顯示了使用砝碼校準傳感器的正確程序，并描述了導(dǎo)致誤差增加的典型故障。可以獲得量規(guī)研究性能優(yōu)勢。

使用MAX1452和MAX1455精密傳感器信號調(diào)理器集成電路對基于應(yīng)變片的重量傳感器進行校準和溫度補償正變得越來越流行。領(lǐng)先的汽車安全產(chǎn)品供應(yīng)商越來越多地轉(zhuǎn)向使用力傳感器，以優(yōu)化適合乘員質(zhì)量和部署情況嚴重程度的安全氣囊部署力。

雖然MAX1452和MAX1455采用16位Δ-Σ數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）具有非常精細的調(diào)整和校準分辨率，但它們無法補償不良的校準程序和測試設(shè)置。這里重點介紹了校準重量傳感器時需要考慮的要點以及關(guān)鍵的測試操作員功能。將討論用于表征和初始原型生產(chǎn)的典型自重測試系統(tǒng)，因為這是通常用于表征和原型生產(chǎn)的類型。

典型的重量傳感器表征需要使用自重試驗臺（有時也稱為蠕變測試儀），以獲得準確且可重復(fù)的傳感器負載。為了達到預(yù)期的結(jié)果，必須遵守幾點。

測試臺上正負力負載的夾具方向

傳感器和電纜方向

傳感器安裝螺栓的扭矩

重量編號

軸與重量間隙（使用自動配重提升從負載中移除重物時）

傳感器安裝后的預(yù)調(diào)節(jié)傳感器和夾具

單調(diào)應(yīng)用和去除砝碼

黃金樣本和數(shù)據(jù)跟蹤 （SPC）

安全

要指出的第一點是關(guān)于安全。用于砝碼傳感器校準的砝碼如果處理不當，可能會很危險。建議的處理做法應(yīng)包括以下幾點：

始終穿鋼頭鞋或鋼鞋套。

這些可在任何工業(yè)服裝或鞋類供應(yīng)店購買。這些重物和固定裝置足夠重，如果意外掉落，可以骨折腳骨。

堆疊時，始終每隔 3-4 個砝碼交替配重安裝槽方向。

在卸下重物的過程中，以相同方向堆疊的砝碼可能會傾斜并從衣架上掉落到操作員的腳上。為了安全起見，砝碼設(shè)計為以這種方式交替堆疊。

始終使用腿部肌肉來舉起和減輕重量。

彎曲背部以舉起 20 磅的重量，除了同一關(guān)節(jié)上的壓縮重量本身外，還可以使下背部骨骼和肌肉產(chǎn)生大約 720 IN-LB 的扭矩。

始終以最大允許的螺紋嚙合固定夾具和桿。

只有一兩個螺紋（或轉(zhuǎn)彎）的螺紋接頭的螺紋嚙合不足，并且可能在負載下剝落，導(dǎo)致砝碼和夾具掉落。

不幸的是，上述安全預(yù)防措施通常不會被注意，直到操作員或旁觀者遭受需要急診室治療的腳部受到嚴重打擊。小心點，不要成為那個人。

夾具方向

典型雙約束S型彎曲重量傳感器在正重量下的正確夾具方向如圖1所示。標有“A”的量具處于張力載荷狀態(tài)，標有“B”的量具處于壓縮狀態(tài)。

“空載”條件實際上不是零，而是由懸臂傳感器的重量和吊架的重量（吊架包括螺紋桿、鏈條和配重盤）得出的正值。

圖1.用于正重應(yīng)用的夾具方向。

負重的正確夾具方向如圖2所示。標記為“A”的量具現(xiàn)在處于壓縮狀態(tài)，標記為“B”的量具現(xiàn)在處于張力狀態(tài)。這會產(chǎn)生負傳感器輸出信號。傳感器的方向不會改變。但是，燈具現(xiàn)在長了大約 1 英寸。卸下 C 形支架，垂直翻轉(zhuǎn)它們，然后水平旋轉(zhuǎn)它們，產(chǎn)生此夾具方向。

圖2.用于負重應(yīng)用的夾具方向。

“空載”條件也不是零，而是由懸臂傳感器的重量和吊架組件的重量得出的負值。此空載條件與正空載條件的值完全相同，但極性相反。

從空載循環(huán)到 +負載和空載到 -負載時，總會有 4 種負載條件。事實上，我們將空載條件定義為 +無負載和 -noload。

夾具布置不正確如圖3所示，其中傳感器已翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)，但夾具保持不變。乍一看，這似乎適用于負重量，但是仔細檢查量具“A”和“B”會發(fā)現(xiàn)它們與上述圖1處于相同的拉伸/壓縮配置，并產(chǎn)生相同的輸出信號極性。

圖3.負重應(yīng)用的夾具方向不正確。

傳感器和電纜方向

出于幾個原因，在所有測試中保持傳感器處于同一方向很重要。首先，傳感器主體是懸臂式負載。雖然雙重約束的S形彎曲載荷往往會抵消共模懸臂效應(yīng)，但當簡單地關(guān)注夾具方向完全消除問題時，最好不要依賴傳感器屬性來消除。

其次，電纜中的電纜重量和張力將呈現(xiàn)負載。雖然它對空載條件的影響很小，但通過正確約束電纜，根本不需要擔心這個錯誤。當電纜“掛在”傳感器的“非活動”負載側(cè)支撐時，可以實現(xiàn)適當?shù)募s束。傳感器的非主動負載側(cè)是 C 型支架連接到測試臺上部安裝座的一側(cè)。

圖4顯示了用于測試的正確和不正確的電纜約束。安裝在上軸上的簡單衣夾式夾子允許電纜約束的快速連接方法。

圖4.正確和不正確的電纜約束，正確顯示在頂部。

重量編號

并非所有權(quán)重都是平等的。通常，自重可通過合格的校準實驗室通過二級或三級可追溯標準追溯到NIST一級標準。有時，廉價的重量根本無法追溯，并且重量之間可能相差多達10%。在任何情況下，砝碼都應(yīng)在邊緣和頂部表面上標有唯一的識別號，以便可以重復(fù)地應(yīng)用和移除它們。不相等的重量將導(dǎo)致對傳感器施加輕微的非單調(diào)力。當以任何隨機順序應(yīng)用此類權(quán)重時，結(jié)果是傳感器輸出曲線相對于線性度不可重復(fù)。圖 5 以夸張的方式顯示了這一點。如前所述，盡管這種隨機方差誤差很小，但如果每次都以相同的順序應(yīng)用權(quán)重，則根本不需要擔心。

圖5.由隨機順序應(yīng)用的不等權(quán)重引起的傳感器輸出方差。

軸重量比間隙

使用自動配重機構(gòu)時，需要仔細控制配重槽內(nèi)的軸位置。圖 6 顯示了在衣架上帶有用于裝載和卸載的插槽的重量。當舉重器升起以從吊架上卸下重物時，螺紋桿軸和配重槽之間的任何接觸都會導(dǎo)致滯后效應(yīng)和/或?qū)蛰d條件的誤導(dǎo)性測量。

圖6.重量接觸吊架軸。

當使用自重測試儀進行蠕變測試時，這一方面同樣很重要。力傳感器的蠕變測試旨在測量傳感器在給定方向上長時間承受負載或超過極端溫度時發(fā)生的半永久性偏移量。蠕變?nèi)鐖D7所示。蠕變測試應(yīng)包括空載測量（經(jīng)過適當?shù)念A(yù)處理），測試載荷測量的連續(xù)監(jiān)測，以及最終的空載測量和隨后的松弛特性。

圖7.蠕變測試測量需要精確應(yīng)用空載條件。

安裝后的預(yù)調(diào)節(jié)傳感器和夾具

傳感器和夾具組件必須在每次傳感器安裝、夾具螺栓扭矩和中止運行后反復(fù)加載到滿量程并返回空載三次。原因是每個夾具周圍都有一個小的摩擦組件，可以稍微改變傳感器安裝位置的應(yīng)力分布。當施加載荷時，該摩擦區(qū)域滑落到空載和滿載條件之間的最穩(wěn)定點。傳感器本身也將在覆蓋量具本身的保護性聚合物涂層中表現(xiàn)出應(yīng)力消除。循環(huán)負載三次可減輕這些應(yīng)力，并從傳感器建立真正的空載零輸出，以開始測試運行。

一個相關(guān)的現(xiàn)象是應(yīng)變計傳感器組件從空載循環(huán)到滿載時的正常滯后。雖然這種類型的遲滯通常會導(dǎo)致小于0.01%的誤差，但它是一個已知的誤差因素，應(yīng)盡可能避免。通過使用上述 3 周期滿量程負載程序并在必須在某個間歇負載值處中止測試序列并重新開始時應(yīng)用此過程，可以避免這種情況。

單調(diào)應(yīng)用和去除砝碼

在測試序列中，應(yīng)以連續(xù)增加的方式施加重量以進行加載，并在卸載過程中以連續(xù)減少的方式移除。這避免了干擾由上述 3 周期預(yù)處理建立的遲滯環(huán)路。此序列如圖 8 所示。

圖8.砝碼的應(yīng)用總是在增加或減少。

砝碼也應(yīng)小心應(yīng)用，以免無意中將砝碼掉落到衣架上，從而對傳感器產(chǎn)生較大的力。一個 30 磅的重量在落到衣架上時會產(chǎn)生數(shù)百甚至數(shù)千磅的力量。當小心地使用砝碼時，在測量讀數(shù)之前穩(wěn)定懸掛砝碼也簡單得多。

黃金樣本和數(shù)據(jù)跟蹤 （SPC）

測試組或質(zhì)量保證組應(yīng)維護幾個“黃金樣本”傳感器（帶或不帶電子設(shè)備），以確認或驗證測試臺是否準備好使用。這些樣品應(yīng)在測試臺上定期測量，并將數(shù)據(jù)記錄在日志中。只有在黃金樣本運行且數(shù)據(jù)結(jié)果被視為可接受的數(shù)據(jù)后，才應(yīng)準予釋放設(shè)備以供使用。該日志成為測試儀整個生命周期內(nèi)設(shè)備功能的主要可追溯記錄。只要滿足以下條件之一，就應(yīng)運行黃金樣本：

測試臺被移動。

測試臺或夾具被修改和/或更換。

砝碼被替換或更改。

在測試任何供客戶使用的傳感器之前，進行設(shè)計或過程驗證測試。

測試儀之間的重現(xiàn)性檢查

結(jié)語

在生產(chǎn)重量傳感器原型時，擁有記錄在案的測試程序并為操作員提供自重測試設(shè)備培訓(xùn)可以同樣寶貴的時間和精力。MAX1452和MAX1455器件的校準和溫度補償程序集成在整個校準序列中。MAX1452評估板和MAX1455評估板為評估板，用于快速評估傳感器原型。遵循整個過程將提供新傳感器設(shè)計的可靠表征數(shù)據(jù)，并且將更加可靠和可重復(fù)，從而改善工程設(shè)計和概念評估時間。最重要的是，可以避免因重物和固定裝置墜落而導(dǎo)致的潛在操作員傷害。

審核編輯：郭婷