用户自己的试验考核,是可以找到与要求型号量程传感器相匹配的应变计的。我们建议:首次使用时,可选用1~2种不同蠕变标号的应变计进行试验,根据实测蠕变数据的大小和方向,确定最佳的蠕变标号,现以东莞华兰海公司的应变计产品为例,一般常用应变计的蠕变标号排列示意如下:


       图示中,N3~T5指的是应变计的蠕变标号,其中N3是可使蠕变最正的蠕变标号,T5是可使蠕变最负的蠕变标号,每两个相临蠕变标号之间的蠕变调整值一般相差在0.01~0.015%FS/30min 。为便于理解,如图示,若设定某一型号规格的传感器采用蠕变标号为T0的蠕变值为0,于是,因应变计的蠕变标号选取的不同,每一种蠕变标号的应变计产生的相对蠕变补偿量会正向变化,或负向变化(如图中各对应的阴影区域简要说明);再举例说明:若同一型号量程传感器采用蠕变标号为N2的应变计,试制后蠕变出现负偏差(比如-0.050%FS/30min),应采取调整排在N2前面的蠕变标号(如N2 、N4 、N6依次类推)的应变计,是可以调整到±0.020%FS/30min的;反之, 若试制后蠕变出现正偏差(比如0.050%FS/30min),应调整试验排在N2 后面的蠕变标号(如T0 、T2 、T4依次类推)的应变计,是可以调整到±0.020%FS/30min的。

       2.2现以我们常见的计价秤用双连孔平行梁铝件传感器为例,若采用东莞华兰海公司生产的BF350-3AA(23)单轴系列应变计产品,通过长期批量生产验证,用下表来简要说明称重传感器的量程与应变计的蠕变标号的相互匹配关系。

额定量程

(Kg)

3

6

10

15

20

40

100

应变计

蠕变标号

T8

T6

T4

T2

T0

N2

N4

       结合上表,可以说明同一型号不同量程的传感器都有与相匹配的应变计的蠕变标号,两者之间是一一对应的关系,还可以说明同一型号的传感器,量程越小的应选用蠕变补偿量相对越负的应变计, 量程越大的应选用蠕变补偿量相对越正的应变计。同理,当同一量程的传感器做不同的输出灵敏度,比如1mV/V 和2mV/V两种输出灵敏度,应变计的蠕变标号也需要工艺试验来重新调整,实际同一量程的传感器,输出为1mV/V 采用的蠕变标号应比2mV/V的要正一些。

       2.3在实际工艺定型实验中,还会碰到如下问题:某一型号规格的传感器在进行蠕变标号定型试验时,比如在分别试验相邻两种蠕变标号的应变计时,其中一种蠕变标号的应变计会出现相对正蠕变误差太大,而另一种蠕变标号的应变计会出现相对负蠕变误差太大,找不到一个最佳蠕变标号的应变计能够将蠕变误差调整到所需要的范围。而有效的调整办法就是采用两种蠕变标号的应变计进行综合蠕变补偿,即在同一个传感器上,将其中蠕变值为正蠕变的应变计与蠕变值为负蠕变的应变计选配好,按电桥互补原理对称粘贴(举例下图所示),最终通过两种蠕变标号应变计的相对正负蠕变量的抵消,其抵消后的余量再与弹性体的蠕变进行最终匹配。但前提要求是这两种蠕变标号的应变计的类别、基底材料、标称电阻、应变计栅长、敏感栅结构形式、材料线膨胀系数、有无覆盖层等应是相同的。

 

       (上图中,YI、Y2、Y3、Y4均为电阻应变计,其中YI、Y2为同一组蠕变标号号应变计,Y3、Y4为同一组蠕变标号号应变计)。

       结合上述,在实际生产过程中,还会碰到这样的问题:比如本来已经对某一型号规格的传感器的应变计已工艺定型了,但出现因已型号应变计的供货不及时等其它原因,导致生产受阻或拖延时间太长而无法按质按量完成预订的生产计划。这时也可以采取两种蠕变标号应变计的应急办法。如下图所示,如要找到与蠕变标号T0的蠕变值相近的另外两种应变计,图中与T0左右相临的几组蠕变标号都可与之匹配,图中的连线可以表示为可通过多种匹配方案来等效采用,建议采用蠕变标号逼近的原则,最优先采用与T0左右相临最接近的那组,依次类推,并结合试验实施调整,最终是可以应急解决的。

 

      

        2.4同一结构类型的传感器,采用不同的弹性体材料,其匹配的应变计蠕变标号也不尽相同。如一般小地磅常用单剪切悬臂梁钢件传感器,采用40CrNIMoA合金钢和17-4不锈钢,所采用的应变计蠕变标号实际是不同的,实际生产过程中,17-4不锈钢所采用的应变计蠕变标号都应比40CrNiMoA合金钢的正1~2个标号等级。

       2.5对于同一规格型号的传感器,当应变计的敏感栅材料不同时,其匹配的应变计蠕变标号也不尽相同,一般要求350Ω输出阻抗的传感器,常采用康铜合金敏感栅的应变计;要求1KΩ甚至更大输出阻抗的传感器,采用伊文或卡码合金敏感栅的应变计。若以单剪切悬臂梁钢件传感器为例,实际生产过程中,采用进口伊文合金敏感栅的应变计的蠕变标号都应比采用进口康铜合金敏感栅的应变计的正2~3个标号等级甚至以上;而若以我们常见的计价秤用双连孔平行梁铝件传感器为例,采用进口伊文合金敏感栅的应变计的蠕变标号都应比采用进口康铜合金敏感栅的应变计的负1~2个标号等级。

       2.6在实际生产过程中,还会碰到批量负蠕变超差的问题。

       2.6.1众所周知,传感器负蠕变的主要原因在于应变计本身的质量、贴片胶质量及应变计粘贴质量,而应变计本身的蠕变与基底、基底胶的弹性膜量和厚度及构件的变形大小等有关,若基底厚度大,弹性膜量小,构件变形大,则应变计的蠕变会变大。所以,改善上述问题仍是解决负蠕变超差的首要前提之一。

       2.6.2在OIMLR60国际建议(2000)中,明确规定:称重传感器的蠕变误差和蠕变恢复误差,必须在20℃,40℃,-10℃,20℃四个温度段依次通过合格测试评价才行。试验证明:在高低温蠕变测试评价中,关键是在确保传感器的常温蠕变是真正合格的基础上,重点做好传感器的密封性能。我们认为,这主要在常温和湿热两种条件下,通过检查传感器的绝缘电阻的的好坏及长久稳定性来实证。尤其在制作铝制传感器过程中,若不注意防护和密封,即使常温合格的传感器,也难以保证在其它温度段能合格。另外,应变计的基底质量不过关和焊点焊接工艺不当造成的应变计绝缘击穿,也极易导致测试蠕变时输出漂移。若将密封不良的传感器,在40℃,90%RH环境中保持12小时后进行蠕变测试的,会出现传感器的输出随着时间的延续往负方向漂移,且很难短时间内稳定,最终造成负蠕变超差。这一般是由于硅胶的固化机理及应变片及贴片胶区域等物质的热胀冷缩,在传感器加载后,因胶的变形而吸潮膨胀或松弛,使传弹性体应变的能力开始降低了。这时若检查湿热下的绝缘电阻可能已只有几百兆,甚至更低,而重新换线组桥负蠕变仍无改善。所以必须引起重视。

       2.7对于双连孔平行梁传感器,尤其是铝制传感器,其两个应变孔之间的中心距离的长短与蠕变性能有密切的关系。一般来说, 以同一量程为例,应变孔之间的距离越短,则传感器的蠕变误差相对越正,所采用的应变计的蠕变标号相对要越负,才可将蠕变误差调整到最佳;反之, 应变孔之间的中心距离越长,传感器的蠕变误差相对越负,所采用的应变计的蠕变标号相对要越正,才可将蠕变误差调整到最佳。

       2.8钢件传感器的焊接密封对蠕变也有一定的影响。以悬臂梁钢件传感器为例, 在贴片工艺等不变的情况下,采用凹形膜片焊接的蠕变相比普通的硅胶密封就要正一些,尤其是量程越低,影响越明显。所以在批量生产前也需进行必要的试制工作,通过试验分析出焊接前后对蠕变的相关影响量,若影响量明显,且呈规律性,则应考虑事先将所贴应变计的蠕变标号稍调负一个量级,用以抵消焊接后正蠕变的影响。不同的膜片厚度和深度也有不同的影响量,故蠕变性能的评定不宜在焊接前,而应在焊接之后进行试验确认,有时需要多次验证,这对大批量控制焊接密封类传感器的蠕变性能也是较重要的。