應(yīng)變式磅秤傳感器穩(wěn)定性及加工工藝(二)
應(yīng)變式磅秤傳感器穩(wěn)定性及加工工藝(二)
四、稱重傳感器的穩(wěn)定性處理工藝
由于彈性元件在毛坯鍛造、機(jī)械加工、熱處理、表面打磨、電阻應(yīng)變計(jì)粘貼和加壓固化等工藝 過(guò)程中產(chǎn)生各種殘余應(yīng)力，隨著時(shí)間和使用條件的變化不斷松弛釋放，而造成稱重傳感器的性能波 動(dòng)，主要表現(xiàn)在零點(diǎn)和靈敏度不穩(wěn)定。為使稱重傳感器在生產(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)。
稱重傳感器釋放殘余應(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。
1．熱處理法
多應(yīng)用于鋁合金稱重傳感器，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。
2．機(jī)械法
機(jī)械法穩(wěn)定性處理，多在稱重傳感器電路補(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 將稱重傳感器安裝在低頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上，施加下限為（1/5～1/3）額定載荷，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?、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)中以鋁合金小量程稱重傳感器應(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)稱重傳感器施加 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，為鋁合金稱重傳感 器制造企業(yè)廣泛采用。
（3）振動(dòng)時(shí)效（Vibratory Sterss Reliering）法 將稱重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)量出稱重傳感器的固有頻率。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。
五、結(jié)語(yǔ)
1．稱重傳感器的穩(wěn)定性主要是靈敏度的穩(wěn)定性，即在一定時(shí)間內(nèi)和相同條件下靈敏度的最大 相對(duì)變化量。
2．提高稱重傳感器穩(wěn)定性的重要途徑，就是采取各種技術(shù)措施和工藝手段，模擬使用條件進(jìn) 行試驗(yàn)，使其在生產(chǎn)過(guò)程中基本渡過(guò)初始不穩(wěn)定期，把性能波動(dòng)減至最小。
3．稱重傳感器的穩(wěn)定性在一定程度上反映了制造工藝流程、電路補(bǔ)償技術(shù)和穩(wěn)定性處理工藝 水平。確保稱重傳感器本身的穩(wěn)定性和對(duì)外界環(huán)境條件的穩(wěn)定性，必須在原材料、元器件的環(huán)境應(yīng)力篩選，可重復(fù)的工藝流程和完善精細(xì)的電路補(bǔ)償?shù)确矫嫦鹿Ψ颉?/span>
4．稱重傳感器穩(wěn)定性問(wèn)題的研究方向，應(yīng)主要放在工藝實(shí)施過(guò)程中如何防止或少產(chǎn)生殘余應(yīng)力上，其次才是如何釋放和消除殘余應(yīng)力。
5．對(duì)于大批量生產(chǎn)的稱重傳感器必須嚴(yán)格進(jìn)料、進(jìn)片標(biāo)準(zhǔn)，穩(wěn)定工藝流程和生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量 控制。作到彈性元件材料、機(jī)械加工、熱處理、關(guān)鍵制造工藝、補(bǔ)償原材料元器件的一致性。
6．根據(jù)稱重傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)、金屬材料、冷熱加工情況，有選擇的應(yīng)用上述穩(wěn)定性處 理工藝，并不是應(yīng)用的工藝越多越好，而是釋放殘余應(yīng)力效率高，處理工藝越簡(jiǎn)單越好。
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