應變式磅秤傳感器穩定性及加工工藝(二)
四、稱重傳感器的穩定性處理工藝
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，而造成稱重傳感器的性能波 動，主要表現在零點和靈敏度不穩定。為使稱重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。
稱重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
多應用于鋁合金稱重傳感器，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，多在稱重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 將稱重傳感器安裝在低頻疲勞試驗機上，施加下限為（1/5～1/3）額定載荷，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稱重傳感器應用較多。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，對稱重傳感器施加 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，為鋁合金稱重傳感 器制造企業廣泛采用。
（3）振動時效（Vibratory Sterss Reliering）法 將稱重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，但必須測量出稱重傳感器的固有頻率。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。
五、結語
1．稱重傳感器的穩定性主要是靈敏度的穩定性，即在一定時間內和相同條件下靈敏度的最大 相對變化量。
2．提高稱重傳感器穩定性的重要途徑，就是采取各種技術措施和工藝手段，模擬使用條件進 行試驗，使其在生產過程中基本渡過初始不穩定期，把性能波動減至最小。
3．稱重傳感器的穩定性在一定程度上反映了制造工藝流程、電路補償技術和穩定性處理工藝 水平。確保稱重傳感器本身的穩定性和對外界環境條件的穩定性，必須在原材料、元器件的環境應力篩選，可重復的工藝流程和完善精細的電路補償等方面下功夫。
4．稱重傳感器穩定性問題的研究方向，應主要放在工藝實施過程中如何防止或少產生殘余應力上，其次才是如何釋放和消除殘余應力。
5．對于大批量生產的稱重傳感器必須嚴格進料、進片標準，穩定工藝流程和生產過程的質量 控制。作到彈性元件材料、機械加工、熱處理、關鍵制造工藝、補償原材料元器件的一致性。
6．根據稱重傳感器彈性元件的結構、金屬材料、冷熱加工情況，有選擇的應用上述穩定性處 理工藝，并不是應用的工藝越多越好，而是釋放殘余應力效率高，處理工藝越簡單越好。
