影響弦式儀器長期穩(wěn)定性的因素

影響弦式儀器長期穩(wěn)定性的因素

傳感器部件材料的選擇：材料的選擇通常是決定儀器長期穩(wěn)定性的第一個(gè)因素。材料本身（不論是一種還是幾種材料接合），均應(yīng)有較好的力學(xué)、耐腐蝕和長期穩(wěn)定性，傳感器部件如殼體和膜片材料必須和弦的溫度系數(shù)相匹配，且這些材料必須和使用的固定（焊接）技術(shù)兼容。

　　弦的應(yīng)力：一般而言，弦的應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)保持盡可能地低。在典型的壓力傳感器中，鋼弦的屈服應(yīng)力大約是2750 MPa，弦的最大應(yīng)力應(yīng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇。通常傳感器在使用后，作用在膜片上的壓力減少，從而導(dǎo)致了弦上的應(yīng)力大大降低，這樣將減小弦的徐變趨勢。但在應(yīng)變計(jì)和位移傳感器中，弦的應(yīng)變常高達(dá)4000－5000微應(yīng)變，弦的應(yīng)力超過1000MPa，此時(shí)傳感器仍應(yīng)穩(wěn)定地工作。

　　鋼弦預(yù)張與固定技術(shù)：傳感器的鋼弦用預(yù)定的張力固定著，保持初始張力不變的技術(shù)是至關(guān)重要的，因?yàn)樵陂L期受力狀態(tài)下，鋼弦固定端的滑動(dòng)或徐變都會(huì)引起錯(cuò)誤的信息。鋼弦的固定技術(shù)被認(rèn)為是生產(chǎn)高品質(zhì)傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)驗(yàn)證明，采用傳統(tǒng)的機(jī)械夾持工藝難以保持預(yù)定的張力從而無法保證所有批量生產(chǎn)的傳感器具有相同的長期穩(wěn)定性。而采用特殊的焊接設(shè)備和工藝，可使弦及固端深層焊透而又不產(chǎn)生熱應(yīng)力，并且焊接不使用填充料以避免腐蝕。 　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：振弦儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度上決定了儀器的工作特性。為了最大可能的提高分辨率，鋼弦的長度應(yīng)盡可能短。然而，考慮到弦端固定及線圈應(yīng)置于弦中心位置的要求，過短的弦常會(huì)帶來一些制造上的困難。此外，當(dāng)弦非常短時(shí)，在諧振情況下把弦激活變得更加困難。綜上所敘述，對于特定類型的傳感器例如壓力傳感器來說，弦長、膜片的直徑、偏移量存在一個(gè)最優(yōu)組合。對一些特殊性能的傳感器如微壓傳感器，其工作量程可達(dá)厘米級(jí)，大氣壓力的變化對傳感器的影響是非常明顯的。為了修正氣壓的影響，傳感器應(yīng)與大氣通氣以便在壓力感應(yīng)膜上形成壓力平衡。 　　現(xiàn)代的弦式儀器常把弦線與殼體部件焊接成密閉共振腔。在傳感器內(nèi)部有限的空間內(nèi)，氣體溫度變化可引起不容忽視的壓力變化。為最大限度地減小溫度變化的影響并為振弦元件提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，共振腔內(nèi)應(yīng)抽成真空。這樣可以消除壓力的影響。

　　對比數(shù)據(jù)顯示了同一批產(chǎn)品中抽取的12支345KPA的傳感器樣本，在這些樣本中，有6支傳感器內(nèi)部抽成真空，另 6支傳感器內(nèi)部為常壓。抽真空的傳感器平均對溫度的靈敏度為-0.121KPA/℃，內(nèi)部不抽成真空的傳感器平均對溫度的靈敏為0.264KPA/℃。

　　密封技術(shù)：由于大部分工程儀器是工作在惡劣環(huán)境中，密封的失效將導(dǎo)致傳感器不能正常工作。對于壓力傳感器如滲壓計(jì)應(yīng)特別注意機(jī)殼與電纜引入處的密封，在傳感器機(jī)殼有電纜引入線的地方都用雙“Ｏ”型環(huán)將傳感器密封在機(jī)殼里。在傳感器機(jī)殼內(nèi)有加工好的“Ｏ”型環(huán)槽，這就允許“Ｏ”型環(huán)自由定位并防止機(jī)殼外的差動(dòng)應(yīng)力對傳感器造成影響。另外，在每個(gè)引線貫穿線圈內(nèi)部空間的地方，應(yīng)設(shè)內(nèi)部隔極。即使傳感器的所有“O”型環(huán)密封都失敗，&127;或者水滲入到電纜里面并到達(dá)隔極密封的地方，傳感器仍能正常工作。溫濕度記錄儀| 光功率計(jì)| 粒子計(jì)數(shù)器| 粉塵計(jì)|

　　失效技術(shù)：一般認(rèn)為工廠失效能有助于提高現(xiàn)場傳感器的長期穩(wěn)定性，但并非所有的失效技術(shù)都保證能獲得滿意的長期穩(wěn)定性。上面提及的其他生產(chǎn)商均采用了某種失效技術(shù)，然而測試數(shù)據(jù)并不能證明其失效技術(shù)的有效性。

　　電纜技術(shù)：振弦式傳感器的輸出信號(hào)是以頻率變化的方式出現(xiàn)的，溫度起伏、潮氣侵入等引起的電纜電阻的變化對信號(hào)沒有影響，故對電纜的要求較其他傳感器低得多。但在長電纜條件下，多種原因產(chǎn)生的電子噪音對信號(hào)有一定影響。防止這種干擾的最好方法是把每對導(dǎo)線雙絞并屏蔽起來。例如美國基康公司生產(chǎn)的電纜帶有鋁箔－聚酯薄膜絕緣帶，這種絕緣帶纏繞于導(dǎo)線周圍，且電纜內(nèi)設(shè)有一根裸銅排擾線以便把產(chǎn)生的感應(yīng)電流排放到大地。此外，導(dǎo)線使用的絕緣材料也非常重要。聚乙烯和聚丙烯都是很好的絕緣材料且電介質(zhì)吸收率很小。實(shí)踐證明，這種技術(shù)是消除電子噪音的最好方法。采用這種技術(shù)，聯(lián)接“撥振”型振弦式傳感器的電纜延伸了３公里，傳感器仍工作很好。此外，對地漏電在 5K歐姆范圍以內(nèi)的情況，對其他傳感器如粘貼應(yīng)變片式傳感器來說是一個(gè)嚴(yán)重問題，但振弦式傳感器卻可以正常工作。

　　傳感器的實(shí)驗(yàn)室長期測試：在大多數(shù)工程應(yīng)用中，傳感器通常是埋在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，無法重新標(biāo)定。在對結(jié)構(gòu)特性和安全的可信程度作出決定時(shí)，具有很好的長期穩(wěn)定性的傳感器就顯得特別重要。連續(xù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室長期測試可以顯示出傳感器的穩(wěn)定性隨時(shí)間的變化情況并為安裝在現(xiàn)場的傳感器特性提供進(jìn)一步的證明資料。同時(shí)，產(chǎn)品出廠的標(biāo)定參數(shù)應(yīng)該建立在經(jīng)過連續(xù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室長期測試結(jié)果的基礎(chǔ)上。