由于彈性元件在毛坯鍛造、機械加工、熱處理、表面打磨、電阻應變計粘貼和加壓固化等工藝過程中產生各種殘余應力,隨著時間和使用條件的變化不斷松弛釋放,而造成測力傳感器的性能波動,主要表現在零點和靈敏度不穩定。


      為使測力傳感器在生產過程中渡過初始不穩定期,采用工藝手段模擬各種使用條件進行試驗,使其盡快穩定的工藝稱為穩定性處理,也稱人工老煉試驗。測力傳感器釋放殘余應力的穩定性處理方法,除制造工藝流程中常用的溫度老化和電老化處理外,主要有兩種方法,即熱處理法和機械法。


1、熱處理法


      多應用于鋁合金測力傳感器,在毛坯加工成彈性元件后進行,主要有反淬火法、冷熱循環法和恒溫時效法。


(1) 反淬火法


     國內也稱深冷急熱法。將鋁合金彈性元件置于-196℃的液氮中,保溫12小時后,迅速用新生的高速蒸汽噴射或放入沸水之中。因深冷與急熱產生的應力方向相反而相互抵消,達到釋放殘余應力的目的。試驗表明,采用液氮———高速蒸汽法可降低殘余應力84%,采用液氮———沸水法可降低殘余應力50%。


(2) 冷熱循環法


      冷熱循環穩定性處理工藝為- 196℃×4小時/190℃×4小時,循環3次,可使殘余應力下降90%左右,并且組織結構穩定,微量塑性變形抗力高,尺寸穩定性好。釋放殘余應力的效果如此明顯,一是因為加熱時原子熱運動能量增加,點陣畸變減小或消失,內應力下降,上限溫度越高,原子熱運動越大塑性越好,越有利于殘余應力釋放。二是因為冷熱溫度梯度產生的熱應力與殘余應力相互作用,使其重新分布而獲得殘余應力下降的效果。


(3) 恒溫時效法


      恒溫時效即可消除機械加工產生的殘余應力,又能消除熱處理引入的殘余應力。LY12硬鋁合金在200℃高溫下恒溫時效時,殘余應力釋放與時效時間關系表明,保溫24小時,可使殘余應力下降50%左右。


2、機械法


     機械法穩定性處理,多在測力傳感器電路補償與調整和防護密封后,基本形成產品時進行。主要工藝有脈動疲勞法、超載靜壓法和振動時效法。


(1) 脈動疲勞法


      將測力傳感器安裝在低頻疲勞試驗機上,施加上限為額定載荷或120%額定載荷,以每秒3~5次的頻率進行5000~10000次的循環。可有效的釋放彈性元件、電阻應變計、應變粘結劑膠層的殘余應力,提高零點和靈敏度穩定性的效果極為明顯。


(2) 超載靜壓法


      理論上適用于各種量程,但在實際生產中以鋁合金小量程測力傳感器應用較多。


      其工藝是:在專用的標準砝碼加載裝置中或簡易的機械螺旋加載設備上,對測力傳感器施加125%額定載荷,保持4~8小時,或施加110%額定載荷,保持24小時,兩種工藝都可以達到釋放殘余應力,提高零點和靈敏度穩定性的目的。由于超載靜壓工藝所用設備簡單,成本低,效果好,為鋁合金測力傳感器制造企業廣泛采用。


(3) 振動時效 (Vibratory Sterss Reliering) 法


      將測力傳感器安裝在額定正弦推力滿足振動時效要求的振動臺上,根據稱重傳感器的額定量程估算頻率,來決定施加的振動載荷、工作頻率和振動時間。共振時效比振動時效釋放殘余應力的效果更好,但必須測量出測力傳感器的固有頻率。振動時效和共振時效工藝的特點是:能耗低,周期短,效果好,不損壞彈性元件表面,而且操作簡單。振動時效的機理,目前尚無定論。國外專家提出的理論和觀點有:塑性變形理論、疲勞理論、晶格錯位滑移理論、能量觀點及材料力學觀點等。只是作出了不同程度的解釋,但都沒有充分的、有說服力的、權威性的試驗證明。


      這些理論和觀點往往是相互交叉的,所以可認為振動時效的機理是一個復雜的過程。經過振動時效的試驗研究,有些專家傾向于用材料力學的重復應力過載的觀點,解釋振動時效的機理。即作用在彈性元件上的振動應力與其內部的殘余應力相互作用,使殘余應力松弛并釋放。


      深圳市鴻瑞傳感儀器有限公司主要從事于微型測力傳感器、高精度稱重傳感器、S型傳感器、懸臂梁傳感器、多維力傳感器、張力傳感器、變送器、控制儀表的研發生產及提供系統工程控制的解決方案。服務熱線 :0755-26952438