環形力傳感器由一個或多個能在受力后產生形變的彈性體,和能感應這個形變量的電阻應變片組成的電橋電路,以及能把電阻應變片固定粘貼在彈性體上并能傳導應變量的粘合劑和保護電子電路的密封膠等三大部分組成。
影響傳感器穩定性的因素較多,歸納起來主要有:
1、傳感器的結構
環形力傳感器的彈性元件、外殼、膜片及上壓頭、下壓墊的設計,都必須保證受載后在結構上不產生性能波動,或性能波動很小,為此在測力傳感器設計時,應盡量做到應變區受力單一,應力均勻一致:
貼片部位為平面;在結構上保證具有一定的抗偏心載荷和側向載荷的能力;安裝力遠離應變區,測量時應避免載荷支承點的位移。
2、彈性元件的金屬材料
彈性元件的金屬材料對環形力傳感器的綜合性能和長期穩定性起關鍵作用。應選擇強度極限和彈性極限高,彈性模量的時間、溫度穩定性好,彈性滯后小,機械加工和熱處理產生的殘余應力小的材料。
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生較大的殘余應力,切削用量越大,殘余應力就越大,磨削加工產生的殘余應力大。因此應制定合理的加工工藝和規定適當的切削用量。
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,在芯部和表層產生方向不同的殘余應力,其芯部為拉應力,表層為壓應力。必須通過回火處理工藝,在其內部產生方向相反的應力,與殘余應力相互抵消,減少殘余應力的影響。
4、電阻應變計與應變粘結劑
電阻應變計要求靈敏系數穩定性好,熱輸出小,機械滯后和蠕變小,應變量為1000×10時疲勞壽命可達108,電阻值偏差小,批次質量均一性好等。
應變粘結劑應具有粘結強度大,抗剪強度高;彈性模量較大且穩定;電絕緣性能好;具有與彈性元件相同或相近的熱膨脹系數;蠕變和滯后??;固化時膠層體積收縮小等。粘貼電阻應變計時一定要嚴格控制膠層厚度,因為粘結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力才能變形,不易產生流動和蠕變,界面上的內應力很小,產生氣泡和缺陷的幾率也比較小,應變傳遞性能好,只要防護密封合理就可達到較高的穩定性水平。