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对电阻应变式称重传感器性能的研究

时间:2021-01-19 点击次数:

为了分析电阻应变式传感器的蠕变特性,需要根据其加、卸载和蠕变输出变化率的差异,判断蠕变的起始位置,并根据蠕变过程的特征和零点变化的特征,进行蠕变跟踪,从而确定传感器的实际载荷。这种方法简单易行,容易实现。

传感器的精确度是决定秤精确度的主要因素。当前,高精密电子天平大多采用磁悬浮式传感器,而成本低廉的应变式传感器只能应用于精度较低的电子天平。这种传感器的蠕变指标是影响电阻应变式传感器精度的主要原因之一。传感元件的蠕变是由弹性体正蠕变、应变片和应变胶负蠕变共同作用的结果。一般来说,弹性体设计定型后,蠕变值也基本确定,控制和调节蠕变的传统方法是选用具有不同蠕变补偿性能的应变片,改变贴片位置和粘胶固化工艺等。通过调整生产工艺等手段对蠕变进行调节,其工艺过程繁复,返工量大,随机性高。本文编辑通过多年的工作,对传统应变式传感器的内部性能进行了深入细致的研究,结合目前先进的数据采集技术(采用∑-ΔA/D变换器),采用单片机技术,实现了高性能数字滤波、动态蠕变和零点漂移跟踪两种传统应变式传感器输出信号。使得原来只适用于低精度场合的应变传感器测量精度有了很大提高。

在一定机械应变的长期作用下,保持温度不变,传感器输出随时间变化的特性,叫做传感器蠕变。当无负载时,传感器随时间变化的特性称为零漂移。零漂移是指不承受载荷的蠕动。称量传感器的蠕变特性曲线(以正蠕变为例,负蠕变与正蠕变相似),其中L是传感器加载特性曲线,C是传感器卸载特性曲线。结果表明,传感器的载荷曲线由载荷段L0和蠕变段L1组成。当加载段L0时,传感器的输出急剧增加,很快就达到了实际的W0值,在这段时间内,由于时间极短,传感器产生的蠕变很小;进入L1段时,传感器输出缓慢增加并逐渐趋近不变,蠕变值ε随时间动态地变化;在传感器卸载曲线C上,卸载曲线由卸载段C0和蠕变恢复段C1组成,传感器的输出值以极快的速度迅速衰减到S2点以上,超过S2点时,传感器输出缓慢回零,蠕变恢复值ε也是随时间动态地变化,并逐渐趋近零点。

对电子天平的称重是传感器负载的称重减去传感器在天平零点负载的称重。通过上述分析,大家假设在短时加载/卸载过程中传感器蠕变和蠕变恢复相等(实际上传感器数量众多的两个阶段可认为近似相等),即当加载/卸载时间较短时,传感器蠕变为零,其输出变化量即为加载/卸载W0。设定蠕变阶段荷载值与快速卸载后零点值之差为W1,假设上述蠕变和蠕变恢复相等,W1=W0。同时电子天平称重值与负载的差值为W0,因此,判断出负载后的蠕变点和蠕变恢复点,即可动态跟踪蠕变。

在测量过程中,通过对传感器工作状态和蠕变的分析,实时跟踪蠕变误差,不断地对不同过程的蠕变变量进行动态修正,从而达到高精度的蠕变补偿。这种方法只需要在天平校准时简单地测量传感器的蠕变特性,而且无需人工干预,而且不受传感器负载和温度的影响,因此补偿过程简单。用该方法设计的天平经过多年批量生产,证明效果良好。

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