本文通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，繪出地磅稱重傳感器疲勞超壓蠕變、零漂，非線性失 真、重復(fù)性差、滯后五種平均值隨時(shí)間的變化曲線圖，總結(jié)超載加壓對(duì)稱重傳感器參數(shù)的影 響情況。

一、前言

稱重傳感器10萬(wàn)次以上的加卸載疲勞試驗(yàn)， 不僅能檢驗(yàn)稱重傳感器和應(yīng)變計(jì)的預(yù)期使用壽命； 還可以把各種有缺陷的應(yīng)變計(jì)貼在彈性體上或等 應(yīng)變梁上做疲勞試驗(yàn)或超載疲勞試驗(yàn)，以便檢驗(yàn) 各種缺陷對(duì)應(yīng)變計(jì)和稱重傳感器的使用可能產(chǎn)生 的影響，從而使這些檢驗(yàn)規(guī)范有更充分的實(shí)踐基 礎(chǔ)。在超載加壓的疲勞試驗(yàn)中，稱重傳感器的性 能參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，有些參數(shù)還有變好的趨勢(shì)。 因此超載疲勞試驗(yàn)也可作為改善稱重傳感器性能 的一項(xiàng)輔助手段，現(xiàn)在就來(lái)看一看超載加壓對(duì)稱 重傳感器參數(shù)的影響情況。

二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)1

我們把成品稱重傳感器分為五組，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(cè)試，數(shù)據(jù)如表1 所示。但由于五組稱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(shù)據(jù)1的分析

由表1可以看出，對(duì)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(cè)得的值與未加壓時(shí) 所測(cè)得的值之間的差值的變化。由表1的數(shù)據(jù)經(jīng) 過(guò)整理之后畫(huà)成曲線，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(shù)如何， 在壓后稱重傳感器的蠕變、零漂等均會(huì)有大幅度 增加，而滯后會(huì)有所下降，非線性誤差和重復(fù)性 則有升有降。下面做具體的分析。

(一）蠕變和零漂

在稱重傳感器加壓以后，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(duì)蠕變的影響差 不多，即近似在一條水平線上下波動(dòng)；當(dāng)壓到3.5 萬(wàn)次后會(huì)稍有減小，但仍然比成品稱重傳感器未 壓前增大了約207ppm，如圖1所示。零漂的變化 曲線和蠕變很相似，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 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(dāng)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(dāng)加壓次數(shù)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） 非線性誤差

疲勞加壓0.7萬(wàn)次時(shí)，非線性誤差比未壓前增 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)，線性誤差會(huì)比未壓前 減小19ppm左右；當(dāng)加壓次數(shù)增加到3.5萬(wàn)次時(shí)， 線性誤差只比未壓前減小8ppm，即有小量反彈。

(四）重復(fù)性

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

四、初步結(jié)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(fù)性和線性誤差，當(dāng)壓力為120%FS加壓 2.1萬(wàn)次后，滯后會(huì)減小57ppm，重復(fù)性減小 1ppm，線性誤差減小19ppm。當(dāng)加壓次數(shù)為2.8 萬(wàn)次后，滯后減小56ppm，重復(fù)性減小12ppm, 線性減小18ppm。如單純對(duì)比這三項(xiàng)參數(shù)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(shù)來(lái)調(diào)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)的疲勞 篩選手段。

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五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)2

我們對(duì)這些進(jìn)行過(guò)超載疲勞加壓的傳感器進(jìn) 行了參數(shù)跟蹤測(cè)試，看看這種篩選手段對(duì)稱重傳 感器是不是破壞性的。經(jīng)過(guò)疲勞篩選后的稱重傳 感器參數(shù)能否穩(wěn)定。

跟蹤測(cè)試的數(shù)據(jù)（略），數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理以后分 別按照蠕變、零漂、線性、重復(fù)性和滯后隨時(shí)間 的變化列成數(shù)據(jù)表（如表3-表7所示并畫(huà)成曲 線，而以加壓次數(shù)的多少作為參變量。每種加壓 次數(shù)畫(huà)一條5只稱重傳感器平均值的變化曲線， 共得出5組曲線族，分別為圖2-圖6。每個(gè)曲線 族中都包含5條曲線，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 稱重傳感器參數(shù)平均值的變化情況。

六、試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(cè)試，到6月15日第三 次測(cè)試的2個(gè)月內(nèi)，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(wěn)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(duì)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(nèi)是波動(dòng)上升期，2個(gè)月之后波動(dòng)減小（即上升趨緩），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(shù)值比蠕變稍小一些（也在 100ppm左右），類似于蠕變。在疲勞加壓3.5萬(wàn)次 的E組出現(xiàn)了和其他組曲線的明顯差異。

(三）非線性失真

非線性失真隨時(shí)間的變化曲線如圖4所示， 大致變化規(guī)律也是在壓后的3個(gè)月之內(nèi)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組非線性失真可減小20?40ppm，而A組和B組加壓次 數(shù)少，線性會(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組線性會(huì)增 大很多，是我們不希望要的反常的類型。

 (四）重復(fù)性

重復(fù)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(duì)我們有利，其他的都不利。E組的曲線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)次之后也能使稱重傳感器的滯后減小50~60ppm。 加壓次數(shù)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(jié)論

疲勞加壓篩選不僅能使傳感器的參數(shù)穩(wěn)定減少波動(dòng)的幅度），更主要的是它能使稱重傳感 器的滯后減小50~60ppm (或者更多）。我們對(duì)加 壓后的稱重傳感器進(jìn)行了四個(gè)多月的跟蹤測(cè)試， 只要加壓力度控制在120%FS加壓2.1?2.8萬(wàn)次以 內(nèi)，就沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)稱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)行疲勞加壓的稱重傳感器，應(yīng)該選擇應(yīng)變 計(jì)預(yù)留-150ppm的余量。如果要考慮彈性體的高 溫存貯和稱重傳感器的高溫電老化，則應(yīng)選擇應(yīng) 變計(jì)在成品時(shí)的蠕變?yōu)?/span>-250ppm左右。這可以作 為稱重傳感器的一項(xiàng)有效的篩選手段，特別是對(duì)于 1/10000以上精度傳感器尤為有效。建議標(biāo)準(zhǔn)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(duì)稱重傳感器進(jìn)行疲勞篩選 和高溫電老化以及對(duì)彈性體的高溫存貯的設(shè)想和劉 九卿先生的關(guān)于稱重傳感器可靠性設(shè)計(jì)與控制[1]的 想法是不謀而合的。但從我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看加壓 10000次，還未達(dá)到最佳加壓次數(shù)，當(dāng)然他是泛 指，我是對(duì)特定的稱重傳感器，這也有差異。

八、疲勞試驗(yàn)機(jī)簡(jiǎn)介

疲勞試驗(yàn)機(jī)是我們自己設(shè)計(jì)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(diào)速馬達(dá)1的轉(zhuǎn)速在20- 1200轉(zhuǎn)/分可調(diào)，通 過(guò)皮帶2帶動(dòng)主軸3旋轉(zhuǎn)，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(duì)其下方放置的稱 重傳感器或貼有應(yīng)變計(jì)的等應(yīng)變梁施加重力。主 軸上裝有電子計(jì)數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈記一次數(shù)，可以 清零，也可累加。這套裝置可以同時(shí)對(duì)幾只稱重 傳感器進(jìn)行不同應(yīng)力大小的疲勞加載試驗(yàn)，使用 起來(lái)很方便。由于兩根懸臂梁相對(duì)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(dá)舉起總量的效率。