影响弦式仪器长期稳定性的因素
传感器部件材料的选择:材料的选择通常是决定仪器长期稳定性的第一个因素。材料本身(不论是一种还是几种材料接合),均应有较好的力学、耐腐蚀和长期稳定性,传感器部件如壳体和膜片材料必须和弦的温度系数相匹配,且这些材料必须和使用的固定(焊接)技术兼容。
弦的应力:一般而言,弦的应力与应变应保持尽可能地低。在典型的压力传感器中,钢弦的屈服应力大约是2750 MPa,弦的最大应力应进行恰当的选择。通常传感器在使用后,作用在膜片上的压力减少,从而导致了弦上的应力大大降低,这样将减小弦的徐变趋势。但在应变计和位移传感器中,弦的应变常高达4000-5000微应变,弦的应力超过1000MPa,此时传感器仍应稳定地工作。
钢弦预张与固定技术:传感器的钢弦用预定的张力固定着,保持初始张力不变的技术是至关重要的,因为在长期受力状态下,钢弦固定端的滑动或徐变都会引起错误的信息。钢弦的固定技术被认为是生产高品质传感器的关键技术。经验证明,采用传统的机械夹持工艺难以保持预定的张力从而无法保证所有批量生产的传感器具有相同的长期稳定性。而采用特殊的焊接设备和工艺,可使弦及固端深层焊透而又不产生热应力,并且焊接不使用填充料以避免腐蚀。 结构设计:振弦仪器的结构设计很大程度上决定了仪器的工作特性。为了最大可能的提高分辨率,钢弦的长度应尽可能短。然而,考虑到弦端固定及线圈应置于弦中心位置的要求,过短的弦常会带来一些制造上的困难。此外,当弦非常短时,在谐振情况下把弦激活变得更加困难。综上所叙述,对于特定类型的传感器例如压力传感器来说,弦长、膜片的直径、偏移量存在一个最优组合。对一些特殊性能的传感器如微压传感器,其工作量程可达厘米级,大气压力的变化对传感器的影响是非常明显的。为了修正气压的影响,传感器应与大气通气以便在压力感应膜上形成压力平衡。 现代的弦式仪器常把弦线与壳体部件焊接成密闭共振腔。在传感器内部有限的空间内,气体温度变化可引起不容忽视的压力变化。为最大限度地减小温度变化的影响并为振弦元件提供一个稳定的环境,共振腔内应抽成真空。这样可以消除压力的影响。
对比数据显示了同一批产品中抽取的12支345KPA的传感器样本,在这些样本中,有6支传感器内部抽成真空,另 6支传感器内部为常压。抽真空的传感器平均对温度的灵敏度为-0.121KPA/℃,内部不抽成真空的传感器平均对温度的灵敏为0.264KPA/℃。
密封技术:由于大部分工程仪器是工作在恶劣环境中,密封的失效将导致传感器不能正常工作。对于压力传感器如渗压计应特别注意机壳与电缆引入处的密封,在传感器机壳有电缆引入线的地方都用双“O”型环将传感器密封在机壳里。在传感器机壳内有加工好的“O”型环槽,这就允许“O”型环自由定位并防止机壳外的差动应力对传感器造成影响。另外,在每个引线贯穿线圈内部空间的地方,应设内部隔极。即使传感器的所有“O”型环密封都失败,&127;或者水渗入到电缆里面并到达隔极密封的地方,传感器仍能正常工作。温湿度记录仪| 光功率计| 粒子计数器| 粉尘计|
失效技术:一般认为工厂失效能有助于提高现场传感器的长期稳定性,但并非所有的失效技术都保证能获得满意的长期稳定性。上面提及的其他生产商均采用了某种失效技术,然而测试数据并不能证明其失效技术的有效性。
电缆技术:振弦式传感器的输出信号是以频率变化的方式出现的,温度起伏、潮气侵入等引起的电缆电阻的变化对信号没有影响,故对电缆的要求较其他传感器低得多。但在长电缆条件下,多种原因产生的电子噪音对信号有一定影响。防止这种干扰的最好方法是把每对导线双绞并屏蔽起来。例如美国基康公司生产的电缆带有铝箔-聚酯薄膜绝缘带,这种绝缘带缠绕于导线周围,且电缆内设有一根裸铜排扰线以便把产生的感应电流排放到大地。此外,导线使用的绝缘材料也非常重要。聚乙烯和聚丙烯都是很好的绝缘材料且电介质吸收率很小。实践证明,这种技术是消除电子噪音的最好方法。采用这种技术,联接“拨振”型振弦式传感器的电缆延伸了3公里,传感器仍工作很好。此外,对地漏电在 5K欧姆范围以内的情况,对其他传感器如粘贴应变片式传感器来说是一个严重问题,但振弦式传感器却可以正常工作。
传感器的实验室长期测试:在大多数工程应用中,传感器通常是埋在结构体内,无法重新标定。在对结构特性和安全的可信程度作出决定时,具有很好的长期稳定性的传感器就显得特别重要。连续进行的实验室长期测试可以显示出传感器的稳定性随时间的变化情况并为安装在现场的传感器特性提供进一步的证明资料。同时,产品出厂的标定参数应该建立在经过连续进行的实验室长期测试结果的基础上。
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