影響電子吊鉤稱(chēng)稱(chēng)重傳感器遲滯性的因素
、遲滯性的定義
靈敏度
以上面的圖形為模型先容遲滯性的定義：橫軸為載荷，縱軸為靈敏度輸出，在測(cè)試傳感器的特性時(shí)般將額定載荷等分成五份，從0到100％逐級(jí)加載并讀取相應(yīng)的輸出值，將五個(gè)讀數(shù)點(diǎn)連成光滑曲線，這條曲線如圖中粗實(shí)線，稱(chēng)之為加載曲線，也叫程曲線。利用直線插法計(jì)算75％點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以點(diǎn)和75％點(diǎn)劃條直線，圖中點(diǎn)線，這條直線稱(chēng)為理想直線，加載曲線與理想直線的誤差稱(chēng)之為非線性誤差。從100％到0分五等份逐級(jí)減載，并讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)，將這五組數(shù)據(jù)連成光滑曲線，如圖中粗虛線，稱(chēng)之為減載曲線，也叫回程曲線，減載曲線與加載曲線之間的誤差稱(chēng)之為遲滯性誤差。
遲滯性誤差反映的是傳感器精度的主要指標(biāo)之，誤差的小直接影響計(jì)量精度，所以在傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán)格控制影響遲滯性的各種因素。同時(shí)也要在安裝傳感器的不同條件下盡量避免影響遲滯性的因素存在。
以下具體先容影響遲滯性的部分因素。
二、影響遲滯性的因素分析
1、原材料
彈性體：任何種金屬材料，由于其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系的復(fù)雜性，受到外力加壓后在微小晶粒之間產(chǎn)生微應(yīng)變，在外力消失后，微應(yīng)變隨之消失，但是是否*消失恢復(fù)到原始狀態(tài)，不同的材料則有*不樣的表現(xiàn)。在圖1中，我們可以看到加載過(guò)程中的應(yīng)變曲線ε1與卸載過(guò)程中的應(yīng)變曲線ε2不重合，其差值△=ε2-ε1稱(chēng)之為遲滯性，差值的小主要取決于材料本身成分的穩(wěn)定性、均勻性、熱處理后的金相組織等。作為稱(chēng)重傳感器的關(guān)鍵元件——彈性體對(duì)此要求則更為明顯，可以通過(guò)不同的熱處理方式步彈性極限，以減少遲滯性。目前內(nèi)市場(chǎng)上常用的材料為40CrNiMoA，該種材料經(jīng)過(guò)公道的熱處理能取得理想的綜合機(jī)械性能。
應(yīng)變計(jì)：金屬應(yīng)變計(jì)的典型結(jié)構(gòu)為敏感柵，基底，被覆層和引線組成。在傳感器的應(yīng)用中，通過(guò)敏感柵的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將彈性體的應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)樽柚底兓鶕?jù)材料本身存在的遲滯性來(lái)看，應(yīng)變計(jì)本身也存在遲滯性。目前世界上的應(yīng)變計(jì)廠在制造應(yīng)變計(jì)時(shí)充分考慮了遲滯性的自補(bǔ)償，使其在傳感器的應(yīng)用中的影響量減到zui小。所以在選擇應(yīng)變計(jì)時(shí)要考慮到這種因素。
密封膠：在傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中要使用量的密封膠，主要作用為固定線路和密封。從表面上看，般在膠固化后是比較軟的，相對(duì)彈性體的度幾乎可以忽略不記。但是對(duì)小量程產(chǎn)品，必須要加以考慮。小量程的產(chǎn)品，變形區(qū)相對(duì)薄弱，密封膠厚度的影響程度明顯增加。
圖2所示為膠層厚度定時(shí)，遲滯性與量程的變化關(guān)系。函數(shù)關(guān)系近似為：
Y=K＊e-Xa
式中：Y——傳感器的遲滯性
K——密封膠*固化后的遲滯性
Xa——傳感器的額定載荷
圖3所示為量程定時(shí)，遲滯性與膠層厚度的變化關(guān)系。函數(shù)關(guān)系近似為：
Y=K＊（1-e-Xb）
式中：Y——傳感器的遲滯性
K——密封膠的*固化后的遲滯性
Xb——密封膠的厚度
不同品質(zhì)的膠也有不同的表現(xiàn)，假如膠的硬度隨著時(shí)間的增加膠層的硬度也發(fā)生變化，則產(chǎn)品的遲滯性也會(huì)隨之變化。所以在選用密封膠時(shí)定選擇固化后膠質(zhì)穩(wěn)定的膠。
2、安裝條件
所謂的安裝條件，方面是指稱(chēng)重傳感器在安裝特殊配件（如橋式傳感器的底座）的邊界條件。這種邊界條件的影響，在《衡器》雜志上有具體的分析說(shuō)明，如表面狀況，安裝扭力等是zui的影響因素，在這里不作特別說(shuō)明。另方面是指稱(chēng)重傳感器在使用現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件，根據(jù)與不同應(yīng)用的客戶研究分析，發(fā)現(xiàn)下列情況影響傳感器或者說(shuō)是整機(jī)的遲滯性，如表面狀況、接觸面積、安裝扭力、螺栓度、承載面硬度等均會(huì)影響。這些影響因素有時(shí)會(huì)被誤診為傳感器的品質(zhì)不良。
表面狀況：是指秤臺(tái)與傳感器的接觸面的質(zhì)量，如粗糙度，平行度等。表面過(guò)于粗糙，在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)使緊固螺栓松動(dòng)并影響性能。假如平行度偏，加載后會(huì)使傳感器產(chǎn)生不必要的分力，直接影響產(chǎn)品精度，同時(shí)也無(wú)法體現(xiàn)傳感器的真實(shí)精度。有的企業(yè)為了降低本錢(qián)直接將定厚度的鋼板裁成合適的尺寸焊接到秤臺(tái)上，不經(jīng)過(guò)任何加工處理，使用初期不會(huì)有題目，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)精度會(huì)越來(lái)越差。
接觸面積：是指?jìng)鞲衅髋c秤臺(tái)固定的接觸面積。如圖4所示，（a）接觸面過(guò)小，（b）接觸面過(guò)。不同公司的產(chǎn)品，由于結(jié)構(gòu)和工藝的不同，接觸面的小也是有些差別，所以在傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中必須加以確定，并同時(shí)在傳感器的安裝使用說(shuō)明書(shū)中具體定義，以客戶能按照*條件安裝使用?？梢詤⒖纪捞氐蟻喌?410產(chǎn)品，將安裝控制線標(biāo)到傳感器上，如圖4（c）所示。
安裝扭力：在《衡器》雜志上曾經(jīng)先容過(guò)橋式傳感器的安裝扭力與遲滯性的關(guān)系，在接觸面定的條件下，安裝扭力越，遲滯性越小。同樣的道理，假如將傳感器安裝在不同的設(shè)備上，安裝扭力的小也直接影響產(chǎn)品的真實(shí)精度。傳感器按照不同受力結(jié)構(gòu)分為單點(diǎn)式，懸臂梁式，橋式，“S"式，輪輻式，柱式等六類(lèi)。安裝扭力的影響規(guī)律對(duì)不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品是不樣的。例如懸臂梁傳感器，安裝扭力在100Nm時(shí)，能得到*的遲滯性。扭力過(guò)或過(guò)小，遲滯性都會(huì)變差（不同公司的產(chǎn)品安裝扭力*值會(huì)不樣，必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)才能確定）。輪輻式傳感器的遲滯性對(duì)安裝扭力更為敏感，所以在使用時(shí)定要依照生產(chǎn)廠商的安裝使用說(shuō)明書(shū)行安裝，以產(chǎn)品質(zhì)量。
螺栓度：螺栓的度影響與安裝扭力是樣的，假如度不足，在產(chǎn)品安裝使用段時(shí)間之后，鎖緊力則會(huì)變松，而影響精度。
安裝面硬度：以懸臂梁傳感器來(lái)說(shuō)明，因其固定真?zhèn)€接觸面較小，假如硬度過(guò)低，則在使用過(guò)程中隨使用次數(shù)的增加，受力支點(diǎn)則會(huì)移動(dòng)，如圖5，受力支點(diǎn)從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，則精度會(huì)有不同程度的變化。
上面所講述的影響因素直接與傳感器接觸，輕易理解，還有些其他因素看起來(lái)與傳感器關(guān)系不，但卻影響傳感器的精度。比如秤臺(tái)度，基礎(chǔ)堅(jiān)固性，防塵防水等因素。秤臺(tái)度的影響：以平臺(tái)秤為例，般采用懸臂梁稱(chēng)重傳感器4只，安裝在四個(gè)角上，如圖6（a）所示：
圖6（b）為平臺(tái)秤的側(cè)視簡(jiǎn)圖及受力模型，假如秤臺(tái)的度不足，可以導(dǎo)致秤臺(tái)中心凹陷，如圖6（d），這種結(jié)果會(huì)導(dǎo)致傳感器受側(cè)向力的影響。而且側(cè)向力的小隨被測(cè)物的重量增加而增加，但其增加的幅度卻是非線性關(guān)系，以圖6（c）為模型簡(jiǎn)化受力，可以用下列公式估算出傳感器的受力與載荷的關(guān)系：
F=G/2cosα=G/2cos（G·L2/4·E·I）
式中：F——傳感器荷重端受力
G——秤臺(tái)載荷
E——秤臺(tái)剛度
L——傳感器固定端與秤臺(tái)中心的間隔
I——秤臺(tái)轉(zhuǎn)性慣距
α——秤臺(tái)受力與變形角度
從公式看出，假如秤臺(tái)度足夠，可以忽略秤臺(tái)變形，即α=0，cosα=1，故而F=G/2，假如秤臺(tái)的度越差，α角度隨載荷增加而變，從而使F與G的非線性度越差。
在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，安裝地腳有固定式地腳如圖6（e）和活動(dòng)式地腳圖6（f）兩種。固定式地腳的結(jié)構(gòu)由螺桿、底座和減振橡膠組成?；顒?dòng)式地腳由螺桿、鋼球、底座和防滑墊組成。假如平臺(tái)秤的安裝地腳為固定式地腳，其受力結(jié)構(gòu)還要考慮地腳傾斜后支點(diǎn)變化的影響。如圖7（b）所示。假如采用活動(dòng)地腳，則可以減少因地腳變形而帶來(lái)的負(fù)面影響。
除平臺(tái)秤以外，假如汽車(chē)衡臺(tái)面的度不足不但影響產(chǎn)品的精度同時(shí)也影響標(biāo)定。
基礎(chǔ)的影響：這里面的基礎(chǔ)是指汽車(chē)衡或軌道衡的傳感器的安裝基礎(chǔ)，如臺(tái)載荷為八十噸的汽車(chē)衡，般使用6只或8只稱(chēng)重傳感器。傳感器通過(guò)底座與基礎(chǔ)的預(yù)埋件固定。單只傳感器的接觸面積約有250cm2，單位面積的壓力達(dá)到0.40～0.58kN/cm2。假如基礎(chǔ)不牢固，使用段時(shí)間后，基礎(chǔ)產(chǎn)生變化后，傳感器的特性則無(wú)法*真實(shí)表現(xiàn)出來(lái)。與初裝標(biāo)定時(shí)的條件會(huì)有較的變化。
灰塵和水的影響：這兩種因素在保養(yǎng)條件比的條件下不會(huì)產(chǎn)生影響，但是在室外使用的衡器，如汽車(chē)衡，軌道衡等要特別留意。我們以水泥廠或礦山廠的汽車(chē)衡為例說(shuō)明其影響：水泥廠的環(huán)境般很惡劣，過(guò)往全是重型汽車(chē)，隨車(chē)帶起來(lái)的灰塵部分屬于水泥成分，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)沉積在裸露的傳感器表面及配件間隙內(nèi)，經(jīng)過(guò)雨季或處在四周環(huán)境濕潤(rùn)的現(xiàn)場(chǎng)，傳感器表面或配件間隙的灰塵會(huì)硬化，使原本活動(dòng)的配件變成固定式的，假如配件在傳感器的變形敏感區(qū)域，則傳感器的線性和遲滯性明顯變差。另方面單從水或潮氣講，主要是腐蝕傳感器表面，使接觸點(diǎn)產(chǎn)生變化，特別是含有配件的產(chǎn)品，生銹后會(huì)使配件與傳感器“銹死"在起，而影響精度。
曾經(jīng)碰到過(guò)個(gè)特殊案件：客戶在夏天6月左右安裝臺(tái)80t的汽車(chē)衡，使用6只30t的橋式傳感器，現(xiàn)場(chǎng)在北方。由于在安裝過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)職員將傳感器中間部位的密封條刮破，并沒(méi)有作相應(yīng)的改善，標(biāo)定后交付使用。到11月份，用戶反映汽車(chē)衡數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，早晨測(cè)試的數(shù)據(jù)明顯低于中午丈量的數(shù)據(jù)8～10t，開(kāi)始懷疑傳感器的溫度補(bǔ)償出現(xiàn)題目，經(jīng)過(guò)多次確認(rèn)分析沒(méi)有找到題目所在。根據(jù)題目出現(xiàn)在早上的條件，建議用戶用熱風(fēng)機(jī)給傳感器加熱，半小時(shí)后再次確認(rèn)題目消失。后來(lái)發(fā)現(xiàn)密封條刮破的那只傳感器的變形間隙里面全是水，早晨是固態(tài)的冰，中午是水，也就是說(shuō)在早晨，變形間隙內(nèi)固態(tài)的冰阻止了傳感器受力后變形，而這只傳感器的輸出很小，影響輸出結(jié)果。
針對(duì)灰塵的影響，有經(jīng)驗(yàn)的廠商會(huì)采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，如增加密封罩，表面涂適量的黃油等保護(hù)。
上述的影響因素，或多或少都會(huì)影響使用精度，在建造基礎(chǔ)和安裝過(guò)程中盡量避免，以長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性能。
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