本文從批量生產(chǎn)制作稱(chēng)重傳感器的現場(chǎng)工藝出發(fā)，總結了與稱(chēng)重傳感器實(shí) 際生產(chǎn)密切相關(guān)的蠕變誤差知識、蠕變誤差的影響因素及在現場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐中的一些蠕變調整工藝。

一、概述

稱(chēng)重傳感器的蠕變性能歷來(lái)都是稱(chēng)重傳感器 各使用單位及國內外客戶(hù)最關(guān)心的指標之一，稱(chēng) 重傳感器蠕變性能的好壞及長(cháng)期穩定可靠性也會(huì ) 直接影響到其使用單位的正常使用和應用領(lǐng)域的 推廣，對于稱(chēng)重傳感器的生產(chǎn)制造廠(chǎng)家而言，稱(chēng) 重傳感器的蠕變誤差的控制水平不僅是衡量一個(gè) 產(chǎn)品綜合精度和穩定可靠性的重要指標，也是衡 量一個(gè)企業(yè)的制造工藝水平及產(chǎn)品質(zhì)量高低的重 要體現。

二、稱(chēng)重傳感器蠕變的理解

稱(chēng)重傳感器的蠕變，是指傳感器在恒定的環(huán) 境中（如溫度、濕度等）和其它可變化量保持不 變（如力產(chǎn)生系統穩定性、加載和裝夾條件等）， 當傳感器快速施加恒定載荷和快速卸掉恒定載荷 后的一段時(shí)間內，其輸出的電信號隨時(shí)間的延續 而變化的特性。一般常見(jiàn)的蠕變特性有兩種：一 種為正蠕變，一種為負蠕變，如圖1和2所示： 傳感器的輸出信號隨著(zhù)時(shí)間的延續而增加，最后 趨于穩定的過(guò)程為正蠕變特性曲線(xiàn)；輸出信號隨 著(zhù)時(shí)間的延續而減小，最后趨于穩定的過(guò)程為負 蠕變特性曲線(xiàn)。

依據我國稱(chēng)重傳感器法制計量器具控制管理 的要求，等效采用OIML R60國際建議(2000)，對稱(chēng)重傳感器蠕變的檢定均有嚴格明確的規定：

1.衡量稱(chēng)重傳感器的蠕變誤差，實(shí)際要考核 蠕變誤差和蠕變恢復誤差這兩項指標，兩者必須 同等考核.

2.稱(chēng)重傳感器的蠕變誤差可以為正，也可以為 負，即綜合測評時(shí)，不論是正蠕變，還是負蠕變， 只以蠕變的變化量來(lái)評價(jià)，與變化的正負基本無(wú)關(guān)。

3.在OIML R60國際建議(2000)中，關(guān)于稱(chēng)重傳 感器的蠕變誤差和蠕變恢復誤差，明確規定如下。

3.1蠕變誤差：傳感器在額定載荷下，在 0?30min的時(shí)間段，蠕變的允許誤差不超過(guò)

0.7mpe；在20min?30min的時(shí)間段，蠕變的允 許誤差不超過(guò)0.15mpe，現以我們常見(jiàn)傳感器的 幾種靈敏度，通過(guò)C2級和C3級分別以表1說(shuō) 明（注：表中的蠕變允許誤差的量值均包含正負 偏差）.

3.2蠕變恢復誤差：傳感器在0?30min的額定載荷下，最小靜載荷輸出恢復值允許誤差應不超過(guò)0.5v。如表2所示。

綜合上面列表可以說(shuō)明：傳感器的蠕變檢定在采用新國標時(shí)，不同的輸出靈敏度，不同的精度等 級要求，允許的蠕變誤差和蠕變恢復誤差在規定的 時(shí)間內均有所不同。所以，必須認識和區分好。

三、實(shí)際現場(chǎng)作業(yè)中，影響稱(chēng)重傳感器蠕變誤差的因素及調整工藝

1.彈性體材料和加工質(zhì)量是影響傳感器蠕變 誤差的主要原因之一

1.1由于目前傳感器的彈性體的材料主要為 合金鋼、不銹鋼及鋁合金三大類(lèi)，而金屬類(lèi)彈性 體都會(huì )存在彈性后效的現象，而彈性后效現象是 指在彈性范圍內，當負荷加上后，彈性元件發(fā)生 變形，但不是立即達到與載荷平衡，而是略有后 延，當載荷卸去后，其彈性元件發(fā)生變形恢復， 但也不是立即恢復到零，而是需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間， 但最終趨于穩定狀態(tài)，故彈性后效就表現出傳感 器的輸出信號隨時(shí)間延續而增加的現象，即前面 所講的正蠕變特性。

1.2綜合上述，對彈性體材料要求是：彈性 極限和彈性模量要高，彈性體的材質(zhì)要純凈、均 勻并有穩定的金相組織，硬度在HRC39?42之間 為宜。所以，在選擇彈性體原材料的供應廠(chǎng)家和 彈性體熱處理、加工制造廠(chǎng)家時(shí)，必須有一套切 合實(shí)際的評估機制。如傳感器制造廠(chǎng)家特別要注 意彈性體的材料硬度大小和硬度均勻性的質(zhì)量檢 測。否則，在傳感器其它生產(chǎn)工藝不變的情況下， 若彈性體材料硬度太大，呈現蠕變超差和蠕變恢 復慢的幾率就越大。又如，傳感器的彈性體在實(shí) 際生產(chǎn)中采用40&的材料時(shí)，則更應引起足夠重 視，由于40Cr材料的低淬透性和易產(chǎn)生第二類(lèi)回 火脆性，極易導致因熱處理不當造成硬度超差及 分散性大，這對傳感器蠕變的批量調整和控制是 諸多不利的，將嚴重影響到批次合格率和產(chǎn)品質(zhì) 量。所以，只有從彈性體材料和加工質(zhì)量的源頭 抓起，才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

1.3在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì )出現因 傳感器輸出靈敏度偏小而將彈性體應變梁部位進(jìn) 行削薄、扎孔或擴孔等應急機械加工處理，雖然 輸出靈敏度得到了適時(shí)的修正，但同時(shí)，如果機 械加工進(jìn)刀量過(guò)大，會(huì )使彈性體貼片表面原有的 恒彈性狀態(tài)受到影響，若加工之后又無(wú)一定的時(shí) 間及處理工藝來(lái)消除或減少殘余應力的影響，出 現正蠕變誤差超差的幾率也會(huì )增大，最嚴重的會(huì ) 使蠕變指標由處理前的0.02% FS/30min變大到 0.2%FS/30min。我們認為，解決此問(wèn)題的長(cháng)久措施 是在彈性體批量生產(chǎn)前，為盡量杜絕或減少彈性 體的機械加工應急處理，就應該已通過(guò)結構設計和工藝實(shí)驗確定了傳感器輸出靈敏度的范圍是符合要 求的。對于高精度傳感器而言，若已經(jīng)過(guò)削薄、扎 孔或擴孔等應急機械處理的，其原有已定型的應變 計匹配工藝可能需要適時(shí)修改，唯有通過(guò)試驗重新 確定應變計的匹配工藝，方能得到改善。

2.現場(chǎng)工藝中，應掌握應變計蠕變標號及選 配工藝對傳感器蠕變誤差的影響

2.1 一般來(lái)說(shuō)，若選擇應變計的負蠕變與彈 性體的正蠕變誤差絕對值相等或相當接近時(shí)，則 傳感器的綜合蠕變就可以補償到極小，而對于某 一種型號規格的傳感器，通過(guò)試驗都可以找到與 蠕變值相匹配的應變計。通過(guò)精調不同蠕變標號 的應變計，傳感器的綜合蠕變誤差可以達到 OIML R60國際建議(2000)中C3甚至以上標準。由于不同應變計生產(chǎn)廠(chǎng)家的應變計蠕變標號命名規 則會(huì )有所不同，同一傳感器在采用不同廠(chǎng)家的蠕 變標號，實(shí)測的蠕變值也會(huì )是不盡相同的。用戶(hù) 在選擇應變計的蠕變標號時(shí)，一般只要依據應變 計生產(chǎn)廠(chǎng)家推薦的傳感器的量程與蠕變標號的匹 配工藝，同時(shí)根據傳感器的彈性體材料、結構、 量程以及內部的生產(chǎn)工藝等實(shí)際情況，再結合用 戶(hù)自己的試驗考核，是可以找到與要求型號量程 傳感器相匹配的應變計的。我們建議：首次使用 時(shí)，可選用1?2種不同蠕變標號的應變計進(jìn)行試 驗，根據實(shí)測蠕變數據的大小和方向，確定最佳 的蠕變標號，現以東莞華蘭海公司的應變計產(chǎn)品 為例，一般常用應變計的蠕變標號排列示意如圖3 所示。

如圖3所示，N3?T5指的是應變計的蠕變 標號，其中N3是可使蠕變最正的蠕變標號，T5 是可使蠕變最負的蠕變標號，每?jì)蓚€(gè)相臨蠕變標 號之間的蠕變調整值一般相差在0.01?0.015% FS/30min。為便于理解，如圖示，若設定某一型號 規格的傳感器采用蠕變標號為T0的蠕變值為0， 于是，因應變計的蠕變標號選取的不同，每一種 蠕變標號的應變計產(chǎn)生的相對蠕變補償量會(huì )正向 變化，或負向變化（如圖中各對應的陰影區域簡(jiǎn) 要說(shuō)明）;再舉例說(shuō)明：若同一型號量程傳感器采 用蠕變標號為N2的應變計，試制后蠕變出現負偏 差(比如-0.050%FS/30min)，應采取調整排在N2前面的蠕變標號（如N2、N4、N6依次類(lèi)推的應 變計，是可以調整到± 0.020%FS/30min的；反之， 若試制后蠕變出現正偏差(比如0.050%FS/30min)， 應調整試驗排在N2后面的蠕變標號（如T0、T2、 T4依次類(lèi)推的應變計，是可以調整到± 0.020% FS/30min 的。

2.2現以我們以常見(jiàn)的計價(jià)秤用雙連孔平行 梁鋁件傳感器為例，若采用東莞華蘭海公司生產(chǎn) 的BF350-3AA(23)單軸系列應變計產(chǎn)品，通過(guò)長(cháng)期 批量生產(chǎn)驗證，用表3來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明稱(chēng)重傳感器的 量程與應變計的蠕變標號的相互匹配關(guān)系.

結合表3，可以說(shuō)明同一型號不同量程的傳感器都有與相匹配的應變計的蠕變標號，兩者之間 是一一對應的關(guān)系，還可以說(shuō)明同一型號的傳感 器，量程越小的應選用蠕變補償量相對越負的應 變計，量程越大的應選用蠕變補償量相對越正的 應變計。同理，當同一量程的傳感器做不同的輸 出靈敏度，比如1mV/V和2mV/V兩種輸出靈敏 度，應變計的蠕變標號也需要工藝試驗來(lái)重新調 整，實(shí)際同一量程的傳感器，輸出為1mV/V米用 的蠕變標號應比 2mV/V 的要正一些。

2.3在實(shí)際工藝定型實(shí)驗中，還會(huì )碰到如下 問(wèn)題：某一型號規格的傳感器在進(jìn)行蠕變標號定 型試驗時(shí)，比如在分別試驗相鄰兩種蠕變標號的 應變計時(shí)，其中一種蠕變標號的應變計會(huì )出現相 對正蠕變誤差太大，而另一種蠕變標號的應變計 會(huì )出現相對負蠕變誤差太大，找不到一個(gè)最佳蠕 變標號的應變計能夠將蠕變誤差調整到所需要的 范圍。而有效的調整辦法就是米用兩種蠕變標號 的應變計進(jìn)行綜合蠕變補償，即在同一個(gè)傳感器 上，將其中蠕變值為正蠕變的應變計與蠕變值為 負蠕變的應變計選配好，按電橋互補原理對稱(chēng)粘貼（如圖4所示，最終通過(guò)兩種蠕變標號應變 計的相對正負蠕變量的抵消，其抵消后的余量再 與彈性體的蠕變進(jìn)行最終匹配。但前提要求是這 兩種蠕變標號的應變計的類(lèi)別、基底材料、標稱(chēng) 電阻、應變計柵長(cháng)、敏感柵結構形式、材料線(xiàn)膨脹系數、有無(wú)覆蓋層等應是相同的。

圖4中Y1、Y2、Y3、Y4均為電阻應變計， 其中Y1、Y2為同一組蠕變中字號應變計，Y3、 Y4為同一蠕變大字號應變計.

結合上述，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還會(huì )碰到這 樣的問(wèn)題：比如本來(lái)已經(jīng)對某一型號規格的傳感 器的應變計工藝定型了，但出現因已定型號應變 計的供貨不及時(shí)等其它原因，導致生產(chǎn)受阻或拖 延時(shí)間太長(cháng)而無(wú)法按質(zhì)按量完成預訂的生產(chǎn)計劃。 這時(shí)也可以采取兩種蠕變標號應變計的應急辦法。 如圖5所示，如要找到與蠕變標號T0的蠕變值 相近的另外兩種應變計，圖中與T0左右相臨的幾 組蠕變標號都可與之匹配，圖中的連線(xiàn)可以表示 為可通過(guò)多種匹配方案來(lái)等效采用，建議采用蠕 變標號逼近的原則，最優(yōu)先采用與T0左右相臨最 接近的那組，依次類(lèi)推，并結合試驗實(shí)施調整， 最終是可以應急解決的。

2.4同一結構類(lèi)型的傳感器，采用不同的彈性體材料，其匹配的應變計蠕變標號也不盡相同。 如一般小地磅常用單剪切懸臂梁鋼件傳感器，采 用40CrNIMoA合金鋼和17- 4不銹鋼，所采用的應 變計蠕變標號實(shí)際是不同的，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中， 17-4不銹鋼所采用的應變計蠕變標號都應比 40CrNiMoA合金鋼的正1?2個(gè)標號等級。

2.5對于同一規格型號的傳感器，當應變計 的敏感柵材料不同時(shí)，其匹配的應變計蠕變標號 也不盡相同，一般要求350Q輸出阻抗的傳感器， 常采用康銅合金敏感柵的應變計；要求1KQ甚至 更大輸出阻抗的傳感器，采用伊文或卡碼合金敏 感柵的應變計。若以單剪切懸臂梁鋼件傳感器為 例，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，采用進(jìn)口伊文合金敏感柵 的應變計的蠕變標號都應比采用進(jìn)口康銅合金敏 感柵的應變計的正2?3個(gè)標號等級甚至以上；而 若以我們常見(jiàn)的計價(jià)秤用雙連孔平行梁鋁件傳感 器為例，采用進(jìn)口伊文合金敏感柵的應變計的蠕 變標號都應比采用進(jìn)口康銅合金敏感柵的應變計 的負1?2個(gè)標號等級。

2.6在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還會(huì )碰到批量負蠕 變超差的問(wèn)題。

2.6.1眾所周知，傳感器負蠕變的主要原因 在于應變計本身的質(zhì)量、貼片膠質(zhì)量及應變計粘 貼質(zhì)量，而應變計本身的蠕變與基底、基底膠的 彈性膜量和厚度及構件的變形大小等有關(guān)，若基 底厚度大，彈性膜量小，構件變形大，則應變計 的蠕變會(huì )變大。所以，改善上述問(wèn)題仍是解決負 蠕變超差的首要前提之一。

2.6.2在OIML R60國際建議(2000)中，明確 規定：稱(chēng)重傳感器的蠕變誤差和蠕變恢復誤差， 必須在20°C、40°C、-10°C和20°C四個(gè)溫度段依 次通過(guò)合格測試評價(jià)才行。試驗證明：在高低溫 蠕變測試評價(jià)中，關(guān)鍵是在確保傳感器的常溫蠕 變是真正合格的基礎上，重點(diǎn)做好傳感器的密封 性能。我們認為，這主要在常溫和濕熱兩種條件 下，通過(guò)檢查傳感器的絕緣電阻的好壞及長(cháng)久穩 定性來(lái)實(shí)證。尤其在制作鋁制傳感器過(guò)程中，若 不注意防護和密封，即使常溫合格的傳感器，也 難以保證在其它溫度段能合格。另外，應變計的 基底質(zhì)量不過(guò)關(guān)和焊點(diǎn)焊接工藝不當造成的應變 計絕緣擊穿，也極易導致測試蠕變時(shí)輸出漂移。 若將密封不良的傳感器，在40°C、90%RH環(huán)境中 保持12小時(shí)后進(jìn)行蠕變測試的，會(huì )出現傳感器的 輸出隨著(zhù)時(shí)間的延續往負方向漂移，且很難短時(shí) 間內穩定，最終造成負蠕變超差。這一般是由于 硅膠的固化機理及應變片及貼片膠區域等物質(zhì)的 熱脹冷縮，在傳感器加載后，因膠的變形而吸潮 膨脹或松弛，使彈性體應變的能力開(kāi)始降低了。 這時(shí)若檢查濕熱下的絕緣電阻可能已只有幾百兆， 甚至更低，而重新?lián)Q線(xiàn)組橋負蠕變仍無(wú)改善。所 以必須引起重視。

2.7對于雙連孔平行梁傳感器，尤其是鋁制 傳感器，其兩個(gè)應變孔之間的中心距離的長(cháng)短與 蠕變性能有密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，以同一量程 為例，應變孔之間的距離越短，則傳感器的蠕變 誤差相對越正，所采用的應變計的蠕變標號相對 要越負，才可將蠕變誤差調整到最佳；反之，應 變孔之間的中心距離越長(cháng)，傳感器的蠕變誤差相 對越負，所采用的應變計的蠕變標號相對要越正， 才可將蠕變誤差調整到最佳。

2.8鋼件傳感器的焊接密封對蠕變也有一定 的影響。以懸臂梁鋼件傳感器為例，在貼片工藝 等不變的情況下，采用凹形膜片焊接的蠕變相比 普通的硅膠密封就要正一些，尤其是量程越低， 影響越明顯。所以在批量生產(chǎn)前也需進(jìn)行必要的 試制工作，通過(guò)試驗分析出焊接前后對蠕變的相 關(guān)影響量，若影響量明顯，且呈規律性，則應考 慮事先將所貼應變計的蠕變標號稍調負一個(gè)量級， 用以抵消焊接后正蠕變的影響。不同的膜片厚度 和深度也有不同的影響量，故蠕變性能的評定不 宜在焊接前，而應在焊接之后進(jìn)行試驗確認，有 時(shí)需要多次驗證，這對大批量控制焊接密封類(lèi)傳 感器的蠕變性能也是較重要的。

3.關(guān)于測試設備、測量方法對傳感器的蠕變 測量誤差的影響。

3.1依據OIML R60國際建議(2000)的要求， 測試傳感器蠕變的設備也應著(zhù)重考慮。 對于高精 度傳感器而言，必須要求測力機能實(shí)現較快速度 的加/卸載，以滿(mǎn)足OIML R60國際建議(2000)中 蠕變測試對加載條件、加載/卸載時(shí)間及讀數的規 定，而一般的大量程測力機，如果未對加/卸載速 度進(jìn)行穩定加速方面的改造，會(huì )使本來(lái)蠕變超差 的傳感器，由于測力機的加/卸載時(shí)間的延長(cháng)后， 指標明顯要變好許多，特別是使蠕變恢復誤差的 “變好”的假象更突出，這種測試和評定蠕變的做 法是不合理的，另外，按照中國北京計量院測力 室專(zhuān)家給我們的指導意見(jiàn)：只有盡量縮小測力機 的加/卸載所發(fā)生的時(shí)間，并使穩定讀數所需的時(shí) 間占整個(gè)規定時(shí)間的1/2或以上，這樣在做蠕變試 驗時(shí)，才可使傳感器在讀數前產(chǎn)生充分的變形,從而降低蠕變指標容易超差的可能。

3.2在生產(chǎn)過(guò)程中，我們認為：對于測試傳 感器的蠕變，應注意兩點(diǎn)：即當日初測蠕變，次 日復測蠕變?，F以懸臂梁鋼件500Kg量程，輸出 3mV/V的傳感器為例，說(shuō)明其實(shí)際意義。在傳感 器經(jīng)過(guò)焊接膜片及超載預壓工序后，我們依次進(jìn) 行當日初測蠕變和次日復測蠕變，其數據如表4所 示.

從表4可以看出，次日復測的蠕變和蠕變恢 復數據和當日初測的數據有明顯的不同。我們認 為，當日初測蠕變的目的是為了更真實(shí)準確的復 測蠕變指標，真正意義上的測試和評定只能以復 測蠕變的數據作為參考依據，所以在批量生產(chǎn)前， 應事先就將其作為測評和調整工藝的考慮因素之 一，對于不同的傳感器，應同樣分析比較這些數 據的規律性及變化方向，才有可能更好的確定傳 感器蠕變的真實(shí)指標，否則容易形成誤判，特別 是對于高精度傳感器來(lái)說(shuō)，在測試時(shí)應予以重視。 需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，這里所說(shuō)的復測不單是指一 次，有時(shí)應該是多次去復測，才能達到準確測量 的目的。

4.重提一下對影響稱(chēng)重傳感器蠕變誤差的一 些實(shí)際因素

(1)傳感器的貼片工藝及工藝執行力。如： 貼片室的溫濕度控制及清潔程度；貼片膠的流動(dòng) 性、密封性、存放條件、保質(zhì)期、使用頻率；彈 性體特別是貼片位置的干燥干凈程度、光潔度； 刷膠的厚度；晾膠時(shí)間；擠膠的力度與均勻性； 覆蓋膜的厚度、形狀及大小等。

(2）傳感器的加壓固化工藝及工藝執行力。 如硅橡膠皮的質(zhì)量；硅橡膠皮的厚度、裁剪尺寸、 干燥干凈程度；合理的加壓夾具；加壓壓力的大 ??；固化烘箱內夾具之間的相互間隔及數量；烘 箱的升溫速度；固化溫度和時(shí)間等。

（3）傳感器的組橋工藝及工藝執行力。 重點(diǎn) 是焊點(diǎn)的質(zhì)量和整個(gè)工序的清洗質(zhì)量；其次是連 線(xiàn)端子或接線(xiàn)板的設計及安裝位置；漆包線(xiàn)的松 緊等.

(4）傳感器的密封工藝及工藝執行力。如密 封膠的成份、軟硬度、涂覆厚度、粘接力、使用 溫度；涂膠工序的溫濕度控制及清潔程度等。

(5）測試環(huán)境和條件（包括恒定的溫度、振 動(dòng)因素、合理的測試工裝、穩定和高精度的顯示 儀表、接線(xiàn)夾子的可靠性）等

(6）傳感器應變梁結構及尺寸的影響。

(7）應變計的阻值、敏感柵的尺寸、覆蓋層 的影響及應變計的時(shí)效老化處理工藝的影響等。

(8彈性體的時(shí)效熱處理工藝的影響。

四、結束語(yǔ)

本文只是根據多年的工作經(jīng)驗和對傳感器的 認識進(jìn)行一些總結，僅為和行內同志一起學(xué)習和 探討，我們許多應變計和傳感器業(yè)界前輩和專(zhuān)家 對此都有深入的研究和講解，各同行廠(chǎng)家對此都 有自己不同的認識和做法，故不再盡述。影響稱(chēng) 重傳感器的蠕變誤差的實(shí)際因素是很多的，在制 作傳感器過(guò)程中，只有更多的重視傳感器現場(chǎng)制 造工藝的重要性，從生產(chǎn)作業(yè)流程中，多檢查試 驗、多分析總結，并借助必要的工藝調整手段和 方法，才能更有效的控制稱(chēng)重傳感器的蠕變指標。

由于水平有限，所述內容難免缺點(diǎn)和錯漏， 敬請業(yè)界前輩和專(zhuān)家給予指正。