浅析影响称重传感器迟滞性的因素

摘要:浅析影响称重传感器迟滞性的因素
摘要：作为传感器的重要特性参数之一，迟滞性误差的改善直接影响传感器的整体误差，要想能够准确控制必须先了解哪些因素起到了影响作用。
关键词：传感器 迟滞性 因素 控制 一、迟滞性的定义 灵敏度

以上面的图形为模型介绍迟滞性的定义：横轴为载荷，纵轴为灵敏度输出，在测试传感器的特性时一般将额定载荷等分成五份，从0到100％逐级加载并读取相应的输出值，将五个读数点连成光滑曲线，这条曲线如图中粗实线，称之为加载曲线，也叫进程曲线。利用直线插入法计算75％点的相应数据，以零点和75％点划一条直线，图中点线，这条直线称为理想直线，加载曲线与理想直线的误差称之为非线性误差。从100％到0分五等份逐级减载，并读取相应数据，将这五组数据连成光滑曲线，如图中粗虚线，称之为减载曲线，也叫回程曲线，减载曲线与加载曲线之间的误差称之为迟滞性误差。 迟滞性误差反映的是传感器精度的主要指标之一，误差的大小直接影响计量精度，所以在传感器的生产过程中必须严格控制影响迟滞性的各种因素。同时也要保证在安装传感器的不同条件下尽量避免影响迟滞性的因素存在。 以下详细介绍影响迟滞性的部分因素。 二、影响迟滞性的因素分析 1、原材料 弹性体：任何一种金属材料，因为其内部的组织结构关系的复杂性，受到外力加压后在微小晶粒之间产生微应变，在外力消失后，微应变随之消失，但是是否完全消失恢复到原始状态，不同的材料则有完全不一样的表现。在图1中，我们可以看到加载过程中的应变曲线ε1与卸载过程中的应变曲线ε2不重合，其差值△=ε2-ε1称之为迟滞性，差值的大小主要取决于材料本身成分的稳定性、均匀性、热处理后的金相组织等。作为称重传感器的关键元件——弹性体对此要求则更为明显，可以通过不同的热处理方式提高弹性极限，以减少迟滞性。目前国内市场上常用的材料为40CrNiMoA，该种材料经过合理的热处理能取得理想的综合机械性能。 应变计：金属应变计的典型结构为敏感栅，基底，被覆层和引线组成。在传感器的应用中，通过敏感栅的电阻应变效应，将弹性体的应变转变为阻值变化，根据材料本身存在的迟滞性来看，应变计本身也存在迟滞性。目前世界上著名的应变计厂在制造应变计时充分考虑了迟滞性的自补偿，使其在传感器的应用中的影响量减到最小。所以在选择应变计时要考虑到这种因素。 密封胶：在传感器的生产过程中要使用大量的密封胶，主要作用为固定线路和密封。从表面上看，一般在胶固化后是比较软的，相对弹性体的强度几乎可以忽略不记。但是对小量程产品，必须要加以考虑。小量程的产品，变形区相对薄弱，密封胶厚度的影响程度明显增加。 图2所示为胶层厚度一定时，迟滞性与量程的变化关系。函数关系近似为： Y=K*e-Xa 式中：Y——传感器的迟滞性
K——密封胶完全固化后的迟滞性
Xa——传感器的额定载荷 图3所示为量程一定时，迟滞性与胶层厚度的变化关系。函数关系近似为： Y=K*（1-e-Xb） 式中：Y——传感器的迟滞性
K——密封胶的完全固化后的迟滞性
Xb——密封胶的厚度

图2 图3

不同品质的胶也有不同的表现，如果胶的硬度随着时间的增加胶层的硬度也发生变化，则产品的迟滞性也会随之变化。所以在选用密封胶时一定选择固化后胶质稳定的胶。 2、安装条件 所谓的安装条件，一方面是指称重传感器在安装特殊配件（如桥式传感器的底座）的边界条件。这种边界条件的影响，在《衡器》杂志上有详细的分析说明，如表面状况，安装扭力等是最大的影响因素，在这里不作特别说明。另一方面是指称重传感器在使用现场的安装条件，根据与不同应用的客户研究分析，发现下列情况影响传感器或者说是整机的迟滞性，如表面状况、接触面积、安装扭力、螺栓强度、承载面硬度等均会影响。这些影响因素有时会被误诊为传感器的品质不良。 表面状况：是指秤台与传感器的接触面的质量，如粗糙度，平行度等。表面过于粗糙，在长时间使用时会使紧固螺栓松动并影响性能。如果平行度偏大，加载后会使传感器产生不必要的分力，直接影响产品精度，同时也无法体现传感器的真实精度。有的企业为了降低成本直接将一定厚度的钢板裁成合适的尺寸焊接到秤台上，不经过任何加工处理，使用初期不会有问题，随着时间的延长精度会越来越差。

来源：http://automation.xinxihua.cn/2006-01/53136.htm