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稱重傳感器減少故障提高可靠性的途徑

發布時間:2021-12-27 14:31:12 |來源:網絡轉載

由可靠性定義不難得出,稱重傳感器的可靠性就是無故障工作時間超過任務時間(由電子秤的種類和工作環境決定) 的概率,超過程度越大,故障率越低,可靠性越高。因此稱重傳感器的設計與製造實際上是無故障工作時間裕度的設計與製造,當然這種裕度並不是無限的,它是在克服和協調各種限製的條件下,力爭最長的無故障工作時間。
把比較複雜係統的可靠性設計方法引入稱重傳感器設計,即不現實,也無必要。根據稱重傳感器的工作原理、製造工藝和應用情況,從殘餘應力影響,元器件和密封材料老化,應變計疲勞積累等方麵分析,一個合乎邏輯的處理就是按其功能,將各組成部分獨立出來分別研究其可靠性。即彈性元件的結構、材料及熱處理工藝,電阻應變計及應變膠粘劑,補償原材料、元器件,防護密封材料與工藝等。哪一個環節的故障率高,都對可靠性產生較大影響,因此必須作好可靠性的基礎設計。
稱重傳感器可靠性的基礎設計要點:
1. 稱重傳感器彈性元件的可靠性設計
彈性元件的結構是稱重傳感器的基礎,是穩定性和可靠性的重要因素。因此,彈性元件結構及其配套的保護外殼、密封膜片、承載壓頭壓墊的設計必須保證稱重傳感器受載後,在結構上不產生性能波動或使其性能波動減至最小。為得到較高的固有可靠性,彈性元件結構設計時應作到應變區受力單一,應力均勻穩定;外載荷的引入、邊界支承條件不影響應變區;抗偏心及側向載荷能力強;減少零部件,提高集成化程度,盡可能是一個整體結構。
2. 彈性元件材料及熱處理工藝選擇
彈性元件材料及熱處理工藝對稱重傳感器的綜合性能,長期穩定性和工作可靠性影響較大,是稱重傳感器可靠性設計的關鍵問題,更是提高可靠性的有效途徑。因此必須跳出結構材料的框框,把其當成功能材料來選擇。從彈性元件材料的彈性模量、滯彈性效應、熱彈性效應、殘餘應力影響和抗疲勞等方麵考慮,應盡量選擇強度極限和屈服極限高;彈性模量的時間與溫度穩定性好;彈性滯後與彈性後效小;耐振動、衝擊,抗疲勞性能好;冷、熱加工產生殘餘應力小的金屬材料。對上述要求不突出某一單項指標,應追求綜合性能良好,特別是要通過試驗得出最佳熱處理工藝和時效製度。
3. 電阻應變計選擇
電阻應變計是稱重傳感器的核心部件,其工作特性在很大程度上決定稱重傳感器的穩定性和可靠性,因此是可靠性控製的重要環節。主要是電阻應變計的結構與彈性元件材料、應變區貼片處相匹配,敏感柵、基底材質好,柵長、柵寬合理,工作特性好,不穩定因素少,外觀、電阻值篩選嚴格。
4. 電橋與補償調整電路的簡化設計
提高稱重傳感器可靠性的重要措施之一,是對電橋與補償調整電路進行簡化設計。其原則是盡量減少各種補償電阻、調整電阻、焊線端子、焊線引線板等元器件數量,優化製造工藝,避免或減少重複焊接,盡量作到工序作業一次成優。簡化設計對於稱重傳感器的主要貢獻是:
(1) 元器件數量減少,使焊點數量也隨之減少,從而降低了出現故障的機會。
(2) 提高工藝性,便於生產過程質量控製,減少了降低可靠性的因素。
(3) 容易實現標準化、通用化的高效智能補償工藝,有利於多品種、小批量生產,並能減少人為差錯,提高固有可靠性。
5. 電路補償與調整原材料、元器件的選擇
電路補償與調整所用原材料、元器件同電阻應變計一樣都是影響稱重傳感器可靠性的基本單元,必須製定嚴格的選用、代用原則和有效的環境應力篩選工藝。原材料、元器件的選用一般應遵守下列原則:
(1) 在廣泛調研基礎上編製原材料、元器件優選目錄,避免盲目選購而引入不合格產品。
(2) 對原材料、元器件進行綜合評價,主要是可靠性、可用性、適應性、經濟性和生產一致性五項指標,以保證稱重傳感器批次質量的均一性,在評價和試驗的基礎上決定是否選用。
(3) 對原材料、元器件的生產廠家進行質量認證,必須經權威機構認證合格,並以此作為選點和選用依據。
6. 耐環境設計
稱重傳感器可靠性的本質問題是如何能夠耐受各種可能遇到的環境條件作用,因此必須重視並了解環境條件及其潛在影響,選擇能夠對抗這些環境條件影響的設計方案。按環境的性質和特征,一般環境條件分為客觀環境和感應環境。前者為周圍的自然環境,後者是人為環境。稱重傳感器耐受的環境條件兩者兼而有之,主要是溫度、濕度、振動、衝擊等。稱重傳感器的結構和製造工藝原理決定了它能承受一定的振動、衝擊載荷,而又有專用的耐高溫、低溫稱重傳感器,一般稱重傳感器的使用溫度為- 20℃~70℃,所以耐環境設計主要是防潮濕、防鹽霧、防黴菌的三防設計。因此焊接密封和盲孔灌封是確保稱重傳感器穩定、可靠工作的重要措施。

 

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