1、測力傳感器的結(jié)構(gòu)
測力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設(shè)計,都必須保證受載后在結(jié)構(gòu)上不產(chǎn)生性能波動,或性能波動很小,為此在測力傳感器設(shè)計時,應(yīng)盡量做到應(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;安裝力遠離應(yīng)變區(qū),測量時應(yīng)避免載荷支承點的位移。盡管測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)性能和長期穩(wěn)定性,盡可能將它設(shè)計成一個整體結(jié)構(gòu)。
2、彈性元件的金屬材料
彈性元件的金屬材料對測力傳感器的綜合性能和長期穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。應(yīng)選擇強度極限和彈性極限高,彈性模量的時間、溫度穩(wěn)定性好,彈性滯后小,機械加工和熱處理產(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間的穩(wěn)定性,要求在測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、機械加工與熱處理工藝
彈性元件在機械加工過程中,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)制定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)變計與應(yīng)變粘結(jié)劑
電阻應(yīng)變計應(yīng)具有最佳性能,要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好,熱輸出小,機械滯后和蠕變小,應(yīng)變量為1000×10時疲勞壽命可達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)強度大,抗剪強度高;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;固化時膠層體積收縮小等。粘貼電阻應(yīng)變計時一定要嚴(yán)格控制膠層厚度,因為粘結(jié)強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,只要防護密封合理就可達到較高的穩(wěn)定性水平。
5、制造工藝流程
應(yīng)變式測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,人為的因素對測力傳感器的質(zhì)量影響較大。因此必須制定科學(xué)合理并可重復(fù)的制造工藝流程,并在其中增加電子計算機控制的自動化或半自動化工序,盡量減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
6、電路補償與調(diào)整
應(yīng)變式測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,測力傳感器的某些性能指標(biāo)達不到設(shè)計要求,因此必須進行各項電路補償與調(diào)整,提高測力傳感器本身的穩(wěn)定性和對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性。完善而精細的電路補償工藝,是提高測力傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。
7、防護與密封
防護與密封是測力傳感器制造工藝流程中的要害工序,是測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。如果防護密封不良,粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計及應(yīng)變粘結(jié)劑膠層,都會吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑,造成粘結(jié)強度和剛度下降,引起零點漂移和輸出無規(guī)律變化,直至測力傳感器失效。
因此有效的防護密封是測力傳感器長期穩(wěn)定工作的根本保證,否則將使各項工藝成果前功盡棄。
8、穩(wěn)定性處理 (人工老煉試驗)
提高測力傳感器的穩(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,模擬使用條件進行有效的人工老練試驗,盡量多的釋放殘余應(yīng)力使其性能波動減至最小。