顯示了使用砝碼校準(zhǔn)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(shì)。

使用MAX1452和MAX1455精密傳感器信號(hào)調(diào)理器集成電路對(duì)基于應(yīng)變片的重量傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償正變得越來(lái)越流行。領(lǐng)先的汽車安全產(chǎn)品供應(yīng)商越來(lái)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(yán)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(xì)的調(diào)整和校準(zhǔn)分辨率，但它們無(wú)法補(bǔ)償不良的校準(zhǔn)程序和測(cè)試設(shè)置。這里重點(diǎn)介紹了校準(zhǔn)重量傳感器時(shí)需要考慮的要點(diǎn)以及關(guān)鍵的測(cè)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(cè)試系統(tǒng)，因?yàn)檫@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(yàn)臺(tái)（有時(shí)也稱為蠕變測(cè)試儀），以獲得準(zhǔn)確且可重復(fù)的傳感器負(fù)載。為了達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，必須遵守幾點(diǎn)。

測(cè)試臺(tái)上正負(fù)力負(fù)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(hào)

軸與重量間隙（使用自動(dòng)配重提升從負(fù)載中移除重物時(shí)）

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(diǎn)是關(guān)于安全。用于砝碼傳感器校準(zhǔn)的砝碼如果處理不當(dāng)，可能會(huì)很危險(xiǎn)。建議的處理做法應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：

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(gòu)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(shí)，始終每隔 3-4 個(gè)砝碼交替配重安裝槽方向。

在卸下重物的過(guò)程中，以相同方向堆疊的砝碼可能會(huì)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(jì)為以這種方式交替堆疊。

始終使用腿部肌肉來(lái)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(gè)螺紋（或轉(zhuǎn)彎）的螺紋接頭的螺紋嚙合不足，并且可能在負(fù)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(huì)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(yán)重打擊。小心點(diǎn)，不要成為那個(gè)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(biāo)有“A”的量具處于張力載荷狀態(tài)，標(biāo)有“B”的量具處于壓縮狀態(tài)。

“空載”條件實(shí)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(fù)重的正確夾具方向如圖2所示。標(biāo)記為“A”的量具現(xiàn)在處于壓縮狀態(tài)，標(biāo)記為“B”的量具現(xiàn)在處于張力狀態(tài)。這會(huì)產(chǎn)生負(fù)傳感器輸出信號(hào)。傳感器的方向不會(huì)改變。但是，燈具現(xiàn)在長(zhǎng)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(fù)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(fù)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(fù)載和空載到 -負(fù)載時(shí)，總會(huì)有 4 種負(fù)載條件。事實(shí)上，我們將空載條件定義為 +無(wú)負(fù)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(fù)重量，但是仔細(xì)檢查量具“A”和“B”會(huì)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(hào)極性。

圖3.負(fù)重應(yīng)用的夾具方向不正確。

傳感器和電纜方向

出于幾個(gè)原因，在所有測(cè)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(fù)載。雖然雙重約束的S形彎曲載荷往往會(huì)抵消共模懸臂效應(yīng)，但當(dāng)簡(jiǎn)單地關(guān)注夾具方向完全消除問(wèn)題時(shí)，最好不要依賴傳感器屬性來(lái)消除。

其次，電纜中的電纜重量和張力將呈現(xiàn)負(fù)載。雖然它對(duì)空載條件的影響很小，但通過(guò)正確約束電纜，根本不需要擔(dān)心這個(gè)錯(cuò)誤。當(dāng)電纜“掛在”傳感器的“非活動(dòng)”負(fù)載側(cè)支撐時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)募s束。傳感器的非主動(dòng)負(fù)載側(cè)是 C 型支架連接到測(cè)試臺(tái)上部安裝座的一側(cè)。

圖4顯示了用于測(cè)試的正確和不正確的電纜約束。安裝在上軸上的簡(jiǎn)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(hào)

并非所有權(quán)重都是平等的。通常，自重可通過(guò)合格的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)二級(jí)或三級(jí)可追溯標(biāo)準(zhǔn)追溯到NIST一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)，廉價(jià)的重量根本無(wú)法追溯，并且重量之間可能相差多達(dá)10%。在任何情況下，砝碼都應(yīng)在邊緣和頂部表面上標(biāo)有唯一的識(shí)別號(hào)，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(duì)傳感器施加輕微的非單調(diào)力。當(dāng)以任何隨機(jī)順序應(yīng)用此類權(quán)重時(shí)，結(jié)果是傳感器輸出曲線相對(duì)于線性度不可重復(fù)。圖 5 以夸張的方式顯示了這一點(diǎn)。如前所述，盡管這種隨機(jī)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(dān)心。

圖5.由隨機(jī)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(dòng)配重機(jī)構(gòu)時(shí)，需要仔細(xì)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(dāng)舉重器升起以從吊架上卸下重物時(shí)，螺紋桿軸和配重槽之間的任何接觸都會(huì)導(dǎo)致滯后效應(yīng)和/或?qū)蛰d條件的誤導(dǎo)性測(cè)量。

圖6.重量接觸吊架軸。

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

圖7.蠕變測(cè)試測(cè)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(yùn)行后反復(fù)加載到滿量程并返回空載三次。原因是每個(gè)夾具周圍都有一個(gè)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(dāng)施加載荷時(shí)，該摩擦區(qū)域滑落到空載和滿載條件之間的最穩(wěn)定點(diǎn)。傳感器本身也將在覆蓋量具本身的保護(hù)性聚合物涂層中表現(xiàn)出應(yīng)力消除。循環(huán)負(fù)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(cè)試運(yùn)行。

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

單調(diào)應(yīng)用和去除砝碼

在測(cè)試序列中，應(yīng)以連續(xù)增加的方式施加重量以進(jìn)行加載，并在卸載過(guò)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(wú)意中將砝碼掉落到衣架上，從而對(duì)傳感器產(chǎn)生較大的力。一個(gè) 30 磅的重量在落到衣架上時(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)百甚至數(shù)千磅的力量。當(dāng)小心地使用砝碼時(shí)，在測(cè)量讀數(shù)之前穩(wěn)定懸掛砝碼也簡(jiǎn)單得多。

黃金樣本和數(shù)據(jù)跟蹤 （SPC）

測(cè)試組或質(zhì)量保證組應(yīng)維護(hù)幾個(gè)“黃金樣本”傳感器（帶或不帶電子設(shè)備），以確認(rèn)或驗(yàn)證測(cè)試臺(tái)是否準(zhǔn)備好使用。這些樣品應(yīng)在測(cè)試臺(tái)上定期測(cè)量，并將數(shù)據(jù)記錄在日志中。只有在黃金樣本運(yùn)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(zhǔn)予釋放設(shè)備以供使用。該日志成為測(cè)試儀整個(gè)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(yùn)行黃金樣本：

測(cè)試臺(tái)被移動(dòng)。

測(cè)試臺(tái)或夾具被修改和/或更換。

砝碼被替換或更改。

在測(cè)試任何供客戶使用的傳感器之前，進(jìn)行設(shè)計(jì)或過(guò)程驗(yàn)證測(cè)試。

測(cè)試儀之間的重現(xiàn)性檢查

結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)重量傳感器原型時(shí)，擁有記錄在案的測(cè)試程序并為操作員提供自重測(cè)試設(shè)備培訓(xùn)可以同樣寶貴的時(shí)間和精力。MAX1452和MAX1455器件的校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償程序集成在整個(gè)校準(zhǔn)序列中。MAX1452評(píng)估板和MAX1455評(píng)估板為評(píng)估板，用于快速評(píng)估傳感器原型。遵循整個(gè)過(guò)程將提供新傳感器設(shè)計(jì)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(jì)和概念評(píng)估時(shí)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