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- 電阻應(yīng)變式稱重傳感器蠕變補償研究
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/12/17
分析電阻應(yīng)變式傳感器蠕變特性，利用其加/卸載和蠕變輸出變化率的不同，判斷蠕變起始點，根據(jù)蠕變過程和零點變化的特點進(jìn)行蠕變跟蹤，以此確定傳感器實際載荷。此方法簡單方便，易于實現(xiàn)。
傳感器精度高低是決定天平精度高低的主要因素。目前高精密電子天平大部分采用磁懸浮式的傳感器設(shè)計，而低成本的應(yīng)變式傳感器只能用于低精度的電子天平。影響電阻應(yīng)變式傳感器精度的主要原因之一是這種傳感器的蠕變指標(biāo)。傳感器蠕變是由彈性體產(chǎn)生的正蠕變、應(yīng)變片和應(yīng)變膠負(fù)蠕變綜合影響而形成的。一般來講，彈性體設(shè)計定型后，其蠕變值也大致確定，控制和調(diào)整蠕變的傳統(tǒng)做法是選用不同蠕變補償性能的應(yīng)變片，改變貼片位置和粘膠固化工藝等方法來實現(xiàn)。這種靠調(diào)節(jié)制造工藝等方法來調(diào)控蠕變，其工藝過程繁復(fù)，返工量大且隨機性高。筆者多年來對傳統(tǒng)應(yīng)變式傳感器內(nèi)部性能進(jìn)行深入細(xì)致的研究，結(jié)合目前先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)（利用∑-ΔA/D轉(zhuǎn)換器），應(yīng)用單片機技術(shù)實現(xiàn)了對傳統(tǒng)應(yīng)變式傳感器輸出信號進(jìn)行高性能數(shù)字濾波、動態(tài)蠕變跟蹤，零點漂移跟蹤。使原本只能用于低精度場合的應(yīng)變式傳感器的測量精度大大提高（可優(yōu)于1/30000）。應(yīng)用該技術(shù)設(shè)計的精密電子天平較磁懸浮式電子天平有更高的性價比。
保持溫度恒定，在某一恒定機械應(yīng)變長期作用下，傳感器輸出隨時間變化的特性，稱為傳感器蠕變。在不承受載荷的條件下，傳感器隨時間變化的特性稱為零漂。零漂是不承受載荷條件下的蠕變。稱重傳感器的蠕變特性曲線如圖1所示（以正蠕變?yōu)槔�，�?fù)蠕變與正蠕變相類似），其中曲線L為傳感器的加載特性曲線，曲線C為傳感器的卸載特性曲線。從中可以看出，傳感器的加載曲線由加載段L0和蠕變段L1組成。在加載段L0，傳感器的輸出急劇增加，迅速達(dá)到載荷的真實變化值W0，
圖中用S1點表示，在這個時間段，由于時間極短，傳感器產(chǎn)生的蠕變較��；進(jìn)入L1段后，傳感器輸出發(fā)生緩慢的增加并逐漸趨近不變，蠕變值ε隨時間動態(tài)變化；在傳感器卸載曲線C上，卸載曲線由卸載段C0和蠕變恢復(fù)段C1組成，傳感器輸出值以極高的速度迅速衰減到卸載曲線的S2點，超過S2點，傳感器輸出緩慢回零，蠕變恢復(fù)值ε也是隨時間動態(tài)變化的，并逐漸趨近零點不變。電子天平的稱重值是加載在傳感器上的載荷值減去傳感器在天平零點時的載荷值。從以上分析來看，我們假定蠕變和蠕變恢復(fù)是相等的（實際中有相當(dāng)多傳感器這兩個階段可認(rèn)為近似相等），也就是說，圖1所示的L1和C1相等，在加載/卸載段時間很短時，可以近似認(rèn)為傳感器在這一階段蠕變?yōu)榱悖漭敵鲎兓烤褪羌釉趥鞲衅魃系妮d荷的變化量W0.設(shè)蠕變階段載荷值和迅速卸載后零點值的差值為W1，基于上述蠕變和蠕變恢復(fù)是相等的假定，W1=W0.而電子天平稱重值取載荷的差值W0，所以，判斷出加載后蠕變點和蠕變恢復(fù)點就可以動態(tài)跟蹤蠕變。具體算法如下：
式中，W——天平加載后迅速達(dá)到S1點傳感器輸出值；W0——天平加載后迅速達(dá)到S1點天平稱重值；Wb——天平空載或歸零后零點值；W1——加載后蠕變和經(jīng)蠕變修正后天平稱重值；ε——蠕變動態(tài)值。
式（1）是加載到S1點天平的稱重值；式（2）是加載穩(wěn)定到S1點和進(jìn)行蠕變補償后天平的稱重值，式中載荷蠕變和受加載影響天平零點蠕變值同是ε。？蠕變跟蹤補償?shù)年P(guān)鍵是判斷和確定圖1所示的S1點、蠕變量ε與時間的關(guān)系，然后根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)行蠕變補償。補償思路見圖4.圖4的前半段是確定S1點，后半段是蠕變跟蹤處理。這里的關(guān)鍵問題是如何確定蠕變跟蹤量和跟蹤時間的關(guān)系。圖1只定性地說明傳感器的蠕變特性，但是，每個傳感器都有定量的特性，也就是蠕變量ε與時間的關(guān)系。只有確定這一關(guān)系，才能確定蠕變跟蹤時間和跟蹤量（圖4中的AD＿STA3）。解決的辦法是在天平標(biāo)定時一起確定蠕變曲線。具體做法是：加載砝碼標(biāo)定時按規(guī)程測試蠕變特性，單片機先記錄下S1點，并記錄每隔固定的時間段的當(dāng)前A/D值與S1點的差值，這就是該段時間的蠕變值。用軟件辦法記錄下這個傳感器蠕變量與時間的關(guān)系，然后再根據(jù)這一關(guān)系確定跟蹤量（AD＿STA-3）和跟蹤時間。確定的原則是：固定的時間段蠕變量越大，跟蹤量（AD＿STA-3）就越大和跟蹤間隔時間就越小。反之，跟蹤量（AD＿STA-3）就越小和跟蹤間隔時間就越大。
ING-TOP： 0px">通過對傳感器工作狀況和蠕變的分析，在測量過程中對蠕變誤差進(jìn)行實時跟蹤，連續(xù)地對不同過程的蠕變量進(jìn)行動態(tài)修正，因此，能實現(xiàn)高精度蠕變補償。該方法只需在對天平標(biāo)定時對傳感器蠕變特性進(jìn)行簡易測試，補償過程簡單，無須人工干預(yù)，且補償不受傳感器載荷和溫度影響。利用此方法設(shè)計的天平經(jīng)多年批量投產(chǎn)證明，方法行之有效。
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