【摘 要】 傳感器ZTC補(bǔ)償也就是傳感器零點(diǎn)溫度補(bǔ)償，是應(yīng)變式傳感器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是傳感器制作工藝中較復(fù)雜的一項(xiàng)工藝技術(shù)。隨著各種高分度秤的使用，對傳感器的zui小檢定分度值Vmin提出了更高的要求，提高傳感器zui小檢定分度值的方法就是做好傳感器ZTC補(bǔ)償。
【關(guān)鍵詞】 傳感器；零點(diǎn)輸出；補(bǔ)償
一、引言
隨著各種高分度衡器需求的增多，對傳感器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求就越來越高，對傳感器的zui小檢定分度值的要求越來越高。傳感器零點(diǎn)輸出的穩(wěn)定性，傳感器零點(diǎn)輸出的大小、傳感器在各種溫度條件下要保持長期可靠、穩(wěn)定的零點(diǎn)輸出、并不受外界溫度的影響成為傳感器制作過程中的技術(shù)重點(diǎn)。而要保證傳感器的零點(diǎn)輸出的穩(wěn)定性，主要要從傳感器的制作工藝上做好工作，保證傳感器的零點(diǎn)輸出穩(wěn)定而可靠。本文就傳感器制作過程中對提高Y值的方法提出一些實(shí)用的技術(shù)。
二、概述
傳感器在應(yīng)用于稱重系統(tǒng)的時(shí)候，由于要與儀表相配套使用，因此需將其零位修正到一定的范圍，否則會(huì)增加整個(gè)測試系統(tǒng)的誤差，零點(diǎn)輸出的一致性越小，在進(jìn)行調(diào)試時(shí)就越方便。同時(shí)，由于傳感器在使用時(shí)隨時(shí)間的變化、環(huán)境溫度的變化，也會(huì)引起零點(diǎn)輸出隨時(shí)間和溫度變化而變化，這就需要在生產(chǎn)中對傳感器零點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)行補(bǔ)償，使其受時(shí)間環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的變化zui小。
三、零點(diǎn)溫度補(bǔ)償原理及方法
要做好稱重傳感器零點(diǎn)溫補(bǔ)補(bǔ)償，首先須了解影響傳感器零點(diǎn)輸出的原因，傳感器在進(jìn)過貼片、組橋工序后，由于其應(yīng)變計(jì)阻值具有一定的分散性，且由于加壓，固化等因素的影響，各橋臂電阻值發(fā)生偏移，傳感器零點(diǎn)輸出就有一定的分散性，需要進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，補(bǔ)償原理如圖1所示。
圖1 傳感器零點(diǎn)及溫度零點(diǎn)補(bǔ)償原理圖
第十一屆稱重技術(shù)研討會(huì)論文集

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稱重科技 2012.5·南京
如圖所示，傳感器零點(diǎn)輸出
U0=U）（）（）（243214231RRRRRRRRRRsR+×+−×+× （1）
式中：U0 為傳感器零點(diǎn)實(shí)測輸出；
U 為傳感器供橋電壓；
R 為傳感器輸出阻抗阻值；
Rs 為傳感器單邊溫度靈敏度補(bǔ)償電阻；
R1，R2，R3，R4為組成傳感器橋路對應(yīng)橋臂阻值。
由于彈性體、應(yīng)變計(jì)、膠粘劑、導(dǎo)線等構(gòu)成傳感器的材料在溫度變化下的曲線各不相同，各種規(guī)格，不同型號的材料的溫度系數(shù)不同。因此，當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，傳感器各橋路電阻值會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)變化，從而產(chǎn)生零點(diǎn)輸出的變化，雖然目前的應(yīng)變計(jì)已具有溫度自補(bǔ)償功能，但對高精度傳感器來說，補(bǔ)償效果還并不理想，這就需要在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步補(bǔ)償。
影響傳感器零點(diǎn)溫漂的主要工藝原因：
①在貼片加壓力值過大或加壓力不均勻，加壓力過大或不均勻會(huì)造成傳感器零點(diǎn)輸出偏大，膠層厚度不一致會(huì)導(dǎo)致傳感器零點(diǎn)溫漂值偏大；
②傳感器在組橋時(shí)橋路的不對稱，也就是說傳感器各橋路中使用的導(dǎo)線長度不一致，各種導(dǎo)線在溫度場下的電阻阻值變化會(huì)導(dǎo)致零點(diǎn)溫漂值大；
③溫漂測試系統(tǒng)誤差帶來的傳感器溫漂值過大；
④補(bǔ)償操作時(shí)焊接方法、焊接質(zhì)量的影響。
針對以上原因，要提高零點(diǎn)溫度補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量，首先要控制好補(bǔ)償前的各工序質(zhì)量，提高自補(bǔ)償?shù)暮细衤?，其次是要對傳感器高低溫零點(diǎn)輸出進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，zui后才是采用有效的補(bǔ)償方法，提高傳感器的零點(diǎn)溫度性能。需要從以下幾方面作好工作：
*，從傳感器的貼片工序首先應(yīng)選擇好的應(yīng)變計(jì)，并控制好傳感器的貼片加壓力的大小，按照應(yīng)變計(jì)產(chǎn)品的指標(biāo)，進(jìn)行0.3Mpa的加壓力值控制，加壓力大會(huì)引起應(yīng)變計(jì)阻值變化大，造成橋路的不對稱；加壓值過小，則會(huì)造成傳感器加載不回零。使用有彈性補(bǔ)償?shù)膴A具，并對力值進(jìn)行控制，提高貼片加壓質(zhì)量。
第二，影響傳感器零點(diǎn)輸出的另一工藝原因就是傳感器組橋時(shí)組橋線的不對稱。由于傳感器組橋用的各種導(dǎo)線，其線徑很細(xì)，在溫度場下阻值變化比較敏感，不管是使用漆包線還是塑膠線，其導(dǎo)線電阻在高低溫下都有一定的變化，所以對稱的布線方法及zui短的布線規(guī)則在傳感器的制作中尤為重要。即使是將傳感器的組橋線進(jìn)行拉伸或扭曲變形等，也會(huì)影響傳感器的制作質(zhì)量，在大批量生產(chǎn)的情況下，為有效保證傳感器的工藝質(zhì)量，必須將各種傳感器組橋用線的長度進(jìn)行量化，在組橋工藝中將組橋線的長度進(jìn)行規(guī)定，并由專門的人員進(jìn)行加工。
第三，為有效保證補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量，必須有*、可靠、準(zhǔn)確的測試系統(tǒng)進(jìn)行溫漂的測試，才能保
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稱重傳感器與稱重儀表篇
證測試結(jié)果的真實(shí)性，保證補(bǔ)償精度的提高。只有測試系統(tǒng)準(zhǔn)確、誤差小才能保證檢測的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量。早期的補(bǔ)償測試系統(tǒng)大多采用一臺(tái)儀表，通過通道切換的方式進(jìn)行測試，受電源、通道切換電阻的影響較大，檢測結(jié)果會(huì)存在較大的差異。而采用一對一的測試方式將是根本的解決辦法，也就是用測試用的數(shù)字模塊，將每一只傳感器用一對一的數(shù)字模塊接入測試系統(tǒng)中，才能保證有準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
對于小量程傳感器的測試，還應(yīng)消除測試環(huán)境對測試結(jié)果的影響，例如傳感器在高低溫箱內(nèi)的放置狀態(tài)、高低溫試驗(yàn)箱的風(fēng)力大小、高低溫箱的振動(dòng)都影響測試結(jié)果，必要時(shí)還需在高低溫箱停機(jī)時(shí)進(jìn)行測試。
在傳感器零點(diǎn)溫漂測試系統(tǒng)中，還需排除各種連接件，如導(dǎo)線、接插件的溫度影響，一方面要求各種連接件可靠連接，接觸電阻zui小，另一方面需采用六線制進(jìn)行補(bǔ)償，消除電源及導(dǎo)線的影響。
第四，在補(bǔ)償過程中補(bǔ)償絲的焊接方法對補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量也是至關(guān)重要的。在進(jìn)行傳感器的零點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)，一般采用的是線徑較細(xì)的補(bǔ)償絲，在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，首先需取除補(bǔ)償絲兩端的漆層，取除漆層的方法有使用烙鐵直接燙去層的方法，必須保證補(bǔ)償絲的均勻性，否則會(huì)引起零點(diǎn)不穩(wěn)或溫漂不穩(wěn)的現(xiàn)象，另外就是要保證焊點(diǎn)的質(zhì)量。補(bǔ)償絲較長時(shí)還需采用雙線纏繞的方法，以消除補(bǔ)償絲之間的電感影響，從而保證補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性。
通過進(jìn)行各種工藝試驗(yàn)，并有大量的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，上述方法的結(jié)果是可行的，并在補(bǔ)償工序取得了一定的效果，有效的提高了補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量和效率。
四、零點(diǎn)溫度補(bǔ)償測試系統(tǒng)
要提高傳感器零點(diǎn)溫度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償精度、補(bǔ)償質(zhì)量及補(bǔ)償效率，測試系統(tǒng)的精度決定了補(bǔ)償?shù)木龋挥懈呔鹊臏y試系統(tǒng)做保障，才能有高質(zhì)量的補(bǔ)償效果，測試系統(tǒng)的組成對補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量起到了決定性的作用，設(shè)計(jì)并制作*的測試系統(tǒng)，才能有效的提高補(bǔ)償質(zhì)量與補(bǔ)償效率。目前常用的測試系統(tǒng)組成如圖2所示。
圖2 測試系統(tǒng)硬件框圖
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典型的測試系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、被測傳感器組成。傳感器的輸入端全部并聯(lián)后接穩(wěn)壓電源，輸出端經(jīng)過多路數(shù)字電壓表的各通道后接數(shù)字電壓表。這種測試系統(tǒng)受通道切換的影響，長期使用可能會(huì)帶來較大的測量誤差。
新型的測試系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源、數(shù)字模塊、計(jì)算機(jī)、被測傳感器組成，傳感器的輸入端全部并聯(lián)后接穩(wěn)壓電源，每只傳感器輸出經(jīng)過對應(yīng)的數(shù)字模塊，轉(zhuǎn)換為RS485接口與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。這種測試系統(tǒng)對傳感器進(jìn)行一對一的測試，測量更準(zhǔn)確，但成本較高。
五、結(jié)束語
對傳感器零點(diǎn)的補(bǔ)償固然重要，但補(bǔ)償是為了彌補(bǔ)傳感器制作過程中帶來的溫度漂移，更重要的是怎樣減少或消除傳感器自身的溫度漂移，使傳感器在沒有進(jìn)行補(bǔ)償之前溫漂值就很小，也就是說傳感器自補(bǔ)償?shù)奶岣卟攀翘岣邆鞲衅鱖TC性能的zui終目標(biāo)，這將是我們傳感器生產(chǎn)廠家追求的目標(biāo)。
參考資料
GB/T7551-2008《稱重傳感器》。