淺談扭環(huán)式測力傳感器
扭環(huán)式稱重傳感器 量程從 1t 到 470t可以為平臺秤，汽車衡和過程稱重提供完美的解決方案，可以覆蓋幾乎所有過程稱重的所有領(lǐng)域。測力要求力值測量的作用力力線與傳感器受力同軸，因此，測力傳感器大都采用輪輻式、扭環(huán)式、柱式等結(jié)構(gòu)，在一些場合，也有用S型傳感器替代使用的。
扭環(huán)式由于可以在度高度空間使用，因此，大都精密機械設(shè)備及檢測場合，使用較多。下面，簡要說明扭環(huán)式測力傳感器構(gòu)成及工作原理，便于正確選擇，如量程、信號處理、等等，避免不必要的測量誤差，以及由此產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量問題。
我們可以從以下幾個方面判斷扭環(huán)式稱重傳感的設(shè)計及技術(shù)參數(shù)是否符合使用要求：
l金屬彈性體：看起來只是個金屬，但這才是受力載體，彈性體的材質(zhì)，是傳感器受力強度、耐久性、零點、線性、蠕變性、抗過載、等等技術(shù)性能可靠的保證。
l簡單測試方法：保持受力30分鐘，卸載后，觀察零點恢復(fù)速度及歸零時間。
l固定螺孔：有無固定螺孔，在微型傳感器上的螺孔，不僅要求金屬材質(zhì)，而且加工難度大大增加，尤其17-4PH不銹鋼的加工。
l受力端點R：這個是標(biāo)志性區(qū)分。普通加工為簡單平面，沒有弧面，這樣，根本無法保證受力的一致性，不能弧面切點受力，受力壓強隨受力面變化而變化。
l高度及直徑：由于微型傳感器，金屬彈性體體積限制，所受到的力的大小，將直接影響金屬承載能力。
一些制造商，通過增加直徑來降低高度，這樣，受力就容易產(chǎn)生共振，長期負載也容易屈服損壞。一般，直徑與高度比為2:1左右。制作難度以直徑φ10為判斷。直徑φ20以上的，制作難度，大大降低。因為，應(yīng)變計相對也制作簡單。
l應(yīng)變計：直徑φ10以下，只有進口產(chǎn)品。φ20的，有國產(chǎn)產(chǎn)品替代。因此，傳感器的直徑大小，也是判斷傳感器制造能力的典型標(biāo)記。
扭環(huán)式稱重傳感器工作原理：
彈性體受力形變，粘貼在彈性體上的電阻應(yīng)變計（四片組成惠氏登電橋）形變，電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，因為激勵電壓為恒定值，因此，信號端產(chǎn)生相應(yīng)平衡電壓。
扭環(huán)式稱重傳感器測量原理：
傳感器信號處理器，經(jīng)過低通濾波、放大，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將原始電壓信號處理成可以測量的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號或可以運算的數(shù)字信號。
出線孔：出線孔的保護，說明傳感器電纜線的質(zhì)量，如果是防折斷高質(zhì)量電纜，是不需要加保護裝置，影響彈性體應(yīng)變。
以上，簡單介紹了扭環(huán)式測力傳感器的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、一些制造設(shè)計信息，供技術(shù)人員選型判斷傳感器的選型和使用。以免被偽技術(shù)、偽參數(shù)混亂；
影響測扭環(huán)式稱重傳感器穩(wěn)定性的8大因素：
影響測力傳感器穩(wěn)定性的因素較多，歸納起來主要有：
1:測力傳感器的結(jié)構(gòu)
測力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設(shè)計，都必須保證受載后在結(jié)構(gòu)上不產(chǎn)生性能波動，或性能波動很小，為此在測力傳感器設(shè)計時，應(yīng)盡量作到應(yīng)變區(qū)受力單一，應(yīng)力均勻一致；貼片部位為平面；在結(jié)構(gòu)上保證具有一定的抗偏心載荷和側(cè)向載荷的能力；安裝力遠離應(yīng)變區(qū)，測量時應(yīng)避免載荷支承點的位移。盡管測力傳感器屬于裝配制造產(chǎn)品，但為了保證具有技術(shù)性能和長期穩(wěn)定性，盡可能將它設(shè)計成一個整體結(jié)構(gòu)。
2:彈性元件的金屬材料
彈性元件的金屬材料對測力傳感器的綜合性能和長期穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。應(yīng)選擇強度極限和彈性極限高，彈性模量的時間、溫度穩(wěn)定性好，彈性滯后小，機械加工和熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力小的材料。有資料表明:只要材料淬火后的塑性好，它在機械加工和熱處理后的殘余應(yīng)力就小。還要特別重視彈性模量隨時間的穩(wěn)定性，要求在測力傳感器使用壽命期間內(nèi)材料的彈性模具不發(fā)生變化。
3:機械加工與熱處理工藝
彈性元件在機械加工過程中，由于表面變形的不均勻產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，切削用量越大，殘余應(yīng)力就越大，磨削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大。因此應(yīng)制訂合理的加工工藝和規(guī)定適當(dāng)?shù)那邢饔昧?。彈性元件在熱處理過程中，由于冷卻溫度不均勻和金屬材料相變等原因，在芯部和表層產(chǎn)生方向不同的殘余應(yīng)力，其芯部為拉應(yīng)力，表層為壓應(yīng)力。必須通過回火處理工藝，在其內(nèi)部產(chǎn)生方向相反的應(yīng)力，與殘余應(yīng)力相互抵消，減少殘余應(yīng)力的影響。
4:電阻應(yīng)變計與應(yīng)變粘結(jié)劑
電阻應(yīng)變計應(yīng)具有佳性能，要求靈敏系數(shù)穩(wěn)定性好，熱輸出小，機械滯后和蠕變小，應(yīng)變量為1000×10-6時疲勞壽命可達108，電阻值偏差小，批次質(zhì)量均一性好等。應(yīng)變粘結(jié)劑應(yīng)具有粘結(jié)強度大，抗剪強度高；彈性模量較大且穩(wěn)定；電絕緣性能好；具有與彈性元件相同或相近的熱膨脹系數(shù)；蠕變和滯后??；固化時膠層體積收縮小等。粘貼電阻應(yīng)變計時一定要嚴格控制膠層厚度，因為粘結(jié)強度隨膠層厚度的增加而降低。
這是由于薄的膠層需要更大的應(yīng)力才能變形，不易產(chǎn)生流動和蠕變，界面上的內(nèi)應(yīng)力很小，產(chǎn)生氣泡和缺陷的幾率也比較小，應(yīng)變傳遞性能好，只要防護密封合理就可達到較高的穩(wěn)定性水平。
5:制造工藝流程
應(yīng)變式測力傳感器的工作原理和總體結(jié)構(gòu)決定了，在生產(chǎn)工藝流程中有些工序必須手工操作，人為的因素對測力傳感器的質(zhì)量影響較大。因此必須制訂科學(xué)合理并可重復(fù)的制造工藝流程，并在其中增加電子計算機控制的自動化或半自動化工序，盡量減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
6:電路補償與調(diào)整
應(yīng)變式測力傳感器屬于裝配制造，貼片組橋后就形成了產(chǎn)品，由于內(nèi)部不可避免的產(chǎn)生一些缺陷和外界環(huán)境條件的影響，測力傳感器的某些性能指標(biāo)達不到設(shè)計要求，因此必須進行各項電路補償與調(diào)整，提高測力傳感器本身的穩(wěn)定性和對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性。完善而精細的電路補償工藝，是提高測力傳感器穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。
7:防護與密封
防護與密封是測力傳感器制造工藝流程中的要害工序，是測力傳感器耐受客觀環(huán)境和感應(yīng)環(huán)境影響而能穩(wěn)定可靠工作的根本保障。如果防護密封不良，粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計及應(yīng)變粘結(jié)劑膠層，都會吸收空氣中的水分而產(chǎn)生增塑，造成粘結(jié)強度和剛度下降，引起零點漂移和輸出無規(guī)律變化，直至測力傳感器失效。
因此有效的防護密封是測力傳感器長期穩(wěn)定工作的根本保證，否則將使各項工藝成果前功盡棄。
8:穩(wěn)定性處理 （人工老煉試驗）
提高測力傳感器的穩(wěn)定性除處理好上述各種因素的影響外，最重要的途徑就是采取各種技術(shù)措施和工藝手段，模擬使用條件進行有效的人工老練試驗，盡量多的釋放殘余應(yīng)力使其性能波動減至最小。
