外文翻译原文和译文基于电阻应变式称重传感器的高精度和低容量电子秤开发.docx

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外文翻译原文和译文基于电阻应变式称重传感器的高精度和低容量电子秤开发

外文文献翻译译稿1

基于电阻应变式称重传感器的高精度和低容量电子秤开发

BaoxiangHe,GuirongLu,KaibinChu,GuoqiangMa

摘要：

基于称重传感器的应变计优化设计中除了一些先进的稳定技术比如温度的影响之外，静态超载和计算机模式识别（CRT）技术也被用来进行动态模拟与分析。

这种多谐振荡的压力释放方法是在生产中创造性的使用了压力传感器，由于这种技术，量程30G的压力传感器才能做到高精度，高稳定性。

由于使用了这种压力传感器，使得基于传感器的电子秤拥有300,00种分类和小于0.2mg的精度。

这种压力传感器的量程和精度远远高于市场上的同类产品，而其价格却远低于电磁压力传感器。

因此，这种压力传感器的商业前景是十分广阔的。

关键词：

设计；电阻应变式称重传感器；精度；电子秤

1.介绍

众所周知，压力传感器的精度是决定一个的电子秤精度的关键。

目前，用于高精度称重的传感器主要是电磁平衡式称重传感器。

低成本电阻应变式称重传感器仅能用于使低精度的称量。

主要影响精度应变式称重传感器的误差是蠕变和温度漂移，特别是对于低负荷的传感器来说。

一般来说，高精度传感器的负载能力最低是300克。

称重传感器的最大分配平衡只有50K，最小分辨率是不小于0.01克。

总而言之，对于超低容量称重传感器来说设计和制造技术是很难被应用到敏感的称重传感器的加工和生产中的。

因此很难做出足够好的高精度平衡的称重传感器。

使得低量程和高精度的传感器始终是全世界的热门话题。

本文将分析应力释放及补偿技术，探索低量程高精度应变式称重传感器的制造技术。

2．原理与方法

A.残余应力的释放

制作压力传感器主要部件的材料是铝棒。

为了获得更好的综合性能，铝条会在挤压后进行淬火。

由于淬火的残余应力不能被自然老化而得到充分释放，此外，机械加工和固化过程中也会造成很大的残余应力，特别是对于超低容量称重传感器来说，如果这个压力不及时释放，可能就会在压力传感器被测试或者是最终使用的时候释放出来。

这将导致改变压力传感器传感器的输出，而且这种变化不能从压力传感器的温度和蠕变性能中被筛选出来。

这将会影响称重传感器稳定性与精度。

这是一个制造超低量程传感器的主要困难。

为了释放残余应力，压力传感器要经受高温和低温室不同温度的敲打。

尽管这些都不够，但是静态超载方法还是在被使用。

多谐振荡的方法被引进来让应力得到进一步的释放。

该方法解决了励磁机和振动传感器，称重传感器，并将其放置在橡胶垫上。

谐振频率将被自动扫描出来，然后将压力传感器进行少于30分钟的共振。

当压力传感器的应力得到释放的时候会发生微型的塑料变形。

有一点需要提一下的是，对传统的振动时效设备，工艺调整兴奋点，支撑点和部分拾取点很复杂。

并且也难以达到最佳状态。

每个部分都需要不同的工艺参数。

然而，对于这里提到的全能多谐振荡应力释放法，有一个拾取点没有特殊的要求和支撑点。

运营商可以通过简单的训练掌握那个技能。

图1所示的是这种全方位多谐振荡器的模拟图纸[1,2]。

图2是称重传感器的零点平衡和灵敏度稳定性的应力释放效果的对比。

4#-6#号样品通过了压力释放过程，而1#-3#号样品却没有。

显然，当应力用以上述方法被释放时，测力传感器的零平衡和灵敏度的稳定性将大大提高。

图1全能多谐振荡器

图2.应力释放对称重传感器的零点平衡和灵敏度和稳定性影响的对比

B.蠕变控制

测力传感器的蠕变是指具有相同的温度和相同的负载下时的负载传感器的输出变化。

蠕变基本上是由元件的材料的蠕变现象引起的，这会导致传感器正蠕变。

一般情况下，应变片被设计成负蠕变补偿蠕变的元件。

理论上，该元件的蠕变可以通过合理匹配的应变片和元件进行补偿。

在生产过程中，元件的属性和应变有很大的偏离批次，甚至有不同的单位。

特别是对于超低容量称重传感器,已蠕变匹配的可能性是非常低的。

除了物质，有些因素比如压制粘合，引线和密封在生产过程中在很大程度上也会影响蠕变性能。

因此，原料的分级，降低每个关键过程因素的偏差都非常重要。

在这里提到的称重传感器的生产过程中，如严格控制方法进一步分类的原材料和零部件，从原材料的批次控制入手，对关键过程相一致的操作是用来增强一致性。

在这里提到的称重传感器的生产过程中，如严格控制方法进一步分类的原材料和零部件，从原材料的批次控制入手，对关键过程相一致的操作是用来增强一致性。

通过以上所有这些努力，蠕变的收益率足够达到大规模生产的要求，使得大规模生产超低容量称重传感器得以实现。

作为补偿方法中最有效的一个，该模糊补偿被广泛地用来降低蠕变。

（1）模糊识别原理

目前，有两种方法进行模糊识别,分别是最大隶属度原则和选择最接近的原则。

前者被用来识别单个模型，而后者是用来识别多个模型。

根据具体情况，本文采用最大隶属原则来确定蠕变的起点。

根据最大隶属原则

如果存在一个元素使得

那么

是从属于

，。

（2）传感器的负载变化的区分。

假设

为传感器的前一时间​​的输出，

是传感器的当前输出，所以该可变数量的电流输出

等于

传感器输出的相对变化量

等于

。

要研究传感器输出的不同严重程度;需要把传感器输出的相对变化量用通过从视图简化算法相对浮动利率替代。

假设相对变化量

是在采样时间段（或其整数倍）的传感器输出的是整体U,A1,A2是模糊集的急性变化和U，分别缓慢的变化，及其隶属函数如下。

的单位是1/100000，判断在一定时间段的点的状态，所述传感器计算的点的隶属度，在实际测量中，其中两个以上提的模糊集合是用上述隶属函数分别计算。

（3）传感器蠕变的模糊补偿的现实化。

采用上述补偿方法，本文以正蠕变曲线为例，说明传感器蠕变的模糊补偿过程。

该传感器从零负载和零蠕变工作开始。

从传感器的输出的急性变化的负荷段到传感器输出缓慢变化的蠕变段。

在蠕变段，该计算机作为传感器的数据采集系统读取传感器以一定的速度输出，计算输出的变化，求隶属度

和

，其对应的模糊集合的急性变化和在当前时间点的缓慢变化，并比较它们的值，最后的电流传感器的输出已被存储。

当

时，通过传感器实际能承受的负载减去来自传感器的前一时间​​的输出存储在存储器中的蠕变量获得判断上述时间是蠕变点。

继而W0的在存储器中的初始值被移位与上述计算值作为下一个时间段的初始负载W0。

电脑会继续读取输出，计算出模糊集A1和A2在当前时间的隶属度，比较值，判断是否蠕变继续发生，并寻求当前蠕变值

通过来自所述传感器的电流输出中减去W0以上的值，然后将其存储到流离失所原来的蠕变值的内存。

通过不断地模糊识别负载雕像和动态调整初始负载和每一个过程的蠕变量得到实际的负载。

称重传感器的补偿进行了详细的描述，并且它需要说明的是，上述方法中提到也适用只是让蠕变

。

（4）验证测试

采用上述补偿方法使试验验证。

实验程序在加载传感器上的各10g，2分钟后加入10克，持续2分钟，并卸到零，并等待2分钟，再加入30克，等待5分钟。

该传感器的输出应该被读到分别在已经加载的时间和下次加载的时间。

测试数据如表1所示。

试验结果表明了非常满意的补偿。

蠕变补偿的方法不被许多传感器厂商受欢迎。

一些公司在国外使用的方法是建立数学模型，并利用该模型弥补蠕变。

但这不是太好办法因为较昂贵的成本，计算量大和在不同环境下的适应性差，对重量传感器的蠕变特性关于提到的模糊补偿分析了蠕变和传感器的工作状态。

使用的特性曲线，如装卸传感器蠕动，使用特殊功能传感器的当前输出的计算的改变，结合动态模糊识别，找出蠕变不同加载条件下的开始和结束，并由小而简单的方式蠕变值计算区别而不影响传感器的动态响应特性。

表1有补偿和无补偿测试数据比较

因为传感器在动态电流下可以有不同的工艺蠕变值，因此，蠕变误差可以由实时性控制。

有一个结论是，该传感器可以用来补偿蠕变精度高。

因为它是一种低成本的方法，所以蠕变试验和传感器是没有必要的，这是一种对重量传感器的蠕变补偿的简单和有用的方法。

C.温度补偿

在无负载的情况下，称重传感器的输出随温度变化被称为零点温度漂移。

具有相同的负载情况下，称重传感器的输出随温度的变化被称为为灵敏度温度漂移。

其中一个原因温度漂移的主要原因是电阻应变计的温度系数。

另一种是元件材料的弹性模量的温度系数。

一般情况下应变式称重传感器采用差动全桥电路和弹性模量补偿计得到补偿。

差动全桥电路的补偿原理是基于这四个应变片具有精确相同的温度特性的假设。

这不可能的大规模生产，所以每个称重传感器应单独测试和补偿。

对于精度要求较高的应用，因为材料和补偿计偏差的测试和补偿，不同称重传感器的灵敏度温度漂移也需要各不相同。

但是，即使有上述这些补偿，最后的结果仍然不能满足高精度称重传感器的要求。

其原因在于温度漂移属性的原始曲线在许多情况下不是线性的。

上面提到的只是测试和补偿在规定的温度范围的两端传统的补偿方法，即使测试和补偿是完全正确的，中间点在此范围内不能得到有效补偿。

因此计算机曲线拟合技术用于生产超低容量负载传感器。

用这种方法，负载单元根据两个以上的温度点测试，测试系统将给出一组计算机装有补偿参数。

然后称重传感器就能得到充分有效的补偿。

D.线性度改善

线性度是测力传感器的另一个关键参数。

虽然有些电子秤具有线性补偿功能，但它仍然有一些缺点，比如：

复杂的校核问题。

电子秤被要求有更多的内存，更长的读取反应时间，所以称重传感器要具有良好的线性性能仍然是至关重要的。

线性误差主要是由于元件与应变计的设计造成的， 对于高精度的应用特别是在超低容量称重传感器，还有更多的因素会影响这一性能。

首先，铝材料的元件是很重要的，绝大多数的称重传感器使用2024或LY12铝制成。

但是一些顶级公司有自己独特的化学成分规范，而且，，硬度也是非常重要的。

一些公司在机械加工之前或之后都有自己的热处理工艺。

第二，底部的压力，不同材料的底部有不同的线性性能,这种效应在超低容量压力传感器上更为明显。

所以为制造高准确度的传感器选择合适的传感器的基础材料是另一个关键点。

第三是传感器的基架,超过15年的经验让我们相信箔的热处理的线性性能具有显著的影响,所以测试和分类是非常重要的。

在我们的设计和生产超低容量的传感器的过程中，,以上因素在许多实验中将被认为是最好的组合。

3．称重传感器的性能测试

基于以上技术的压力释放,蠕变控制和温度补偿,我们得到MSP3B称重传感器—低容量30g如图3所示,

图3MSP3B-30g压力传感器

测试程序OIML60的测试结果如图4所示。

图4MSP3B-30g-005称重传感器误差曲线

显然,空间,冷,热,室温的不同都会影响称重传感器的应用。

除此之外,这些称重传感器符合OIMLC3的蠕变、温度漂移规范。

4、结论

总而言之，在设计阶段有限的进行分析优化—冷热温度和静态超载，特别是在生产阶段的应力释放过程中创造性地运用了振动方法。

这使得30克超低量程称重传感器的蠕变得到很好的控制。

测试结果表明，所有组合误差的蠕变和这个称重传感器都符合OIMLC3的规范的高温性能。

虽然生产超低容量称重传感器有许多极为敏感因素而被列为禁区。

但是，这个禁区能通过严格的操作和精细的控制而被有效突破和详细的分析。

参考文献

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589–596.

外文文献翻译原文1

DevelopingofHighAccuracyandLowCapacityStrainGageBasedLoadCellforElectronicScale

BaoxiangHe,GuirongLu,KaibinChu,GuoqiangMa

Abstract：

Astraingagebasedloadcelloptimizedwithfinalelementanalysisdesign.Besidessomeadvancedstabilizingtechnologiesliketemperatureimpact,staticoverload,computerpatternrecognition（CRT）technologyisalsousedtomakedynamicsimulateandanalysis.Themultivibrationstressreleasemethodbaseonthatiscreativelyusedintheproductionofthisloadcell.Withallthistechnologies,highaccuracy,highstabilityisachievedontheloadcellwiththecapacityof30g.Withthisloadcells,straingagebasedelectronicbalancewithdivisionsof300,000andresolutionoflessthan0.2mgispracticable.Thecapacityandaccuracyofthisloadcellismuchhigherthansimilarproductonthemarketwhileitspriceismuchlowerthanelectromagneticloadcell.Therefore,thecommercialprospectof

hisloadcellisencouraging.

Keywords：

design,straingagebasedloadcell,accuracy,electronicscale.

I.INTRODUCTION

Itiswellknownthattheaccuracyofloadcellisoneofthekeyfactorsfortheaccuracyofthebalancescales.Currently,theloadcellusedinhighaccuracybalancesmainlyiselectromagneticbalanceloadcell.Thelowcoststraingagebasedloadcellisonlyusedtomakelowaccuracybalance.Themainerrorseffectstheaccuracystraingagebaseloadcellarecreepandtemperaturedrift,especiallyforlowcapacityloadcell.Traditionally,thelowestcapacityforhighaccuracystraingagebasedloadcellis300g.Themaximumdivisionforbalancewiththisloadcellisonly50kandtheminimumresolutionisnolessthan0.01g.Allinall,forsuperlowcapacityloadcell,thedesignandmanufacturingtechnologyisnoteasytobemergedorganicallyandtheloadcellisextremelysensitivetothematerial,machiningandproductionprocess.Soitishardtomakegoodenoughloadcellmeetswiththerequirementofhighaccuracybalance.Makingsuperlowcapacityhighaccuracystraingagebaseisalwaystheworldwidehotsubject.Thisarticlewillmakinganalysisandresearchonstressreleaseandcompensationtechnologytoexplorethemanufacturingtechnologyofmakesuperlowcapacityhighaccuracystraingagebasedloadcell.

II.PRINCIPLEANDMETHOD

A.Releaseofresidualstress

Thematerialusedtomakethemainpartsoftheloadcellisaluminiumbar.Togetbettercombinedperformance,aluminiumbarwillbequenchedafterextruding.Theresidualstressofquenchcan’tbefullyreleasedbynaturalaging.Moreover,themachining,gagging,curingprocesswillalsocausebigresidualstress,especiallyforsuperlowcapacityloadcell.Ifthisstressisnotreleaseintime,itwillbegraduallyreleasedwhiletheloadcellisbeingtestandeveninfinalapplication.Thiswillcausechangeofloadcell’soutputandthischangecan’tbescreenoutfromthetemperatureandcreepperformanceoftheloadcell.Soitwillaffectthestabilityandaccuracyoftheloadcell.Thisisoneofthemaindifficultofmakingsuperlowcapacityloadcell.Tohavetheresidualstressreleased,theloadcellisundergonetemperaturehitbetweenhotandcoldchamber.Thenthestaticoverloadmethodisalsobeenappliedˈhoweverthesearestillnotenough.

Tohavethestressfurtherreleased,themultivibrationmethodisspeciallyintroduced.Themethodisfixtheexciterandvibrationsensortotheloadcellandplacethemontherubberpad.Theresonancefrequencywillbeautomaticallyscannedoutandthentheloadcellunderwentlessthan30minutes’sub-resonance.Microscopicplasticdeformationwillhappeninsidetheloadcellandthestressgetreleased.Onethingneedstomentionhereisthatfortraditionalvibrationagingequipment,theprocesstoadjusttheexcitingpoint,supportingpointandpickuppointofthepartisverycomplicated.Anditisalsohardtoachie