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電阻應(yīng)變式傳感器在電子汽車衡應(yīng)
本文論述了電阻應(yīng)變片傳感器的工作原理和主要組成部分。詳細(xì)介紹了電阻應(yīng)變片傳感器在地磅應(yīng)用過程中出現(xiàn)的故障，分析原因提出了解決的辦法。
1.序言
電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件、電阻應(yīng)變 計(jì)、補(bǔ)償電阻和外殼組成，可根據(jù)具體測(cè)量要求設(shè)計(jì) 成多種結(jié)構(gòu)形式。常用的電阻應(yīng)變式傳感器有應(yīng)變 式測(cè)力傳感器、應(yīng)變式壓力傳感器、應(yīng)變式扭矩傳感 器、應(yīng)變式位移傳感器、應(yīng)變式加速度傳感器和測(cè)溫 應(yīng)變計(jì)等。電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè) 量范圍廣、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻響特性好，能在惡劣 條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化 等。它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出 信號(hào)較弱，但可采取定的補(bǔ)償措施。電阻應(yīng)變式 傳感器廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試和控制技術(shù)中。
2.電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理
電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是：彈性體彈性元件，敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼 在他表面的電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變 形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化增大 或減小),再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這電阻變化轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)電壓或電流)，從而完成了將外力變換為 電信號(hào)的過程，即可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移、加 速度和溫度等多種物理量。由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可 缺少的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述。
2.1電阻應(yīng)變片
電阻應(yīng)變片是把根電阻絲機(jī)械的分布在塊有機(jī)材料制成的基底上，即成為片應(yīng)變片。它的個(gè)重要參數(shù)是是靈敏系數(shù)K。
2.2彈性體
彈性體是個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能 有兩個(gè)， 先是它承受稱重傳感器所受的外力，對(duì)外 力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對(duì)靜平衡;其次，它要產(chǎn)生 個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)區(qū))，使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng) 變片比較理想的完成應(yīng)變電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。
2.3檢測(cè)電路
檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn) 變?yōu)殡妷狠敵??；菟沟请姌蚩梢詼y(cè)量電阻、電容、電 感、溫度、頻率、及壓力等許多物理量，其電路圖如圖 1所示。惠斯登電橋具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度 變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的 解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在 稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。全橋式等臂電橋 的靈敏度高，各臂參數(shù)致，各種干擾的影響容易 相互抵消，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。
3.電阻應(yīng)變式傳感器在應(yīng)用中的故障分析
就傳感器而言，不僅認(rèn)為它沒有信號(hào)輸出,或者 輸出信號(hào)異常是種故障,同樣傳感器的輸出信號(hào) 隨時(shí)間、溫度的變化而變化也是種故障。目前電 阻應(yīng)變片傳感器在電子汽車衡的使用中出現(xiàn)故障原 因,主要在以下三個(gè)方面：
3.1緣電阻低
主要表現(xiàn)在內(nèi)緣”及外緣”。“外緣”主 要表現(xiàn)在激光焊接防水性能差。遇到惡劣環(huán)境，如 被水淋或水淹，傳感器的緣電阻將會(huì)很快被損壞， 使應(yīng)變孔內(nèi)各電阻器件之間遭到破壞。“內(nèi)緣”主 要在于完成總體組裝清洗后有殘余酒精未*揮 發(fā)，應(yīng)變計(jì)上有殘余松香或應(yīng)變計(jì)兩焊點(diǎn)間有殘余 松香未清洗干凈。
3.2 角差
1)靈敏度的不致性：靈敏度是滿量程的輸出 電壓與激勵(lì)電壓之比。補(bǔ)償方法是在橋回路中串 入相對(duì)應(yīng)的電阻，有效的降低橋電壓，使靈敏度達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)值2mv/v±0.1%)之間。
2)輸入電阻的不致性：靈敏度補(bǔ)償后，傳感器 輸入電阻往往與標(biāo)準(zhǔn)值762 Q或382屮差別很大， 為了使輸入電阻致，可在輸入紅、白)線間并聯(lián) 個(gè)電阻。
3)各個(gè)傳感器的鋼球因高差太大導(dǎo)致受力時(shí)承 力不均，造成很大的角差。
4)傳感器的底座與秤臺(tái)或基礎(chǔ)未緊固，使用中 在汽車衡的沖力作用下傳感器產(chǎn)生位移，從而造成 鋼球的中心偏移，出現(xiàn)角差。
5)惠斯登電橋的不對(duì)稱性。
3.3零點(diǎn)飄移
1)現(xiàn)場(chǎng)的力使傳感器的零點(diǎn)在較大的范圍內(nèi)變 化，主要分為三類：只傳感器或臺(tái)秤上所有傳感 器的零點(diǎn)發(fā)生較大范圍內(nèi)變化，般在±1000uv 左右;旦出現(xiàn)事故，儀表溢出，無(wú)法進(jìn)行工作，檢測(cè) 傳感器的零點(diǎn)高達(dá)幾毫伏;傳感器巳明顯變形，有的 巳斷裂。
凡是傳感器因超載所引起零點(diǎn)變化在檢測(cè)時(shí)有 很有用的規(guī)律：承受拉伸應(yīng)力的應(yīng)變計(jì)阻值明顯 變大，承受壓縮應(yīng)力的應(yīng)變計(jì)阻值明顯變小，并且阻 值的變化呈對(duì)稱性。
2)應(yīng)變計(jì)緣電阻低引起零點(diǎn)變化。應(yīng)變計(jì)長(zhǎng) 期受潮氣影響，基底吸潮而降低與彈性體之間的緣電阻，導(dǎo)致應(yīng)變片電阻的變化，使零點(diǎn)產(chǎn)生變化。
3)應(yīng)變計(jì)焊點(diǎn)虛焊及各連接導(dǎo)線虛焊均能引起 零點(diǎn)飄移。
3.4斷橋現(xiàn)象
1)潮濕的環(huán)境會(huì)引起應(yīng)變計(jì)敏感絲柵腐蝕，導(dǎo) 致斷裂，主要原因是激光焊接及膠水密封性能 差，傳感器的使用環(huán)境惡劣，使應(yīng)變孔內(nèi)進(jìn)水或嚴(yán)重 受潮，導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)受潮，出現(xiàn)橋臂斷現(xiàn)象。
2)應(yīng)變計(jì)絲柵燒斷，補(bǔ)償電阻燒斷。
3)在雷擊或秤臺(tái)上進(jìn)行電焊產(chǎn)生的電壓過高， 超過應(yīng)變計(jì)基底的擊穿強(qiáng)度把薄弱的應(yīng)變計(jì)擊 穿，絲柵燒斷。
4)傳感器在制作過程中，各高溫導(dǎo)線橋臂及應(yīng) 變計(jì)聯(lián)接銀絲虛焊會(huì)因傳感器使用中的頻繁振動(dòng)導(dǎo) 致高溫線斷或應(yīng)變計(jì)聯(lián)接銀絲脫落，出現(xiàn)橋臂斷。
4.結(jié)束語(yǔ)
以上介紹的是電阻應(yīng)變式傳感器在地磅使用中出現(xiàn)的主要故障現(xiàn)象和原因，還有意外原因 引起的故障，如安裝時(shí)把防水接砸斷或?qū)Ь€拉斷; 或者鋼球破裂，秤臺(tái)倒下把傳感器壓壞;還有防水接 把導(dǎo)線卡得太緊，使原來正常的秤突然發(fā)現(xiàn)儀表 示值來回波動(dòng);或儀表溢出或零點(diǎn)超大或牽動(dòng)電纜 線時(shí)儀表示值亂跳。影響電子汽車衡稱重精度的因 素有很多，需要認(rèn)真分析可能產(chǎn)生故障的環(huán)節(jié)，以上 把電阻應(yīng)變式傳感器對(duì)稱體產(chǎn)生的影響總結(jié)出來， 并提出具體措施，保障了地磅長(zhǎng)期、穩(wěn)定的使 用，而且方便于技術(shù)人員在安裝和調(diào)試及故障維修 中借鑒。