力傳感器穩(wěn)定性的工藝處理

測力傳感器的穩(wěn)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(yīng)變計粘貼和加壓固化等工藝過程中產(chǎn)生各種殘余應(yīng)力，隨著時間和使用條件的變化不斷松弛釋放，而造成測力傳感器的性能波動，主要表現(xiàn)在零點和靈敏度不穩(wěn)定。為使測力傳感器在生產(chǎn)過程中渡過初始不穩(wěn)定期，采用工藝手段模擬各種使用條件進(jìn)行試驗，使其盡快穩(wěn)定的工藝稱為穩(wěn)定性處理，也稱人工老煉試驗。測力傳感器釋放殘余應(yīng)力的穩(wěn)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(yīng)用于鋁合金測力傳感器，在毛坯加工成彈性元件后進(jìn)行，主要有反淬火法、冷熱循環(huán)法和恒溫時效法。

(1)反淬火法

國內(nèi)也稱深冷急熱法。將鋁合金彈性元件置于零下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(chǎn)生的應(yīng)力方向相反而相互抵消，達(dá)到釋放殘余應(yīng)力的目的。試驗表明，采用液氮——高速蒸汽法可降低殘余應(yīng)力84％，采用液氮——沸水法可降低殘余應(yīng)力50％。

(2)冷熱循環(huán)法

冷熱循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝為-196℃×4小時／190℃×4小時，循環(huán)3次，可使殘余應(yīng)力下降90％左右，并且組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，微量塑性變形抗力高，尺寸穩(wěn)定性好。釋放殘余應(yīng)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(nèi)應(yīng)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(yīng)力釋放。二是因為冷熱溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互作用，使其重新分布而獲得殘余應(yīng)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(chǎn)生的殘余應(yīng)力，又能消除熱處理引入的殘余應(yīng)力。LY12硬鋁合金在200℃高溫下恒溫時效時，殘余應(yīng)力釋放與時效時間關(guān)系表明，保溫24小時，可使殘余應(yīng)力下降50％左右。

2 機械法

機械法穩(wěn)定性處理，多在測力傳感器電路補償與調(diào)整和防護(hù)密封后，基本形成產(chǎn)品時進(jìn)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

將測力傳感器安裝在低頻疲勞試驗機上，施加下限為(1，5～113)額定載荷，上限為額定載荷或120％額定載荷，以每秒35次的頻率進(jìn)行500010000次的循環(huán)。可有效的釋放彈性元件、電阻應(yīng)變計、應(yīng)變粘結(jié)劑膠層的殘余應(yīng)力，提高零點和靈敏度穩(wěn)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(chǎn)中以鋁合金小量程測力傳感器應(yīng)用較多。其工藝是：在專用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載裝置中或簡易的機械螺旋加載設(shè)備上，對測力傳感器施加125％額定載荷，保持48小時，或施加110％額定載荷，保持24小時，兩種工藝都可以達(dá)到釋放殘余應(yīng)力，提高零點和靈敏度穩(wěn)定性的目的。由于超載靜壓工藝所用設(shè)備簡單，成本低，效果好，為鋁合金測力傳感器制造企業(yè)廣泛采用。

（3）振動時效(VibratorySterssReliering)法

將測力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(jù)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(yīng)力的效果更好，但必須測量出測力傳感器的固有頻率。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(xué)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、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(rèn)為振動時效的機理是一個復(fù)雜的過程。經(jīng)過振動時效的試驗研究，有些專家傾向于用材料力學(xué)的重復(fù)應(yīng)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(yīng)力與其內(nèi)部的殘余應(yīng)力相互作用，使殘余應(yīng)力松弛并釋放。