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測(cè)力傳感器彈性體材料,一般選用金屬材質(zhì),可選用的材質(zhì)大部分為鋁合金材質(zhì)、合金鋼材質(zhì)及不銹鋼材質(zhì)。合金材質(zhì)既有剛度保證形變一致及形變恢復(fù),又有良好的耐候防腐性能。彈性體的主要要求就是能夠精確傳遞受力信息并保持在相同受力時(shí)的形變一致性和完全復(fù)位性。

應(yīng)變片及電阻元件材料

電阻應(yīng)變片的組成復(fù)雜,是復(fù)合型制造產(chǎn)品,應(yīng)變片的基材和應(yīng)變銅質(zhì)的組合千變?nèi)f化,根據(jù)其應(yīng)變要求,目前,大約有近千種產(chǎn)品。一般,基材采用高分子薄膜材料,應(yīng)變材質(zhì)為高純度康銅�；�材上的康銅通過(guò)光學(xué)處理后刻蝕不同感應(yīng)形變的電阻柵絲。因此,電阻應(yīng)變片的品質(zhì)不僅與基材材質(zhì)和復(fù)合的金屬純度有關(guān),而且與復(fù)合工藝、刻蝕技術(shù)及工藝、刻蝕化學(xué)材料及后處理工藝和材料等等因素相關(guān)。

貼片粘合劑的材質(zhì)

電阻應(yīng)變片貼片用粘合劑主要采用雙組分高分子環(huán)氧系列粘合劑,高分子化學(xué)產(chǎn)品的性能與各個(gè)組分的物理及化學(xué)指標(biāo)密切相關(guān),如純度、分子鏈的結(jié)構(gòu)和大小、儲(chǔ)存時(shí)間、組分的配比、分子改性、混合方式、混合熟化使用時(shí)間、固化時(shí)間、固化溫度、助劑及百分比等因素。

密封膠的材質(zhì)

在焊接技術(shù)及設(shè)備不充分的測(cè)力傳感器初期階段,均采用專用硅橡膠密封膠系列。硅橡膠具有長(zhǎng)期化學(xué)穩(wěn)定性,因此,防腐、防潮、耐老化、絕緣等各項(xiàng)性能優(yōu)異,長(zhǎng)期以來(lái)一直是所有密封膠的首選產(chǎn)品。

測(cè)力傳感器的導(dǎo)線材質(zhì)

導(dǎo)線依然是測(cè)力傳感器組成的一部分,測(cè)力傳感器導(dǎo)線的金屬材質(zhì),由于家庭電器的電線使用,質(zhì)量差異都有切身體會(huì)。畢竟導(dǎo)線是橋路供電、信號(hào)輸出、長(zhǎng)線激勵(lì)電壓補(bǔ)償?shù)耐��?鍍銀線肯定比銅線傳導(dǎo)效果好,銅線肯定比鋁線傳導(dǎo)效果好,其作用不言而喻。

隨著,各種高頻、無(wú)線電波等越來(lái)越多的干擾,測(cè)力傳感器的優(yōu)良屏蔽也是保護(hù)信號(hào)穩(wěn)定的重要方法。另外,環(huán)境侵蝕、蟲(chóng)鼠侵害、防火阻燃等也需要傳感器保護(hù)層的材料防腐防蟲(chóng)防火防爆,甚至需要采用鎧甲保護(hù)、套管防護(hù)等方法。

導(dǎo)線密封材料及方式

測(cè)力傳感器的每個(gè)組成部分都會(huì)影響傳感器最終的技術(shù)性能,一些測(cè)力傳感器僅僅采用簡(jiǎn)單固定的方式避免傳感器導(dǎo)線的移動(dòng)而損傷傳感器的電子電路固定,一些傳導(dǎo)距離很短的測(cè)力傳感器甚至僅僅依靠膠封固定。但較大體積、重量較大的測(cè)力傳感器,如果沒(méi)有適當(dāng)導(dǎo)線固定或密封的方式,就是測(cè)力傳感器最易產(chǎn)生故障的瓶頸。特別是加裝密封頭固定導(dǎo)線時(shí),緊固件的材質(zhì)及緊固力度也會(huì)給測(cè)力傳感器的最終技術(shù)性能帶來(lái)影響。觀察者發(fā)現(xiàn),很少有使用緊固件安裝使用密封粘合劑的,這樣可以避免依靠緊固力固定帶來(lái)的殘余應(yīng)力,也不會(huì)由于緊固力不足而產(chǎn)生泄露的問(wèn)題。

1、測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)

測(cè)力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設(shè)計(jì),都必須保證受載后在結(jié)構(gòu)上不產(chǎn)生性能波動(dòng),或性能波動(dòng)很小,為此在測(cè)力傳感器設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量作到應(yīng)變區(qū)受力單一,應(yīng)力均勻一致;貼片部位最好為平面;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(yuǎn)離應(yīng)變區(qū),測(cè)量時(shí)應(yīng)避免載荷支承點(diǎn)的位移。盡管測(cè)力傳感器屬于裝配制造產(chǎn)品,但為了保證具有最佳技術(shù)性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,盡可能將它設(shè)計(jì)成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

2、彈性元件的金屬材料

彈性元件的金屬材料對(duì)測(cè)力傳感器的綜合性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。應(yīng)選擇強(qiáng)度極限和彈性極限高,彈性模量的時(shí)間、溫度穩(wěn)定性好,彈性滯后小,機(jī)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(jī)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(shí)間的穩(wěn)定性,要求在測(cè)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。

3、機(jī)械加工與熱處理工藝

彈性元件在機(jī)械加工過(guò)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)力最大。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(guò)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(guò)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。

4、電阻應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變粘結(jié)劑

電阻應(yīng)變計(jì)應(yīng)具有最佳性能,要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好,熱輸出小,機(jī)械滯后和蠕變小,應(yīng)變量為1000×10時(shí)疲勞壽命可達(dá)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(qiáng)度大,抗剪強(qiáng)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);蠕變和滯后小;固化時(shí)膠層體積收縮小等。粘貼電阻應(yīng)變計(jì)時(shí)一定要嚴(yán)格控制膠層厚度,因?yàn)檎辰Y(jié)強(qiáng)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(dòng)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(hù)密封合理就可達(dá)到較高的穩(wěn)定性水平。

5、制造工藝流程

應(yīng)變式測(cè)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(duì)測(cè)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(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化或半自動(dòng)化工序,盡量減少人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

6、電路補(bǔ)償與調(diào)整

應(yīng)變式測(cè)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(cè)力傳感器的某些性能指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,因此必須進(jìn)行各項(xiàng)電路補(bǔ)償與調(diào)整,提高測(cè)力傳感器本身的穩(wěn)定性和對(duì)外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性。完善而精細(xì)的電路補(bǔ)償工藝,是提高測(cè)力傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。

7、防護(hù)與密封

防護(hù)與密封是測(cè)力傳感器制造工藝流程中的要害工序,是測(cè)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(hù)密封不良,粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變粘結(jié)劑膠層,都會(huì)吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑,造成粘結(jié)強(qiáng)度和剛度下降,引起零點(diǎn)漂移和輸出無(wú)規(guī)律變化,直至測(cè)力傳感器失效。

因此有效的防護(hù)密封是測(cè)力傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的根本保證,否則將使各項(xiàng)工藝成果前功盡棄。

8、穩(wěn)定性處理 (人工老煉試驗(yàn))

提高測(cè)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(jìn)行有效的人工老練試驗(yàn),盡量多的釋放殘余應(yīng)力使其性能波動(dòng)減至最小。

為使測(cè)力傳感器在生產(chǎn)過(guò)程中渡過(guò)初始不穩(wěn)定期,采用工藝手段模擬各種使用條件進(jìn)行試驗(yàn),使其盡快穩(wěn)定的工藝稱為穩(wěn)定性處理,也稱人工老煉試驗(yàn)。測(cè)力傳感器釋放殘余應(yīng)力的穩(wěn)定性處理方法,除制造工藝流程中常用的溫度老化和電老化處理外,主要有兩種方法,即熱處理法和機(jī)械法。

一、熱處理法

多應(yīng)用于鋁合金測(cè)力傳感器,在毛坯加工成彈性元件后進(jìn)行,主要有反淬火法、冷熱循環(huán)法和恒溫時(shí)效法。

1、反淬火法

國(guó)內(nèi)也稱深冷急熱法。將鋁合金彈性元件置于-196℃的液氮中,保溫12小時(shí)后,迅速用新生的高速蒸汽噴射或放入沸水之中。因深冷與急熱產(chǎn)生的應(yīng)力方向相反而相互抵消,達(dá)到釋放殘余應(yīng)力的目的。試驗(yàn)表明,采用液氮——-高速蒸汽法可降低殘余應(yīng)力84%,采用液氮——-沸水法可降低殘余應(yīng)力50%。

2、冷熱循環(huán)法

冷熱循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝為- 196℃×4小時(shí)/190℃×4小時(shí),循環(huán)3次,可使殘余應(yīng)力下降90%左右,并且組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,微量塑性變形抗力高,尺寸穩(wěn)定性好。釋放殘余應(yīng)力的效果如此明顯,一是因?yàn)榧訜釙r(shí)原子熱運(yùn)動(dòng)能量增加,點(diǎn)陣畸變減小或消失,內(nèi)應(yīng)力下降,上限溫度越高,原子熱運(yùn)動(dòng)越大塑性越好,越有利于殘余應(yīng)力釋放。二是因?yàn)槔錈釡囟忍荻犬a(chǎn)生的熱應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互作用,使其重新分布而獲得殘余應(yīng)力下降的效果。

3、恒溫時(shí)效法

恒溫時(shí)效即可消除機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,又能消除熱處理引入的殘余應(yīng)力。LY12硬鋁合金在200℃高溫下恒溫時(shí)效時(shí),殘余應(yīng)力釋放與時(shí)效時(shí)間關(guān)系表明,保溫24小時(shí),可使殘余應(yīng)力下降50%左右。

二、機(jī)械法

機(jī)械法穩(wěn)定性處理,多在測(cè)力傳感器電路補(bǔ)償與調(diào)整和防護(hù)密封后,基本形成產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行。主要工藝有脈動(dòng)疲勞法、超載靜壓法和振動(dòng)時(shí)效法。

1、脈動(dòng)疲勞法

將測(cè)力傳感器安裝在低頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上,施加上限為額定載荷或120%額定載荷,以每秒3~5次的頻率進(jìn)行5000~10000次的循環(huán)�？捎行У尼尫艔椥栽�件、電阻應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變粘結(jié)劑膠層的殘余應(yīng)力,提高零點(diǎn)和靈敏度穩(wěn)定性的效果極為明顯。

2、超載靜壓法

理論上適用于各種量程,但在實(shí)際生產(chǎn)中以鋁合金小量程測(cè)力傳感器應(yīng)用較多。

其工藝是:在專用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載裝置中或簡(jiǎn)易的機(jī)械螺旋加載設(shè)備上,對(duì)測(cè)力傳感器施加125%額定載荷,保持4~8小時(shí),或施加110%額定載荷,保持24小時(shí),兩種工藝都可以達(dá)到釋放殘余應(yīng)力,提高零點(diǎn)和靈敏度穩(wěn)定性的目的。由于超載靜壓工藝所用設(shè)備簡(jiǎn)單,成本低,效果好,為鋁合金測(cè)力傳感器制造企業(yè)廣泛采用。

3、振動(dòng)時(shí)效 (Vibratory Sterss Reliering) 法

將測(cè)力傳感器安裝在額定正弦推力滿足振動(dòng)時(shí)效要求的振動(dòng)臺(tái)上,根據(jù)稱重傳感器的額定量程估算頻率,來(lái)決定施加的振動(dòng)載荷、工作頻率和振動(dòng)時(shí)間。共振時(shí)效比振動(dòng)時(shí)效釋放殘余應(yīng)力的效果更好,但必須測(cè)量出測(cè)力傳感器的固有頻率。振動(dòng)時(shí)效和共振時(shí)效工藝的特點(diǎn)是:能耗低,周期短,效果好,不損壞彈性元件表面,而且操作簡(jiǎn)單。振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理,目前尚無(wú)定論。國(guó)外專家提出的理論和觀點(diǎn)有:塑性變形理論、疲勞理論、晶格錯(cuò)位滑移理論、能量觀點(diǎn)及材料力學(xué)觀點(diǎn)等。只是作出了不同程度的解釋,但都沒(méi)有充分的、有說(shuō)服力的、權(quán)威性的試驗(yàn)證明。

這些理論和觀點(diǎn)往往是相互交叉的,所以可認(rèn)為振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效的試驗(yàn)研究,有些專家傾向于用材料力學(xué)的重復(fù)應(yīng)力過(guò)載的觀點(diǎn),解釋振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理。即作用在彈性元件上的振動(dòng)應(yīng)力與其內(nèi)部的殘余應(yīng)力相互作用,使殘余應(yīng)力松弛并釋放。