![[扫一扫]关注微信](/images/WX13521224539.jpg "电子天平咨询-微信扫一扫")
![[扫一扫]关注微信](/images/WX13124718445.jpg "电子天平维修-微信扫一扫")
电子秤称重传感器引起各种误差概述与分析-3
2021-02-18 11:16:28 点击：
早在 20 世纪 40 年代中期，美国和前苏联学者就注意到了温度对测力指示仪器示值的影响，正确的分析了引起机械测力环温度误差的原因，并准确测量出其修正系数为 0.027% ／℃，时至今日还在继续为各国所使用。同样以金属材料为弹性元件组成的称重传感器，其温度误差与之非常相似，只是影响因素更复杂一些，因为除弹性元件外还有电阻应变计、补偿电阻、测量电路的影响。不论是利用正应力还是利用切应力的称重传感器，其灵敏度温度误差是一个系统误差，起主要影响的因素是弹性模量 E 的温度系数 βE。因 βE 为负值，所以环境温度升高，弹性元件材料的弹性模量 E 降低，称重传感器的灵敏度增大，而产生灵敏度温度误差。γ 的影响主要取决于电阻应变计敏感栅的电阻合金材料，在一定程度上取决于应变粘接剂、固化工艺规范及敏感栅的几何形状。如果弹性元件材料，电阻应变计敏感栅和基底材料以及制造工艺都一样，圆环式结构比圆柱式和剪切梁式结构的灵敏度温度误差要小一些，大约小 6％左右。这说明称重传感器灵敏度温度误差的影响因素，主要是弹性元件材料的弹性模量 E，其次是电阻应变计灵敏系数和制造工艺，在相当小的程度上与称重传感器弹性元件的结构有关。
四、建立数学模型分析称重传感器的温度误差
应用现代科学技术和分析手段，采用三维数字设计技术是称重传感器结构设计的发展方向。运用网络技术改造生产工艺，实现生产工序和控制系统测试数据自动采集、智能补偿等生产线模式是生产工艺创新的主要方向。面对设计、工艺技术的进步，传统的、就事论事的误差分析方法，已跟不上称重传感器技术发展的需要。必须学习和掌握现代误差分析手段，建立称重传感器各种特性的数学模型，通过计算机预测和推算各类温度误差。国内外各制造企业对称重传感器温度误差的控制，都是采用智能温度补偿方法。即为了减小零点温度误差对批量生产的称重传感器逐个进行零点温度补偿；为了控制灵敏度温度误差，在弹性元件材料、热处理工艺、电阻应变计、生产工艺流程都保持不变的前提下，采用抽样测试得出补偿电阻值，进行统一补偿的方法。国内外称重传感器制造企业多年的实践经验告诉我们，上述两种温度补偿方法是比较科学合理、简便可行的。零点温度、灵敏度温度补偿技术的一个重要前提是：输出与温度变化成线性关系，即补偿精度取决于补偿前的输出随温度变化的非线性程度。通过分析称重传感器的测试数据，来确定各个零点温度漂移影响因素所起到的作用，以及它们之间的相互关系是非常困难的。因为各个影响因素同时作用而产生单一的称重传感器输出，若将此输出分解成诸多项，每项分别表示某一因素的作用是不可能的。解决此问题的有效方法是建立称重传感器温度特性的数学模型，用数学公式表示各种影响因素，推导出理论输出值。若理论输出与实际输出比较一致，就可以在计算机上进行试验，预判各单一因素的影响。
现以粘贴四片电阻应变计的称重传感器为例，建立温度特性的数学模型，其惠斯通电桥电路如设每片电阻应变计的标准电阻值均为 R，因电阻应变计敏感栅长度变化、温度变化的影响和调阻误差大等造成的各种偏差之和为 ri，则即为称重传感器温度特性的数学模型，不难看出称重传感器的输出，随环境温度变化引起的各种偏差之和而变化。若预测出称重传感器性能指标允许的偏差值，就可推算出理论输出值。如果理论输出值与实际输出值一致或接近，就可以在计算机上分析和预判各种单一误差因素的影响。
1．温度视应变的数学拟合公式
在理想情况下，粘贴在弹性元件上的电阻应变计，只响应外载荷作用时产生的应变值，而不响应环境温度变化引起的应变值。但在应用过程中，环境温度变化会改变应变计的电阻值，这一纯粹由温度变化引起的应变，会被测量仪器当作弹性元件的真实“应变”值而被测量出来，实际为虚假应变，故称其为视应变，或热输出。
称重传感器弹性元件产生视应变主要有二个原因：
（1）电阻应变计的电阻率随温度变化；
（2）弹性元件与电阻应变计敏感栅的热膨胀系数不同。误差主要取决于弹性元件材料和电阻应变计材料及制造工艺，在较小程度上与弹性元件的结构有关。大量试验证明，对于同类型称重传感器来说，灵敏系数温度误差的分散度一般均小于 10%，主要是制造工艺引起的，这就为批量进行称重传感器灵敏度温度补偿创造了条件。
结束语:称重传感器结构设计先进性和合理性的一个重要标志，就是尽量减小弹性元件固有的非线性误差，使其在工作中性能波动减至最小，同时还应该通过有效的电路补偿与调整减小各种温度效应引入的误差，提高称重传感器的准确度、稳定性和可靠性。利用数学模型对引起称重传感器非线性、滞后、蠕变等单项误差和零点、灵敏度温度误差的诸因素进行分析和推算，已成为现代称重传感器设计和误差分析的重要手段。本文通过建立称重传感器温度特性的数学模型和利用数学公式对电阻应变计温度视应变、温度对灵敏系数的影响进行分析得出：应用各种温度效应的数学模型和拟合公式，可以在计算机上编程计算出各种情况下电桥输出随温度变化的关系，找出减小温度误差的有效方法，提高称重传感器的设计和制造水平。
四、建立数学模型分析称重传感器的温度误差
应用现代科学技术和分析手段，采用三维数字设计技术是称重传感器结构设计的发展方向。运用网络技术改造生产工艺，实现生产工序和控制系统测试数据自动采集、智能补偿等生产线模式是生产工艺创新的主要方向。面对设计、工艺技术的进步，传统的、就事论事的误差分析方法，已跟不上称重传感器技术发展的需要。必须学习和掌握现代误差分析手段，建立称重传感器各种特性的数学模型，通过计算机预测和推算各类温度误差。国内外各制造企业对称重传感器温度误差的控制，都是采用智能温度补偿方法。即为了减小零点温度误差对批量生产的称重传感器逐个进行零点温度补偿；为了控制灵敏度温度误差，在弹性元件材料、热处理工艺、电阻应变计、生产工艺流程都保持不变的前提下，采用抽样测试得出补偿电阻值，进行统一补偿的方法。国内外称重传感器制造企业多年的实践经验告诉我们，上述两种温度补偿方法是比较科学合理、简便可行的。零点温度、灵敏度温度补偿技术的一个重要前提是：输出与温度变化成线性关系，即补偿精度取决于补偿前的输出随温度变化的非线性程度。通过分析称重传感器的测试数据，来确定各个零点温度漂移影响因素所起到的作用，以及它们之间的相互关系是非常困难的。因为各个影响因素同时作用而产生单一的称重传感器输出，若将此输出分解成诸多项，每项分别表示某一因素的作用是不可能的。解决此问题的有效方法是建立称重传感器温度特性的数学模型，用数学公式表示各种影响因素，推导出理论输出值。若理论输出与实际输出比较一致，就可以在计算机上进行试验，预判各单一因素的影响。
现以粘贴四片电阻应变计的称重传感器为例，建立温度特性的数学模型，其惠斯通电桥电路如设每片电阻应变计的标准电阻值均为 R，因电阻应变计敏感栅长度变化、温度变化的影响和调阻误差大等造成的各种偏差之和为 ri，则即为称重传感器温度特性的数学模型，不难看出称重传感器的输出，随环境温度变化引起的各种偏差之和而变化。若预测出称重传感器性能指标允许的偏差值，就可推算出理论输出值。如果理论输出值与实际输出值一致或接近，就可以在计算机上分析和预判各种单一误差因素的影响。
1．温度视应变的数学拟合公式
在理想情况下，粘贴在弹性元件上的电阻应变计，只响应外载荷作用时产生的应变值，而不响应环境温度变化引起的应变值。但在应用过程中，环境温度变化会改变应变计的电阻值，这一纯粹由温度变化引起的应变，会被测量仪器当作弹性元件的真实“应变”值而被测量出来，实际为虚假应变，故称其为视应变，或热输出。
称重传感器弹性元件产生视应变主要有二个原因：
（1）电阻应变计的电阻率随温度变化；
（2）弹性元件与电阻应变计敏感栅的热膨胀系数不同。误差主要取决于弹性元件材料和电阻应变计材料及制造工艺，在较小程度上与弹性元件的结构有关。大量试验证明，对于同类型称重传感器来说，灵敏系数温度误差的分散度一般均小于 10%，主要是制造工艺引起的，这就为批量进行称重传感器灵敏度温度补偿创造了条件。
结束语:称重传感器结构设计先进性和合理性的一个重要标志，就是尽量减小弹性元件固有的非线性误差，使其在工作中性能波动减至最小，同时还应该通过有效的电路补偿与调整减小各种温度效应引入的误差，提高称重传感器的准确度、稳定性和可靠性。利用数学模型对引起称重传感器非线性、滞后、蠕变等单项误差和零点、灵敏度温度误差的诸因素进行分析和推算，已成为现代称重传感器设计和误差分析的重要手段。本文通过建立称重传感器温度特性的数学模型和利用数学公式对电阻应变计温度视应变、温度对灵敏系数的影响进行分析得出：应用各种温度效应的数学模型和拟合公式，可以在计算机上编程计算出各种情况下电桥输出随温度变化的关系，找出减小温度误差的有效方法，提高称重传感器的设计和制造水平。
- 上一篇：天平秤初始置零的目的是保护衡器使用和计量性能 2021/4/10
- 下一篇：衡器电子秤称重传感器引起各种误差2 2021/2/18
