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、補償電阻和外殼組成，可根據(jù)具體測量要求設(shè)計 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溫 應(yīng)變計等。電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點是精度高，測 量范圍廣、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、頻響特性好，能在惡劣 條件下工作，易于實現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化 等。它的缺點是對于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出 信號較弱，但可采取一定的補償措施。電阻應(yīng)變式 傳感器廣泛應(yīng)用于自動測試和控制技術(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)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換 為電信號電壓或電流），從而完成了將外力變換為 電信號的過程，即可以測量力、壓力、扭矩、位移、力口 速度和溫度等多種物理量。由此可見，電阻應(yīng)變片、

彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變式稱重傳感器中不可 缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。

2.1電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊 有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。它的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。

2.2彈性體

彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能 有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外 力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生 一個高品質(zhì)的應(yīng)變場區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng) 變片比較理想的完成應(yīng)變電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。

2.3檢測電路

檢測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?；菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點，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 的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，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)為它沒有信號輸出,或者 輸出信號異常是一種故障,同樣傳感器的輸出信號 隨時間、溫度的變化而變化也是一種故障。目前電 阻應(yīng)變片傳感器在地磅的使用中出現(xiàn)故障原 因,主要在以下三個方面：

3.1絕緣電阻低

主要表現(xiàn)在內(nèi)絕緣”及外絕緣”。“外絕緣”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，傳感器的絕緣電阻將會很快被損壞， 使應(yīng)變孔內(nèi)各電阻器件之間遭到破壞。“內(nèi)絕緣”主 要在于完成總體組裝清洗后有殘余酒精未完全揮 發(fā)，應(yīng)變計上有殘余松香或應(yīng)變計兩焊點間有殘余 松香未清洗干凈。

3.2角差

靈敏度的不一致性：靈敏度是滿量程的輸出 電壓與激勵電壓之比。補償方法是在供橋回路中串 入相對應(yīng)的電阻，有效的降低供橋電壓，使靈敏度達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)值2mv/v±0.1%)之間。

輸入電阻的不一致性：靈敏度補償后，傳感器 輸入電阻往往與標(biāo)準(zhǔn)值762 Q或382屮差別很大， 為了使輸入電阻一致，可在輸入紅、白）線間并聯(lián)一 個電阻。

各個傳感器的鋼球因高差太大導(dǎo)致受力時承 力不均，造成很大的角差。

傳感器的底座與秤臺或基礎(chǔ)未緊固，使用中 在地磅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。

惠斯登電橋的不對稱性。

3.3零點飄移

1）現(xiàn)場的力使傳感器的零點在較大的范圍內(nèi)變 化，主要分為三類：一只傳感器或一臺秤上所有傳感 器的零點發(fā)生較大范圍內(nèi)變化，一般在±1000uv 左右；一旦出現(xiàn)事故，儀表溢出，無法進(jìn)行工作，檢測 傳感器的零點高達(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變化在檢測時有 一很有用的規(guī)律：承受拉伸應(yīng)力的應(yīng)變計阻值明顯 變大，承受壓縮應(yīng)力的應(yīng)變計阻值明顯變小，并且阻 值的變化呈對稱性。

2）應(yīng)變計絕緣電阻低引起零點變化。應(yīng)變計長 期受潮氣影響，基底吸潮而降低與彈性體之間的絕

緣電阻，導(dǎo)致應(yīng)變片電阻的變化，使零點產(chǎn)生變化。

3)應(yīng)變計焊點虛焊及各連接導(dǎo)線虛焊均能引起 零點飄移。

3.4斷橋現(xiàn)象

潮濕的環(huán)境會引起應(yīng)變計敏感絲柵腐蝕，導(dǎo) 致最終斷裂，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)變計受潮，出現(xiàn)橋臂斷現(xiàn)象。

應(yīng)變計絲柵燒斷，補償電阻燒斷。

在雷擊或秤臺上進(jìn)行電焊產(chǎn)生的電壓過高， 超過應(yīng)變計基底的擊穿強度把最薄弱的應(yīng)變計擊 穿，絲柵燒斷。

傳感器在制作過程中，各高溫導(dǎo)線橋臂及應(yīng) 變計聯(lián)接銀絲虛焊會因傳感器使用中的頻繁振動導(dǎo) 致高溫線斷或應(yīng)變計聯(lián)接銀絲脫落，出現(xiàn)橋臂斷。

4.結(jié)束語

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，如安裝時把防水接頭砸斷或?qū)Ь€拉斷; 或者鋼球破裂，秤臺倒下把傳感器壓壞；還有防水接 頭把導(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；或儀表溢出或零點超大或牽動電纜 線時儀表示值亂跳。影響地磅稱重精度的因 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。