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浅谈称重传感器的制造工艺 [复制链接]

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什么是称重传感器?

称重传感器是一种称量重量的装置,但是它与普通的称重器不一样,它是将物体的重量信号转换成电信号,通过电信号向人们显示物体重量的一种称重器。称重传感器的使用要充分考虑使用环境是否适合,不良的使用环境会影响它的工作。

称重传感器的工作原理和组成材料:

1:称重传感器原理:

由一个或多个能在受力后产生形变的弹性体,和能感应这个形变量的电阻应变片组成的电桥电路(如惠斯登电桥),以及能把电阻应变片固定粘贴在弹性体上并能传导应变量的粘合剂和保护电子电路的密封胶等三大部分组成称重传感器。

2:称重传感器的材料:

(1)弹性体的材料:

称重传感器弹性体材料,一般选用金属材质,可选用的材质大部分为铝合金材质、合金钢材质及不锈钢材质。合金材质既有刚度保证形变一致及形变恢复,又有良好的耐候防腐性能。弹性体的主要要求就是能够精确传递受力信息并保持在相同受力时的形变一致性和完全复位性。

(2)应变片及电阻元件材料:

电阻应变片的组成复杂,是复合型制造产品,应变片的基材和应变铜质的组合千变万化,根据其应变要求,目前,大约有近千种产品。一般,基材采用高分子薄膜材料,应变材质为高纯度康铜。基材上的康铜通过光学处理后刻蚀不同感应形变的电阻栅丝。因此,电阻应变片的品质不仅与基材材质和复合的金属纯度有关,而且与复合工艺、刻蚀技术及工艺、刻蚀化学材料及后处理工艺和材料等等因素相关。

(3)密封胶的材质:

在焊接技术及设备不充分的称重传感器初期阶段,均采用专用硅橡胶密封胶系列。硅橡胶具有长期化学稳定性,因此,防腐、防潮、耐老化、绝缘等各项性能优异,长期以来一直是所有密封胶的首选产品。

(4)贴片粘合剂的材质:

电阻应变片贴片用粘合剂主要采用双组分高分子环氧系列粘合剂,高分子化学产品的性能与各个组分的物理及化学指标密切相关,如纯度、分子链的结构和大小、储存时间、组分的配比、分子改性、混合方式、混合熟化使用时间、固化时间、固化温度、助剂及百分比等因素。

称重传感器的应用:

称重传感器其实在称重领域应用很广泛,重量太大难以称量的物体很多都可以用称重传感器来称量。例如对高速公路上的卡车进行称量,现在高速公路上都会建有一个称重桥,称重桥上安装称重传感器,这样只要卡车行驶到称重桥上就可以对其进行称重,检测它是否存在超重问题,这样既使称重工作变得简单,也不会影响其他车辆通行。随着科技的发展,称重传感器也在不断改善,相信它的应用领域会越来越广。

称重传感器的制造工艺

称重传感器内部将金属电阻应变片粘贴在金属称重梁上,将电阻应变片的物理形变,转换为可进行测量和读取的电信号。金属电阻应变片组成测量桥路,利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细,电阻增加或减小,即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的。下面我们来了解一下称重传感器的制作工艺。

1.弹性元件的金属材料对称重传感器的综合性能和长期稳定性起着关键作用。应选择强度极限和弹性极限高、弹性模量时间和温度稳定性好、弹性滞后小、加工和热处理引起的残余应力小的材料。有数据表明,只要淬火后材料的塑性好,加工热处理后的残余应力就会小。要特别注意弹性模量随时间的稳定性,要求材料的弹性模量在称重传感器的使用寿命期间不会发生变化。

2.应变式称重传感器在制造过程中的工作原理和整体结构决定了生产过程中有些工序必须人工操作,人为因素对称重传感器的质量影响很大。因此,需要制定科学、合理、可重复的制造工艺,增加计算机控制的自动或半自动工艺,最大限度地减少人为因素对产品质量的影响。

3.称重传感器的弹性元件、壳体、膜片、上压头和下压垫的设计必须保证加载后结构中不发生性能波动,或者性能波动很小。因此,在称重传感器的设计中,应变区的应力应尽可能单一均匀;贴片位置优选是平的;在结构上保证有一定的抵抗偏心荷载和侧向荷载的能力;安装力远离应变区,测量时应避免承重点位移。虽然称重传感器是一种组装产品,但为了保证最佳的技术性能和长期稳定性,它尽可能设计成一个整体结构。

4.加工和热处理过程在弹性元件的加工过程中,不均匀的表面变形会产生较大的残余应力。切削量越大,残余应力越大,磨削产生的残余应力最大。因此,需要制定合理的加工工艺,指定合适的切削参数。在热处理过程中,由于冷却温度不均匀和金属材料的相变,在芯层和表层产生不同方向的残余应力,芯层产生拉应力,表层产生压应力。必须采用回火工艺产生相反方向的应力,抵消残余应力,减少残余应力的影响。

5.电路补偿和调整应变式称重传感器属于组装和制造,贴片组装和桥接后形成产品。由于不可避免的内部缺陷和外部环境条件的影响,称重传感器的一些性能指标不能满足设计要求,因此必须进行各种电路补偿和调整,以提高称重传感器本身的稳定性和对外部环境条件的稳定性。完善而精细的电路补偿技术是提高称重传感器稳定性的重要环节。

6.保护和密封保护和密封是称重传感器制造过程中的关键工序,是称重传感器能够承受客观环境和感性环境的影响,稳定可靠工作的根本保证。如果保护性密封不好,连接到弹性元件上。电阻应变片和应变胶层都会吸收空气中的水分,产生塑化,导致粘接强度和刚度下降,导致零点漂移和输出不规则变化,直至称重传感器失效。因此,有效的保护密封是称重传感器长期稳定运行的根本保证,否则,所有的技术成果都将付诸东流。除了处理上述因素外,提高称重传感器稳定性最重要的途径是采取各种技术措施和工艺手段,模拟使用条件,进行有效的人工老化试验,尽可能释放残余应力,使其性能波动最小化。

传感器的重要作用:

近年来传感器技术得到迅猛发展,同时技术也更为成熟完善,这推动着机器人技术的发展。传感器技术的革新和进步,势必会为机器人和其它自动化行业带来革新和进步。因为机器人很多功能都是依靠传感器来实现的,这将使自动化更加智能化。传感器是自动化设备的重要部件,智能传感器可应用于SmartCar、机器人等,可将其感应到的状况,利用人工智能辨识,透过驱动装置回馈反应的系统。

制造业自动化自进入自动化领域以来,在工业机器人和机械手中就大量应用到智能传感器,并以先进的技术实力占领市场,据悉随着机器人的需求产业的发展,传感器在机器人上的应用将越来越广市场空间也将越来越大,反过来传感器的技术进步也将推动自动化向更智能方向发展。新一代智能传感器将成为工业自动化的心脏。

“智能工厂”是指在数字化工厂的基础上,利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务,清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据,以及合理的生产计画编排与生产进度。智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化等称重传感器。对某些产品质量指标进行快速直接测量并在线控制。而融合智能技术的传感器将可以很好的解决上述问题。

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