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地磅称重传感器疲劳加压试验小结

时间:2018-01-12 15:10 来源: 点击数:

本文通过对数据的分析,绘出地磅称重传感器疲劳超压蠕变、零漂,非线性失 真、重复性差、滞后五种平均值随时间的变化曲线图,总结超载加压对称重传感器参数的影 响情况。

一、前言

称重传感器10万次以上的加卸载疲劳试验, 不仅能检验称重传感器和应变计的预期使用寿命; 还可以把各种有缺陷的应变计贴在弹性体上或等 应变梁上做疲劳试验或超载疲劳试验,以便检验 各种缺陷对应变计和称重传感器的使用可能产生 的影响,从而使这些检验规范有更充分的实践基 础。在超载加压的疲劳试验中,称重传感器的性 能参数会发生改变,有些参数还有变好的趋势。 因此超载疲劳试验也可作为改善称重传感器性能 的一项辅助手段,现在就来看一看超载加压对称 重传感器参数的影响情况。

二、试验数据1

我们把成品称重传感器分为五组,每组5只, 120%FS的重量分别加压7000次、1.4万次 2.1万次、2.8万次和3.5万次后测试,数据如表1 所示。但由于五组称重传感器的初始条件不同, 所以我们采用了取其增量进行比较的方法。

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三、数据1的分析

由表1可以看出,对于成品,加压7000次以 后,再加压到1.4万次、2.1万次、2.8万次和3.5 万次,每加压7000次后,所测得的值与未加压时 所测得的值之间的差值的变化。由表1的数据经 过整理之后画成曲线,如表2、图1所示。由图1 可以看到,经过加压后,不管加压的次数如何, 在压后称重传感器的蠕变、零漂等均会有大幅度 增加,而滞后会有所下降,非线性误差和重复性 则有升有降。下面做具体的分析。

(一)蠕变和零漂

在称重传感器加压以后,蠕变和零漂都往正 的方向增大。压0.7万次后蠕变大约往正的方向增 250ppm0.7?2.8万次之间对蠕变的影响差 不多,即近似在一条水平线上下波动;当压到3.5 万次后会稍有减小,但仍然比成品称重传感器未 压前增大了约207ppm如图1所示。零漂的变化 曲线和蠕变很相似,只是波动范围稍小一些。

(二)滞后

我们希望通过疲劳加压来减小滞后以提高称 重传感器的精度。疲劳加压0.7?1.4万次时,滞后 只减小6~8ppm此后还会逐渐增大一些。而当加 2.1?2.8万次时,滞后会比未加压时减小56ppm 左右,再自然存放二、三个月之后,滞后的改善 还很有效。当加压次数增加到3.5万次时,滞后反 而会有少量反弹,再自然存放一段时间之后,滞 后的改善也不大。

(三) 非线性误差

疲劳加压0.7万次时,非线性误差比未压前增  约 5ppm 加 压 1.4 万 次 时 , 比 未 压 前 减  4ppm加压2.1?2.8万次时,线性误差会比未压前 减小19ppm左右;当加压次数增加到3.5万次时, 线性误差只比未压前减小8ppm即有小量反弹。

(四)重复性

加压次数为0.7?2.8万次时,重复性的增量从 正到负会有十几ppm的起伏;加压到3.5万次时, 重复性会有所反弹,即比未压前增大33ppm

四、初步结论

疲劳加压的目的是希望通过超载加压来减小 滞后、重复性和线性误差,当压力为120%FS加压 2.1万次后,滞后会减小57ppm重复性减小 1ppm线性误差减小19ppm当加压次数为2.8 万次后,滞后减小56ppm重复性减小12ppm, 线性减小18ppm如单纯对比这三项参数来考虑, 我们会选择疲劳加压2.8万次作为有效的筛选手 段。但是再考虑到相接近的效果要更省时省力, 以及筛选手段要留有一定余地,以便必要时还可 以增加疲劳加压次数来调节筛选效果。这样我们 就会选择120%FS2.1万次加压作为标准的疲劳 筛选手段

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五、试验数据2

我们对这些进行过超载疲劳加压的传感器进 行了参数跟踪测试,看看这种筛选手段对称重传 感器是不是破坏性的。经过疲劳筛选后的称重传 感器参数能否稳定。

跟踪测试的数据(略),数据经过整理以后分 别按照蠕变、零漂、线性、重复性和滞后随时间 的变化列成数据表(如表3-表7所示并画成曲 线,而以加压次数的多少作为参变量。每种加压 次数画一条5只称重传感器平均值的变化曲线, 共得出5组曲线族,分别为图2-图6。每个曲线 族中都包含5条曲线,它们分别表示加120%FS 力压0.7万次?3.5万次之间的疲劳加压之后5 称重传感器参数平均值的变化情况。

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六、试验数据的分析

()蠕变

蠕变随时间的变化如图2所示,从4月6 加压后,4月16日第一次测试,到6月15日第三 次测试的2个月内,蠕变都是波动上升向正的 方向增大。

其中:A组(压0.7万次)平均增大了 73ppm

B组(压1.4万次平均增大了 128ppm;

C组(压2.1万次平均增大了 124ppm;

D组(压2.8万次平均增大了 132ppm;

E组(压3.5万次平均增大了 108ppm

在疲劳加压2个月之后进入稳定期,从6 15日?7月6日的21天中,A组?D组都基本不 变或略有下降,只有E组(压3.5万次是仍然上 升的。相对其他四组来说,就是反常的,从7月6 日以后又进入向下的波动期。

()零漂

零点漂移的变化如图3所示,零漂的变化和 蠕变很相似,即疲劳加压后2个月内是波动上升期,2个月之后波动减小(即上升趋缓,从7 6日即加压3个月)之后,零漂进入波动下降 期,只是零漂的变化数值比蠕变稍小一些(也在 100ppm左右),类似于蠕变。在疲劳加压3.5万次 E组出现了和其他组曲线的明显差异。

()非线性失真

非线性失真随时间的变化曲线如图4所示, 大致变化规律也是在压后的3个月之内属于下降 (或上升)期,之后进入相反的上升(或下降) 期。其中加压2.1万次和2.8万次的C组和D组非线性失真可减小20?40ppmA组和B组加压次 数少,线性会增大?组)或稍减小A组),但都不是我们所期望的。压3.5万次的E组线性会增 大很多,是我们不希望要的反常的类型

 ()重复性

重复性随时间的变化如图5所示,它的变化也是波动性的,只有C组和D组的变化对我们有利,其他的都不利。E组的曲线也和其他组差异很大。

()滞后

滞后随时间的变化如图6所示,这些变化也 是波动的。我们所期望的是通过疲劳加压来减小 滞后,从曲线看,D组(压2.8万次最好。加压 后能使滞后下降50~70ppm; C组次之,压2.1万次之后也能使称重传感器的滞后减小50~60ppm 加压次数少了,滞后下降较少,作用不大。加压 3.5万次的E组仍然和其他组差异较大。

七、结论

疲劳加压筛选不仅能使传感器的参数稳定减少波动的幅度),更主要的是它能使称重传感 器的滞后减小50~60ppm (或者更多)。我们对加 压后的称重传感器进行了四个多月的跟踪测试, 只要加压力度控制在120%FS加压2.1?2.8万次以 内,就没有发现对称重传感器有任何的破坏作用。 由于疲劳加压后蠕变会增大100?120ppm建议凡 是要进行疲劳加压的称重传感器,应该选择应变 计预留-150ppm的余量。如果要考虑弹性体的高 温存贮和称重传感器的高温电老化,则应选择应 变计在成品时的蠕变为-250ppm左右。这可以作 为称重传感器的一项有效的筛选手段,特别是对于 1/10000以上精度传感器尤为有效。建议标准的筛 选工艺为加压120FS%,共进行2.5万次疲劳加压。 顺便提一句,我们关于对称重传感器进行疲劳筛选 和高温电老化以及对弹性体的高温存贮的设想和刘 九卿先生的关于称重传感器可靠性设计与控制[1] 想法是不谋而合的。但从我们的试验数据来看加压 10000次,还未达到最佳加压次数,当然他是泛 指,我是对特定的称重传感器,这也有差异。

八、疲劳试验机简介

疲劳试验机是我们自己设计制造的,最初只 有一根悬臂梁。其上有四个可以悬挂砝码的位置。 后来为了提高效率改成了有2根悬臂梁,可以同 时工作,可有8个悬挂砝码的工位,如图7所示。

调速马达1的转速在20- 1200转/分可调,通 过皮带2带动主轴3旋转,主轴上的两个凸轮4 分别控制两根悬臂梁抬起或降下,悬臂梁5上的 悬挂点6上悬挂的砝码就可以对其下方放置的称 重传感器或贴有应变计的等应变梁施加重力。主 轴上装有电子计数器,每转一圈记一次数,可以 清零,也可累加。这套装置可以同时对几只称重 传感器进行不同应力大小的疲劳加载试验,使用 起来很方便。由于两根悬臂梁相对凸轮的位置一 个向上,一个向下,相互抵消平衡之后,可以提 高马达举起总量的效率