本文通過(guò)對數據的分析，繪出地磅稱(chēng)重傳感器疲勞超壓蠕變、零漂，非線(xiàn)性失 真、重復性差、滯后五種平均值隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖，總結超載加壓對稱(chēng)重傳感器參數的影 響情況。

一、前言

稱(chēng)重傳感器10萬(wàn)次以上的加卸載疲勞試驗， 不僅能檢驗稱(chēng)重傳感器和應變計的預期使用壽命； 還可以把各種有缺陷的應變計貼在彈性體上或等 應變梁上做疲勞試驗或超載疲勞試驗，以便檢驗 各種缺陷對應變計和稱(chēng)重傳感器的使用可能產(chǎn)生 的影響，從而使這些檢驗規范有更充分的實(shí)踐基 礎。在超載加壓的疲勞試驗中，稱(chēng)重傳感器的性 能參數會(huì )發(fā)生改變，有些參數還有變好的趨勢。 因此超載疲勞試驗也可作為改善稱(chēng)重傳感器性能 的一項輔助手段，現在就來(lái)看一看超載加壓對稱(chēng) 重傳感器參數的影響情況。

二、試驗數據1

我們把成品稱(chēng)重傳感器分為五組，每組5只， 用120%FS的重量分別加壓7000次、1.4萬(wàn)次、 2.1萬(wàn)次、2.8萬(wàn)次和3.5萬(wàn)次后測試，數據如表1 所示。但由于五組稱(chēng)重傳感器的初始條件不同， 所以我們采用了取其增量△進(jìn)行比較的方法。

三、數據1的分析

由表1可以看出，對于成品，加壓7000次以 后，再加壓到1.4萬(wàn)次、2.1萬(wàn)次、2.8萬(wàn)次和3.5 萬(wàn)次，每加壓7000次后，所測得的值與未加壓時(shí) 所測得的值之間的差值的變化。由表1的數據經(jīng) 過(guò)整理之后畫(huà)成曲線(xiàn)，如表2、圖1所示。由圖1 可以看到，經(jīng)過(guò)加壓后，不管加壓的次數如何， 在壓后稱(chēng)重傳感器的蠕變、零漂等均會(huì )有大幅度 增加，而滯后會(huì )有所下降，非線(xiàn)性誤差和重復性 則有升有降。下面做具體的分析。

(一）蠕變和零漂

在稱(chēng)重傳感器加壓以后，蠕變和零漂都往正 的方向增大。壓0.7萬(wàn)次后蠕變大約往正的方向增 大250ppm；壓0.7?2.8萬(wàn)次之間對蠕變的影響差 不多，即近似在一條水平線(xiàn)上下波動(dòng)；當壓到3.5 萬(wàn)次后會(huì )稍有減小，但仍然比成品稱(chēng)重傳感器未 壓前增大了約207ppm，如圖1所示。零漂的變化 曲線(xiàn)和蠕變很相似，只是波動(dòng)范圍稍小一些。

(二）滯后

我們希望通過(guò)疲勞加壓來(lái)減小滯后以提高稱(chēng) 重傳感器的精度。疲勞加壓0.7?1.4萬(wàn)次時(shí)，滯后 只減小6~8ppm，此后還會(huì )逐漸增大一些。而當加 壓2.1?2.8萬(wàn)次時(shí)，滯后會(huì )比未加壓時(shí)減小56ppm 左右，再自然存放二、三個(gè)月之后，滯后的改善 還很有效。當加壓次數增加到3.5萬(wàn)次時(shí)，滯后反 而會(huì )有少量反彈，再自然存放一段時(shí)間之后，滯 后的改善也不大。

(三） 非線(xiàn)性誤差

疲勞加壓0.7萬(wàn)次時(shí)，非線(xiàn)性誤差比未壓前增 大 約 5ppm； 加 壓 1.4 萬(wàn) 次 時(shí) ， 比 未 壓 前 減 小 4ppm；加壓2.1?2.8萬(wàn)次時(shí)，線(xiàn)性誤差會(huì )比未壓前 減小19ppm左右；當加壓次數增加到3.5萬(wàn)次時(shí)， 線(xiàn)性誤差只比未壓前減小8ppm，即有小量反彈。

(四）重復性

加壓次數為0.7?2.8萬(wàn)次時(shí)，重復性的增量從 正到負會(huì )有十幾ppm的起伏；加壓到3.5萬(wàn)次時(shí)， 重復性會(huì )有所反彈，即比未壓前增大33ppm。

四、初步結論

疲勞加壓的目的是希望通過(guò)超載加壓來(lái)減小 滯后、重復性和線(xiàn)性誤差，當壓力為120%FS加壓 2.1萬(wàn)次后，滯后會(huì )減小57ppm，重復性減小 1ppm，線(xiàn)性誤差減小19ppm。當加壓次數為2.8 萬(wàn)次后，滯后減小56ppm，重復性減小12ppm, 線(xiàn)性減小18ppm。如單純對比這三項參數來(lái)考慮， 我們會(huì )選擇疲勞加壓2.8萬(wàn)次作為有效的篩選手 段。但是再考慮到相接近的效果要更省時(shí)省力， 以及篩選手段要留有一定余地，以便必要時(shí)還可 以增加疲勞加壓次數來(lái)調節篩選效果。這樣我們 就會(huì )選擇120%FS的2.1萬(wàn)次加壓作為標準的疲勞 篩選手段。

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五、試驗數據2

我們對這些進(jìn)行過(guò)超載疲勞加壓的傳感器進(jìn) 行了參數跟蹤測試，看看這種篩選手段對稱(chēng)重傳 感器是不是破壞性的。經(jīng)過(guò)疲勞篩選后的稱(chēng)重傳 感器參數能否穩定。

跟蹤測試的數據（略），數據經(jīng)過(guò)整理以后分 別按照蠕變、零漂、線(xiàn)性、重復性和滯后隨時(shí)間 的變化列成數據表（如表3-表7所示并畫(huà)成曲 線(xiàn)，而以加壓次數的多少作為參變量。每種加壓 次數畫(huà)一條5只稱(chēng)重傳感器平均值的變化曲線(xiàn)， 共得出5組曲線(xiàn)族，分別為圖2-圖6。每個(gè)曲線(xiàn) 族中都包含5條曲線(xiàn)，它們分別表示加120%FS的 力壓0.7萬(wàn)次?3.5萬(wàn)次之間的疲勞加壓之后5只 稱(chēng)重傳感器參數平均值的變化情況。

六、試驗數據的分析

(一)蠕變

蠕變隨時(shí)間的變化如圖2所示，從4月6曰 加壓后，4月16日第一次測試，到6月15日第三 次測試的2個(gè)月內，蠕變都是波動(dòng)上升（向正的 方向增大。

其中：A組（壓0.7萬(wàn)次）平均增大了 73ppm；

B組（壓1.4萬(wàn)次平均增大了 128ppm;

C組（壓2.1萬(wàn)次平均增大了 124ppm;

D組（壓2.8萬(wàn)次平均增大了 132ppm;

E組（壓3.5萬(wàn)次平均增大了 108ppm。

在疲勞加壓2個(gè)月之后進(jìn)入穩定期，從6月 15日?7月6日的21天中，A組?D組都基本不 變或略有下降，只有E組（壓3.5萬(wàn)次是仍然上 升的。相對其他四組來(lái)說(shuō)，就是反常的，從7月6 日以后又進(jìn)入向下的波動(dòng)期。

(二）零漂

零點(diǎn)漂移的變化如圖3所示，零漂的變化和 蠕變很相似，即疲勞加壓后2個(gè)月內是波動(dòng)上升期，2個(gè)月之后波動(dòng)減?。瓷仙吘?/span>），從7月 6日（即加壓3個(gè)月）之后，零漂進(jìn)入波動(dòng)下降 期，只是零漂的變化數值比蠕變稍小一些（也在 100ppm左右），類(lèi)似于蠕變。在疲勞加壓3.5萬(wàn)次 的E組出現了和其他組曲線(xiàn)的明顯差異。

(三）非線(xiàn)性失真

非線(xiàn)性失真隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖4所示， 大致變化規律也是在壓后的3個(gè)月之內屬于下降 (或上升）期，之后進(jìn)入相反的上升（或下降） 期。其中加壓2.1萬(wàn)次和2.8萬(wàn)次的C組和D組非線(xiàn)性失真可減小20?40ppm，而A組和B組加壓次 數少，線(xiàn)性會(huì )增大?組）或稍減小（A組），但都不是我們所期望的。壓3.5萬(wàn)次的E組線(xiàn)性會(huì )增 大很多，是我們不希望要的反常的類(lèi)型。

 (四）重復性

重復性隨時(shí)間的變化如圖5所示，它的變化也是波動(dòng)性的，只有C組和D組的變化對我們有利，其他的都不利。E組的曲線(xiàn)也和其他組差異很大。

(五）滯后

滯后隨時(shí)間的變化如圖6所示，這些變化也 是波動(dòng)的。我們所期望的是通過(guò)疲勞加壓來(lái)減小 滯后，從曲線(xiàn)看，D組（壓2.8萬(wàn)次最好。加壓 后能使滯后下降50~70ppm; C組次之，壓2.1萬(wàn)次之后也能使稱(chēng)重傳感器的滯后減小50~60ppm。 加壓次數少了，滯后下降較少，作用不大。加壓 3.5萬(wàn)次的E組仍然和其他組差異較大。

七、結論

疲勞加壓篩選不僅能使傳感器的參數穩定減少波動(dòng)的幅度），更主要的是它能使稱(chēng)重傳感 器的滯后減小50~60ppm (或者更多）。我們對加 壓后的稱(chēng)重傳感器進(jìn)行了四個(gè)多月的跟蹤測試， 只要加壓力度控制在120%FS加壓2.1?2.8萬(wàn)次以 內，就沒(méi)有發(fā)現對稱(chēng)重傳感器有任何的破壞作用。 由于疲勞加壓后蠕變會(huì )增大100?120ppm，建議凡 是要進(jìn)行疲勞加壓的稱(chēng)重傳感器，應該選擇應變 計預留-150ppm的余量。如果要考慮彈性體的高 溫存貯和稱(chēng)重傳感器的高溫電老化，則應選擇應 變計在成品時(shí)的蠕變?yōu)?/span>-250ppm左右。這可以作 為稱(chēng)重傳感器的一項有效的篩選手段，特別是對于 1/10000以上精度傳感器尤為有效。建議標準的篩 選工藝為加壓120FS%，共進(jìn)行2.5萬(wàn)次疲勞加壓。 順便提一句，我們關(guān)于對稱(chēng)重傳感器進(jìn)行疲勞篩選 和高溫電老化以及對彈性體的高溫存貯的設想和劉 九卿先生的關(guān)于稱(chēng)重傳感器可靠性設計與控制[1]的 想法是不謀而合的。但從我們的試驗數據來(lái)看加壓 10000次，還未達到最佳加壓次數，當然他是泛 指，我是對特定的稱(chēng)重傳感器，這也有差異。

八、疲勞試驗機簡(jiǎn)介

疲勞試驗機是我們自己設計制造的，最初只 有一根懸臂梁。其上有四個(gè)可以懸掛砝碼的位置。 后來(lái)為了提高效率改成了有2根懸臂梁，可以同 時(shí)工作，可有8個(gè)懸掛砝碼的工位，如圖7所示。

調速馬達1的轉速在20- 1200轉/分可調，通 過(guò)皮帶2帶動(dòng)主軸3旋轉，主軸上的兩個(gè)凸輪4 分別控制兩根懸臂梁抬起或降下，懸臂梁5上的 懸掛點(diǎn)6上懸掛的砝碼就可以對其下方放置的稱(chēng) 重傳感器或貼有應變計的等應變梁施加重力。主 軸上裝有電子計數器，每轉一圈記一次數，可以 清零，也可累加。這套裝置可以同時(shí)對幾只稱(chēng)重 傳感器進(jìn)行不同應力大小的疲勞加載試驗，使用 起來(lái)很方便。由于兩根懸臂梁相對凸輪的位置一 個(gè)向上，一個(gè)向下，相互抵消平衡之后，可以提 高馬達舉起總量的效率。