建立数学模型分析和推算称重传感器的误差

　　1 概述

　　20 世纪 90 年代以来, 工业发达国家一些称重传感器制造公司, 把握世界称重传感器技术发展潮流, 加强预先研究和高新技术的应用, 在技术开发和产品批量生产中实现了设计技术虚拟化, 制造技术柔性化, 生产工艺网络化, 企业管理信息化。并以技术先导性, 工艺先进性, 产品适应性和质量稳定性作为开发新产品和定型产品的标准。在应用现代科学技术和分析手段优化产品设计, 运用网络技术改进大批量生产工艺, 实现生产工序和控制系统的测试数据自动采集、智能补偿等新型生产模式方面都处于世界领先地位。

　　尽管我国电阻应变计和测力与称重传感器的研究与生产已有近 50 年历史, 称重传感器大批量生产也有 20 多年的业绩, 但绝大多数生产企业的结构设计还停留在古典力学计算方法加经验的基础上, 误差分析也没有跳出数据分析模式, 生产工艺仍为手工作坊式, 即便是产量高的企业其生产工艺和生产线布置也残存着手工作坊痕迹。这也是我国称重传感器总体技术与工艺水平和总体质量水平低的重要原因之一。

　　学习和掌握现代设计技术与分析手段, 学习先进的制造技术与制造工艺是提高我国称重传感器总体技术与工艺水平的技术基础, 是改造传统称重传感器产业, 实现产业化和与国际市场融合的必由之路。基于此目的, 本文参照国外称重传感器制造公司常用的一些分析方法, 建立了称重传感器温度特性的数学模型, 对其温度效应———应变计温度视应变,应变计灵敏系数的温度影响及其稳定性进行分析。利用数学拟合公式对蠕变效应, 应变计在弹性体上的定位误差进行分析和推算。

　　2 称重传感器温度特性的数学模型

　　称重传感器的零点输出随环境温度的变化而变化, 称为零点温度漂移。影响零点温度漂移的因素很多, 归纳起来主要有: 弹性体、电阻应变计、应变胶粘剂的线膨胀系数不同; 电阻应变计敏感栅材料的电阻温度系数不为零, 电阻率也随温度而变化; 布线组桥时所用的不同材料焊点之间的温差热电势影响; 各应变计的引出线及连接导线的长度不同等。为使称重传感器达到较高的准确度等级, 必须逐个进行零点温度补偿。通用的补偿方法是找出电阻温度系数小的桥臂, 在其上串接一个电阻温度系数大的热敏电阻 Rt, 使温度变化时 Rt引起的电压变化与补偿前的零点温度漂移相抵消, 达到零点温度补偿的目的。显而易见, 此项补偿精度取决于补偿前称重传感器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, 来确定上述各因素所起的作用以及各因素之间的相互关系是非常困难的。因为各因素同时作用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根本不可能的。解决此问题的有效方法就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因素, 然后推导出理论上的输出值。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。