测力传感器的处理工艺

测力传感器的处理工艺

由于弹性元件在毛坯锻造、机械加工、热处理、表面打磨、电阻应变计粘贴和加压固化等工艺过程中产生各种残余应力，随着时间和使用条件的变化不断松弛释放，而造成测力传感器的性能波动，主要表现在零点和灵敏度不稳定。
为使测力传感器在生产过程中渡过初始不稳定期，采用工艺手段模拟各种使用条件进行试验，使其尽快稳定的工艺称为稳定性处理，也称人工老炼试验。测力传感器释放残余应力的稳定性处理方法，除制造工艺流程中常用的温度老化和电老化处理外，主要有两种方法，即热处理法和机械法。
1、热处理法
多应用于铝合金测力传感器，在毛坯加工成弹性元件后进行，主要有反淬火法、冷热循环法和恒温时效法。
（1） 反淬火法
国内也称深冷急热法。将铝合金弹性元件置于-196℃的液氮中，保温12小时后，迅速用新生的高速蒸汽喷射或放入沸水之中。因深冷与急热产生的应力方向相反而相互抵消，达到释放残余应力的目的。试验表明，采用液氮———高速蒸汽法可降低残余应力84%，采用液氮———沸水法可降低残余应力50%。
（2） 冷热循环法
冷热循环稳定性处理工艺为- 196℃×4小时/190℃×4小时，循环3次，可使残余应力下降90%左右，并且组织结构稳定，微量塑性变形抗力高，尺寸稳定性好。释放残余应力的效果如此明显，一是因为加热时原子热运动能量增加，点阵畸变减小或消失，内应力下降，上限温度越高，原子热运动越大塑性越好，越有利于残余应力释放。二是因为冷热温度梯度产生的热应力与残余应力相互作用，使其重新分布而获得残余应力下降的效果。
（3） 恒温时效法
恒温时效即可消除机械加工产生的残余应力，又能消除热处理引入的残余应力。LY12硬铝合金在200℃高温下恒温时效时，残余应力释放与时效时间关系表明，保温24小时，可使残余应力下降50%左右。
2、机械法
机械法稳定性处理，多在测力传感器电路补偿与调整和防护密封后，基本形成产品时进行。主要工艺有脉动疲劳法、超载静压法和振动时效法。
（1） 脉动疲劳法
将测力传感器安装在低频疲劳试验机上，施加上限为额定载荷或120%额定载荷，以每秒3～5次的频率进行5000～10000次的循环。可有效的释放弹性元件、电阻应变计、应变粘结剂胶层的残余应力，提高零点和灵敏度稳定性的效果极为明显。
（2） 超载静压法
理论上适用于各种量程，但在实际生产中以铝合金小量程测力传感器应用较多。
其工艺是：在专用的标准砝码加载装置中或简易的机械螺旋加载设备上，对测力传感器施加125%额定载荷，保持4～8小时，或施加110%额定载荷，保持24小时，两种工艺都可以达到释放残余应力，提高零点和灵敏度稳定性的目的。由于超载静压工艺所用设备简单，成本低，效果好，为铝合金测力传感器制造企业广泛采用。
（3） 振动时效 （Vibratory Sterss Reliering） 法
将测力传感器安装在额定正弦推力满足振动时效要求的振动台上，根据称重传感器的额定量程估算频率，来决定施加的振动载荷、工作频率和振动时间。共振时效比振动时效释放残余应力的效果更好，但必须测量出测力传感器的固有频率。振动时效和共振时效工艺的特点是：能耗低，周期短，效果好，不损坏弹性元件表面，而且操作简单。振动时效的机理，目前尚无定论。国外专家提出的理论和观点有：塑性变形理论、疲劳理论、晶格错位滑移理论、能量观点及材料力学观点等。只是作出了不同程度的解释，但都没有充分的、有说服力的、权威性的试验证明。
这些理论和观点往往是相互交叉的，所以可认为振动时效的机理是一个复杂的过程。经过振动时效的试验研究，有些专家倾向于用材料力学的重复应力过载的观点，解释振动时效的机理。即作用在弹性元件上的振动应力与其内部的残余应力相互作用，使残余应力松弛并释放。