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關(guān)于電子臺案秤的穩(wěn)定性問題
來源：未知 添加時間：2017-05-12 08:14:18 瀏覽次數(shù)：0次
溫度循環(huán)的穩(wěn)定性老化處理，使故障暴露在穩(wěn)定性處理老化工藝過程中，并對其 進行有效的處理，使電子臺案秤一到用戶手中即進入各項性能穩(wěn)定工作時期。
參考文獻
【1】殷偉寧．改善計價電子秤高低溫性能的探討［C］．電子衡器技術(shù)交流 論文集，1990 年。
【2】日本大和制衡株式會社．R208 電子計價秤制造工藝資料，1988 年。
【3】美國軍用標(biāo)準(zhǔn)．《電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法》．1990 年。
一、概述 我國電子臺案秤生產(chǎn)企業(yè)多、產(chǎn)量和出口量大、應(yīng)用范圍廣，即涉及到廣大
消費者利益，又涉及到我國出口產(chǎn)品形象，是國家強制管理的法制計量器具和 3C 認證產(chǎn)品。其中電子臺案秤的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是廣大消費者和國際 經(jīng)銷商最關(guān)心的問題；也是我國與工業(yè)發(fā)達國家同類產(chǎn)品差距最大的問題；更是 各生產(chǎn)企業(yè)需要下一番功夫才能實現(xiàn)的問題。其中穩(wěn)定性和可靠性是基礎(chǔ)，沒有 穩(wěn)定性和可靠性何談準(zhǔn)確度。穩(wěn)定性是指在一定時期內(nèi)、相同條件下電子臺案秤 耐受環(huán)境條件變化影響的程度；可靠性是指在規(guī)定的使用條件下和一定的時間 內(nèi)，電子臺案秤保持各項技術(shù)性能并穩(wěn)定工作的能力，多以無故障工作時間或可 靠壽命來度量。兩者的共同點是如何能夠耐受各種可能遇到的環(huán)境條件作用，而 能穩(wěn)定可靠的體現(xiàn)其技術(shù)性能指標(biāo)，即對環(huán)境條件的適應(yīng)性。因此必須重視并了 解環(huán)境條件及其潛在影響，選擇能夠?qū)惯@些環(huán)境條件影響的設(shè)計方案和工藝措 施。按環(huán)境的性質(zhì)和特征，一般環(huán)境條件分為客觀環(huán)境和感應(yīng)環(huán)境。前者為周圍 的自然環(huán)境，后者是人為環(huán)境。電子臺案秤耐受的環(huán)境條件兩者兼而有之，主要 是環(huán)境溫度、濕度和各種干擾。
2001 年國家監(jiān)督抽查 14 省市 25 個企業(yè) 15kg 電子計價秤 75 臺，合格 36 臺， 合格率 48%；2003 年國家監(jiān)督抽查 9 省市 33 個企業(yè)生產(chǎn)的 33 種 15kg 電子計價 秤，合格 17 種，合格率 51.5%。兩次國家監(jiān)督抽查因為稱重傳感器溫度性能指
消費者利益，又涉及到我國出口產(chǎn)品形象，是國家強制管理的法制計量器具和 3C 認證產(chǎn)品。其中電子臺案秤的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是廣大消費者和國際 經(jīng)銷商最關(guān)心的問題；也是我國與工業(yè)發(fā)達國家同類產(chǎn)品差距最大的問題；更是 各生產(chǎn)企業(yè)需要下一番功夫才能實現(xiàn)的問題。其中穩(wěn)定性和可靠性是基礎(chǔ)，沒有 穩(wěn)定性和可靠性何談準(zhǔn)確度。穩(wěn)定性是指在一定時期內(nèi)、相同條件下電子臺案秤 耐受環(huán)境條件變化影響的程度；可靠性是指在規(guī)定的使用條件下和一定的時間 內(nèi)，電子臺案秤保持各項技術(shù)性能并穩(wěn)定工作的能力，多以無故障工作時間或可 靠壽命來度量。兩者的共同點是如何能夠耐受各種可能遇到的環(huán)境條件作用，而 能穩(wěn)定可靠的體現(xiàn)其技術(shù)性能指標(biāo)，即對環(huán)境條件的適應(yīng)性。因此必須重視并了 解環(huán)境條件及其潛在影響，選擇能夠?qū)惯@些環(huán)境條件影響的設(shè)計方案和工藝措 施。按環(huán)境的性質(zhì)和特征，一般環(huán)境條件分為客觀環(huán)境和感應(yīng)環(huán)境。前者為周圍 的自然環(huán)境，后者是人為環(huán)境。電子臺案秤耐受的環(huán)境條件兩者兼而有之，主要 是環(huán)境溫度、濕度和各種干擾。
2001 年國家監(jiān)督抽查 14 省市 25 個企業(yè) 15kg 電子計價秤 75 臺，合格 36 臺， 合格率 48%；2003 年國家監(jiān)督抽查 9 省市 33 個企業(yè)生產(chǎn)的 33 種 15kg 電子計價 秤，合格 17 種，合格率 51.5%。兩次國家監(jiān)督抽查因為稱重傳感器溫度性能指
標(biāo)超差，而造成電子計價秤溫度試驗項目不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分別占不合格產(chǎn)品的 54%和 56%。其中最大誤差低溫－13.5g，常溫－11.5g，高溫－12.0g。可見稱重 傳感器的溫度性能對電子臺案秤的穩(wěn)定性和可靠性的重要性，這也是長期以來生 產(chǎn)企業(yè)致力于解決的主要技術(shù)問題。其實質(zhì)是電子臺案秤對外部條件的穩(wěn)定性， 或者說是環(huán)境適應(yīng)性，主要是對溫度、濕度變化和各種干擾的穩(wěn)定性。根據(jù)處于 國際市場引導(dǎo)者地位的電子臺案秤制造企業(yè)的經(jīng)驗，解決此問題的有效方法是提 高鋁合金稱重傳感器的防護與密封技術(shù)和穩(wěn)定性處理工藝水平，并對整秤進行溫 度循環(huán)的時效處理。
二、電子臺案秤用鋁合金稱重傳感器的穩(wěn)定性 電子臺案秤用鋁合金稱重傳感器的穩(wěn)定性是建立在比較精確的靈敏度溫度
補償前提下，即通過靈敏度溫度補償消除了彈性元件材料彈性模量 E、電阻應(yīng)變 計靈敏系數(shù) K 和彈性元件幾何尺寸隨溫度變化的影響。由于稱重傳感器的靈敏 度溫度誤差是一個系統(tǒng)誤差，靈敏度溫度補償不像零點溫度補償那樣逐個進行， 而是批量進行。在彈性元件材料、電阻應(yīng)變計、應(yīng)變粘接劑等都不變的前提下， 靈敏度溫度補償電阻和并聯(lián)的線性化調(diào)整電阻均不改變。實際上，批量的進行靈 敏度溫度補償并不可能使稱重傳感器的靈敏度溫度漂移為零，與完全補償?shù)睦硐?值之間總是存在一定的偏差。當(dāng)此偏差為正時產(chǎn)生過補償，為負時產(chǎn)生欠補償。 過補償?shù)慕Y(jié)果使稱重傳感器隨著環(huán)境溫度的升高而輸出減少，導(dǎo)致高溫負差。這 就需要測量出電子臺案秤測量電路的溫度漂移方向，控制稱重傳感器靈敏度溫度 補償電阻量，使其產(chǎn)生與測量電路溫度漂移方向相反的溫度漂移量，即克服了批 量靈敏度溫度補償?shù)娜毕荩痔岣吡穗娮优_案秤的穩(wěn)定性。
稱重傳感器的穩(wěn)定性，就是在一定時間內(nèi)和相同條件下其特性變化的程度， 主要是零點和靈敏度的變化程度，也可以說是零點和靈敏度的穩(wěn)定性。
所謂零點穩(wěn)定性，就是稱重傳感器在一定時間內(nèi)和相同條件下，零點輸出的 最大變化量。零點輸出穩(wěn)定性 ZW 用%FS／三個月、%FS／六個月、%FS／年表
示，可用下式計算：
Z ＝ Z2 - Z1 ´100％
Z0
式中：Z2－在規(guī)定時間內(nèi)零點輸出的最大值；
Z1－在規(guī)定時間內(nèi)零點輸出的最小值；
二、電子臺案秤用鋁合金稱重傳感器的穩(wěn)定性 電子臺案秤用鋁合金稱重傳感器的穩(wěn)定性是建立在比較精確的靈敏度溫度
補償前提下，即通過靈敏度溫度補償消除了彈性元件材料彈性模量 E、電阻應(yīng)變 計靈敏系數(shù) K 和彈性元件幾何尺寸隨溫度變化的影響。由于稱重傳感器的靈敏 度溫度誤差是一個系統(tǒng)誤差，靈敏度溫度補償不像零點溫度補償那樣逐個進行， 而是批量進行。在彈性元件材料、電阻應(yīng)變計、應(yīng)變粘接劑等都不變的前提下， 靈敏度溫度補償電阻和并聯(lián)的線性化調(diào)整電阻均不改變。實際上，批量的進行靈 敏度溫度補償并不可能使稱重傳感器的靈敏度溫度漂移為零，與完全補償?shù)睦硐?值之間總是存在一定的偏差。當(dāng)此偏差為正時產(chǎn)生過補償，為負時產(chǎn)生欠補償。 過補償?shù)慕Y(jié)果使稱重傳感器隨著環(huán)境溫度的升高而輸出減少，導(dǎo)致高溫負差。這 就需要測量出電子臺案秤測量電路的溫度漂移方向，控制稱重傳感器靈敏度溫度 補償電阻量，使其產(chǎn)生與測量電路溫度漂移方向相反的溫度漂移量，即克服了批 量靈敏度溫度補償?shù)娜毕荩痔岣吡穗娮优_案秤的穩(wěn)定性。
稱重傳感器的穩(wěn)定性，就是在一定時間內(nèi)和相同條件下其特性變化的程度， 主要是零點和靈敏度的變化程度，也可以說是零點和靈敏度的穩(wěn)定性。
所謂零點穩(wěn)定性，就是稱重傳感器在一定時間內(nèi)和相同條件下，零點輸出的 最大變化量。零點輸出穩(wěn)定性 ZW 用%FS／三個月、%FS／六個月、%FS／年表
示，可用下式計算：
|
Z0
式中：Z2－在規(guī)定時間內(nèi)零點輸出的最大值；
Z1－在規(guī)定時間內(nèi)零點輸出的最小值；
Z0－零點輸出的標(biāo)稱值。 所謂靈敏度穩(wěn)定性，就是稱重傳感器在一定時間內(nèi)和相同條件下，靈敏度的
最大相對變化量。靈敏度穩(wěn)定性 Sb 用％/三個月，％/六個月，％/年表示，可用
下式計算：
S ＝ S1 - S2 ´100％
S1
式中 ：S1 一前次試驗測得的靈敏度；
S2 一本次試驗測得的靈敏度。 若每次測試時溫度無法保持相同，允許根據(jù)實測的靈敏度溫度系數(shù)進行計算
修正。稱重傳感器的穩(wěn)定性是極為重要的質(zhì)量指標(biāo)，但在國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品 樣本中卻很少給出。其原因是目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)的普遍共 識是稱重傳感器的靈敏度變化不應(yīng)該超過重復(fù)性誤差的兩倍。
提高鋁合金稱重傳感器穩(wěn)定性的有效途徑是合理選擇鋁合金材料及熱處理 時效狀態(tài)；優(yōu)化防護密封材料及密封工藝；實施有效的穩(wěn)定性處理工藝。
1．合理選擇鋁合金材料 由于電子臺案秤的量程較小，為使稱重傳感器即有較高的靈敏度又具有較大
的剛度，多采用比重小，Eρ 乘積小，屈強比高，比強度大，塑性好，耐腐蝕， 低溫性能好，并具有優(yōu)良機械加工性能的低彈性模量鋁合金材料。盡管鋁合金材 料有如此多的優(yōu)點，但如果對鋁合金種類和熱處理時效狀態(tài)選擇不當(dāng)，會使稱重 傳感器蠕變誤差增大，穩(wěn)定性變差。
國內(nèi)外應(yīng)用較多的是強度高，耐熱性好，屬于鋁－銅－鎂系的硬鋁合金，美 國、日本牌號為 2024，我國牌號為 2A12（原牌號 LY12），有兩種熱處理時效狀 態(tài)，即熱處理自然時效 2A12—T4 和熱處理人工時效 2A12—T6。由于 2A12 鋁合 金淬火后產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，其表層為拉應(yīng)力，芯部為壓應(yīng)力，經(jīng)自然時效得不 到有效的消除，加工成彈性元件后，會因為應(yīng)力松弛而產(chǎn)生變形。自然時效狀態(tài) 的相和組織也不穩(wěn)定，使用過程中會繼續(xù)進行沉淀相的脫溶過程，而引起尺寸變 化，造成稱重傳感器的零點和靈敏度不穩(wěn)定，產(chǎn)生較大的測量誤差。因此必須選
擇熱處理人工時效狀態(tài)的 2A12—T6 鋁合金。 由于國內(nèi)市場銷售的多為熱處理自然時效狀態(tài)的 2A12—T4 鋁合金，應(yīng)用前
必須進行改變熱處理狀態(tài)的再時效處理，變自然時效狀態(tài) T4 為人工時效狀態(tài) T6。
最大相對變化量。靈敏度穩(wěn)定性 Sb 用％/三個月，％/六個月，％/年表示，可用
下式計算：
|
S1
式中 ：S1 一前次試驗測得的靈敏度；
S2 一本次試驗測得的靈敏度。 若每次測試時溫度無法保持相同，允許根據(jù)實測的靈敏度溫度系數(shù)進行計算
修正。稱重傳感器的穩(wěn)定性是極為重要的質(zhì)量指標(biāo)，但在國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品 樣本中卻很少給出。其原因是目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的評定標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)內(nèi)的普遍共 識是稱重傳感器的靈敏度變化不應(yīng)該超過重復(fù)性誤差的兩倍。
提高鋁合金稱重傳感器穩(wěn)定性的有效途徑是合理選擇鋁合金材料及熱處理 時效狀態(tài)；優(yōu)化防護密封材料及密封工藝；實施有效的穩(wěn)定性處理工藝。
1．合理選擇鋁合金材料 由于電子臺案秤的量程較小，為使稱重傳感器即有較高的靈敏度又具有較大
的剛度，多采用比重小，Eρ 乘積小，屈強比高，比強度大，塑性好，耐腐蝕， 低溫性能好，并具有優(yōu)良機械加工性能的低彈性模量鋁合金材料。盡管鋁合金材 料有如此多的優(yōu)點，但如果對鋁合金種類和熱處理時效狀態(tài)選擇不當(dāng)，會使稱重 傳感器蠕變誤差增大，穩(wěn)定性變差。
國內(nèi)外應(yīng)用較多的是強度高，耐熱性好，屬于鋁－銅－鎂系的硬鋁合金，美 國、日本牌號為 2024，我國牌號為 2A12（原牌號 LY12），有兩種熱處理時效狀 態(tài)，即熱處理自然時效 2A12—T4 和熱處理人工時效 2A12—T6。由于 2A12 鋁合 金淬火后產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，其表層為拉應(yīng)力，芯部為壓應(yīng)力，經(jīng)自然時效得不 到有效的消除，加工成彈性元件后，會因為應(yīng)力松弛而產(chǎn)生變形。自然時效狀態(tài) 的相和組織也不穩(wěn)定，使用過程中會繼續(xù)進行沉淀相的脫溶過程，而引起尺寸變 化，造成稱重傳感器的零點和靈敏度不穩(wěn)定，產(chǎn)生較大的測量誤差。因此必須選
擇熱處理人工時效狀態(tài)的 2A12—T6 鋁合金。 由于國內(nèi)市場銷售的多為熱處理自然時效狀態(tài)的 2A12—T4 鋁合金，應(yīng)用前
必須進行改變熱處理狀態(tài)的再時效處理，變自然時效狀態(tài) T4 為人工時效狀態(tài) T6。
改變時效狀態(tài)的再時效處理工藝為：190℃×24h 或連續(xù)升溫 110℃、150℃、190℃ 保溫 6、12、24 小時（時間連續(xù)計算）。再時效處理，不僅改變了狀態(tài)、穩(wěn)定了 組織，而且還達到了消除熱處理和粗加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的目的。
2．優(yōu)化防護密封材料及密封工藝 鋁合金稱重傳感器防護與密封的基礎(chǔ)是涂刷電阻應(yīng)變計防護面膠，涂刷時機
與涂刷前的清洗至關(guān)重要。一般是在貼片、加壓固化、卸壓后固化、質(zhì)量檢查、 粘貼端子、焊線組橋和測量絕緣電阻各工序質(zhì)量檢查合格后進行。即將整體清洗 后的彈性元件盡快放入高溫試驗箱內(nèi)，加溫 40℃并保溫一定時間，從箱內(nèi)取出 彈性元件在干燥的環(huán)境條件下涂刷防護面膠［，其目的是防止電阻應(yīng)變計在生產(chǎn) 過程中受潮，并為最后的防護與密封打好基礎(chǔ)。用于電阻應(yīng)變計保護涂層的材料 較多，具有代表性的是：美國 VISHAY 公司生產(chǎn)的 M-CoatC 型防護面膠，它是一 種溶劑稀釋的 RTV 硅橡膠，固化后形成堅韌而有彈性的透明薄膜，且有良好的機 械、電氣特性和防化學(xué)侵蝕性能，其涂層的薄膜厚度為 0.4～0.5mm；德國 HBM 公司生產(chǎn)的 SN-4 型氯丁橡膠和 BARRIER-C 型無腐蝕性硅橡膠。
在鋁合金稱重傳感器電路補償與調(diào)整工藝完成后，實施表面多層防護密封工 藝。其防護密封機理是利用多種防護與密封材料的特性和它們之間的互補性，組 成一個具有優(yōu)良防護性能的表面密封結(jié)構(gòu)。它由內(nèi)層的防護膠粘劑，中層的密封 薄膜和外層的硅橡膠構(gòu)成?？拷娮钁?yīng)變計的內(nèi)層防護膠粘劑主要起粘結(jié)密封薄 膜作用，外層硅橡膠起一定的密封和機械防護作用，真正起密封作用的是密封薄 膜。在這類密封薄膜中有一種 PTFE 密封薄膜，實際上是雙面經(jīng)過特殊處理的聚 四氟乙烯薄膜，它具有防濕熱、耐水解性能好，抗大氣老化和化學(xué)焤蝕能力強的 特點。有關(guān)資料給出，厚度為 0.1mm 的聚四氟乙烯薄膜在室外暴露六年多，其外 觀和機械性能等均無明顯變化。
3．實施有效的穩(wěn)定性處理工藝 鋁合金稱重傳感器的穩(wěn)定性處理分兩次進行，第一次穩(wěn)定性處理是在鋁合金
彈性元件機械加工后進行，第二次穩(wěn)定性處理是在完成全部制造工藝形成產(chǎn)品后 進行。
根據(jù)美國 20 世紀 80 年代伯薩迪納傳感器技術(shù)研討會資料介紹，第一次穩(wěn)定 性處理采用熱處理法，主要是恒溫時效法和冷熱循環(huán)法。恒溫時效即可消除機械
2．優(yōu)化防護密封材料及密封工藝 鋁合金稱重傳感器防護與密封的基礎(chǔ)是涂刷電阻應(yīng)變計防護面膠，涂刷時機
與涂刷前的清洗至關(guān)重要。一般是在貼片、加壓固化、卸壓后固化、質(zhì)量檢查、 粘貼端子、焊線組橋和測量絕緣電阻各工序質(zhì)量檢查合格后進行。即將整體清洗 后的彈性元件盡快放入高溫試驗箱內(nèi)，加溫 40℃并保溫一定時間，從箱內(nèi)取出 彈性元件在干燥的環(huán)境條件下涂刷防護面膠［，其目的是防止電阻應(yīng)變計在生產(chǎn) 過程中受潮，并為最后的防護與密封打好基礎(chǔ)。用于電阻應(yīng)變計保護涂層的材料 較多，具有代表性的是：美國 VISHAY 公司生產(chǎn)的 M-CoatC 型防護面膠，它是一 種溶劑稀釋的 RTV 硅橡膠，固化后形成堅韌而有彈性的透明薄膜，且有良好的機 械、電氣特性和防化學(xué)侵蝕性能，其涂層的薄膜厚度為 0.4～0.5mm；德國 HBM 公司生產(chǎn)的 SN-4 型氯丁橡膠和 BARRIER-C 型無腐蝕性硅橡膠。
在鋁合金稱重傳感器電路補償與調(diào)整工藝完成后，實施表面多層防護密封工 藝。其防護密封機理是利用多種防護與密封材料的特性和它們之間的互補性，組 成一個具有優(yōu)良防護性能的表面密封結(jié)構(gòu)。它由內(nèi)層的防護膠粘劑，中層的密封 薄膜和外層的硅橡膠構(gòu)成?？拷娮钁?yīng)變計的內(nèi)層防護膠粘劑主要起粘結(jié)密封薄 膜作用，外層硅橡膠起一定的密封和機械防護作用，真正起密封作用的是密封薄 膜。在這類密封薄膜中有一種 PTFE 密封薄膜，實際上是雙面經(jīng)過特殊處理的聚 四氟乙烯薄膜，它具有防濕熱、耐水解性能好，抗大氣老化和化學(xué)焤蝕能力強的 特點。有關(guān)資料給出，厚度為 0.1mm 的聚四氟乙烯薄膜在室外暴露六年多，其外 觀和機械性能等均無明顯變化。
3．實施有效的穩(wěn)定性處理工藝 鋁合金稱重傳感器的穩(wěn)定性處理分兩次進行，第一次穩(wěn)定性處理是在鋁合金
彈性元件機械加工后進行，第二次穩(wěn)定性處理是在完成全部制造工藝形成產(chǎn)品后 進行。
根據(jù)美國 20 世紀 80 年代伯薩迪納傳感器技術(shù)研討會資料介紹，第一次穩(wěn)定 性處理采用熱處理法，主要是恒溫時效法和冷熱循環(huán)法。恒溫時效即可消除機械
加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，又能消除熱處理引入的殘余應(yīng)力。LY12 硬鋁合金在 200℃ 高溫下恒溫時效時，殘余應(yīng)力釋放與時效時間關(guān)系表明，保溫 24 小時，可使殘 余應(yīng)力下降 50％左右。冷熱循環(huán)工藝為-196℃×4 小時/190℃×4 小時，循環(huán) 3 次，可使殘余應(yīng)力下降 90％左右，并且組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，微量塑性變形抗力高， 尺寸穩(wěn)定性好。冷熱溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互作用，使其重新分布 而獲得殘余應(yīng)力下降的效果。
第二次穩(wěn)定性處理采用機械法，主要有脈動疲勞、超載靜壓和振動時效三種 方法。脈動疲勞法是將鋁合金稱重傳感器安裝在特制的多工位低頻疲勞試驗機 上，施加下限為(1/5～1/3)額定載荷，上限為額定載荷或 120％額定載荷，以每 秒 3～5 次的頻率進行 5000～10000 次的循環(huán)，可有效的釋放彈性元件、電阻應(yīng) 變計、應(yīng)變粘結(jié)劑膠層的殘余應(yīng)力。超載靜壓法是在專用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載裝置中 或簡易機械螺旋加載設(shè)備上，對鋁合金稱重傳感器施加 125％額定載荷，保持 4～ 8 小時，或施加 110％額定載荷，保持 24 小時，以達到釋放殘余應(yīng)力的目的。由 于超載靜壓工藝所用設(shè)備簡單，成本低，效果好，為鋁合金稱重傳感器制造企業(yè)
廣泛采用。振動時效法是將鋁合金稱重傳感器安裝在額定正弦推力滿足振動時效 要求的振動臺上，根據(jù)額定量程估算頻率來決定施加的振動載荷、工作頻率和振 動時間。對于小量程平行梁稱重傳感器，在頻率 30Hz、振動加速度 10g 時，振 動 15 分鐘即可獲得較好的效果。共振時效比振動時效釋放殘余應(yīng)力的效果更好。 振動時效和共振時效工藝的特點是：能耗低，周期短，效果好，不損壞彈性元件 表面，而且操作簡單。以上三種穩(wěn)定性處理方法，提高鋁合金稱重傳感器零點和 靈敏度穩(wěn)定性的效果極為明顯。
三、電子臺案秤的穩(wěn)定性 國內(nèi)外電子臺案秤生產(chǎn)企業(yè)大量試驗證明，即使是常溫技術(shù)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要
求，各項誤差均比較小的電子臺案秤，在高溫＋40℃、低溫－0℃環(huán)境下，其誤 差值可能達到誤差線邊緣甚至出現(xiàn)超差。有的電子臺案秤在“安全過負荷”試驗 之前誤差較小，但在該項試驗之后誤差突然變大，甚至超過溫度誤差限。上述兩 種情況有一個共同的規(guī)律，就是低溫時輸出表現(xiàn)為正差，高溫時輸出表現(xiàn)為負差。 究其原因，除上述分析的鋁合金稱重傳感器靈敏度溫度補償不精細、零點和靈敏 度穩(wěn)定性處理不充分或缺失外，組成電子臺案秤測量電路的電子元器件、模塊等
第二次穩(wěn)定性處理采用機械法，主要有脈動疲勞、超載靜壓和振動時效三種 方法。脈動疲勞法是將鋁合金稱重傳感器安裝在特制的多工位低頻疲勞試驗機 上，施加下限為(1/5～1/3)額定載荷，上限為額定載荷或 120％額定載荷，以每 秒 3～5 次的頻率進行 5000～10000 次的循環(huán)，可有效的釋放彈性元件、電阻應(yīng) 變計、應(yīng)變粘結(jié)劑膠層的殘余應(yīng)力。超載靜壓法是在專用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載裝置中 或簡易機械螺旋加載設(shè)備上，對鋁合金稱重傳感器施加 125％額定載荷，保持 4～ 8 小時，或施加 110％額定載荷，保持 24 小時，以達到釋放殘余應(yīng)力的目的。由 于超載靜壓工藝所用設(shè)備簡單，成本低，效果好，為鋁合金稱重傳感器制造企業(yè)
廣泛采用。振動時效法是將鋁合金稱重傳感器安裝在額定正弦推力滿足振動時效 要求的振動臺上，根據(jù)額定量程估算頻率來決定施加的振動載荷、工作頻率和振 動時間。對于小量程平行梁稱重傳感器，在頻率 30Hz、振動加速度 10g 時，振 動 15 分鐘即可獲得較好的效果。共振時效比振動時效釋放殘余應(yīng)力的效果更好。 振動時效和共振時效工藝的特點是：能耗低，周期短，效果好，不損壞彈性元件 表面，而且操作簡單。以上三種穩(wěn)定性處理方法，提高鋁合金稱重傳感器零點和 靈敏度穩(wěn)定性的效果極為明顯。
三、電子臺案秤的穩(wěn)定性 國內(nèi)外電子臺案秤生產(chǎn)企業(yè)大量試驗證明，即使是常溫技術(shù)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要
求，各項誤差均比較小的電子臺案秤，在高溫＋40℃、低溫－0℃環(huán)境下，其誤 差值可能達到誤差線邊緣甚至出現(xiàn)超差。有的電子臺案秤在“安全過負荷”試驗 之前誤差較小，但在該項試驗之后誤差突然變大，甚至超過溫度誤差限。上述兩 種情況有一個共同的規(guī)律，就是低溫時輸出表現(xiàn)為正差，高溫時輸出表現(xiàn)為負差。 究其原因，除上述分析的鋁合金稱重傳感器靈敏度溫度補償不精細、零點和靈敏 度穩(wěn)定性處理不充分或缺失外，組成電子臺案秤測量電路的電子元器件、模塊等
環(huán)境應(yīng)力篩選不嚴格或未進行，來自于電源、功放、變壓器的熱源影響處理不當(dāng) 等，都將引起電子臺案秤自身的溫度系數(shù)變化而產(chǎn)生溫度漂移，使穩(wěn)定性變差。 根據(jù)國內(nèi)電子臺案秤制造企業(yè)對實際檢測結(jié)果的統(tǒng)計分析得出，鋁合金稱重傳感 器和測量電路的溫度漂移分別占整秤溫度漂移的 65%和 35%。這就要求生產(chǎn)企業(yè) 在重點解決鋁合金稱重傳感器穩(wěn)定性的同時，也要努力解決測量電路的溫度漂移 和穩(wěn)定性問題。
由于電子臺案秤的高溫環(huán)境要比低溫環(huán)境嚴酷，當(dāng)外部環(huán)境溫度達到 40℃ 時，電子臺案秤內(nèi)部測量電路的溫度已達到 47℃左右，鋁合金稱重傳感器部分 的溫度將達到 44℃。這就要求在電子臺案秤結(jié)構(gòu)、測量電路設(shè)計和鋁合金稱重 傳感器選擇時，應(yīng)以秤內(nèi)可能達到的最高溫度為依據(jù)。
為提高電子臺案秤的穩(wěn)定性，保證工作時的計量準(zhǔn)確度，必須在其經(jīng)過各項 制造工藝形成產(chǎn)品后，逐臺進行環(huán)境應(yīng)力篩選。根據(jù)國外處于市場引導(dǎo)者地位企 業(yè)的經(jīng)驗，主要采用兩種環(huán)境應(yīng)力篩選方法：一種是溫度循環(huán)，也稱之為老化； 一種是隨機振動，即振動時效。由于電子臺案秤除物流運輸之外，基本都是處于 靜態(tài)使用狀態(tài)，而且不論鋁合金稱重傳感器還是測量電路受溫度變化的影響更大 一些。此外，再從經(jīng)濟性和可行性上考慮，國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)多采用溫度循環(huán)方法 進行整秤的穩(wěn)定性處理。
1．電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理的工藝裝備 由于各生產(chǎn)企業(yè)的制造模式、批量大小、一次性溫度循環(huán)處理臺數(shù)都不盡相
同，市場上無標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備供應(yīng)，所有電子臺案秤生產(chǎn)企業(yè)都是自己設(shè)計建造溫度循 環(huán)處理老化室。歸納起來，溫度循環(huán)處理老化室應(yīng)具備下列條件：滿足溫度循環(huán) 的高溫、低溫極限溫度要求，方便實現(xiàn)高低溫交變；能自動控制溫度，控溫誤差
±2℃；由常溫到高溫的升溫速率為 15℃／h，由高溫到低溫的降溫速率為 10℃
／h；老化室內(nèi)應(yīng)有電源和接地裝置，保證電子臺案秤實施通電老化；對溫度循 環(huán)全過程自動控制，即升溫速率、溫度保持時間、降溫速率、溫度保持時間自動 控制和自動轉(zhuǎn)換；人員方便進入和在內(nèi)部進行各項試驗測量，在外部進行老化情 況觀察。
2．電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝 電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理的主要參數(shù)有高溫和低溫的極限值；高溫和
由于電子臺案秤的高溫環(huán)境要比低溫環(huán)境嚴酷，當(dāng)外部環(huán)境溫度達到 40℃ 時，電子臺案秤內(nèi)部測量電路的溫度已達到 47℃左右，鋁合金稱重傳感器部分 的溫度將達到 44℃。這就要求在電子臺案秤結(jié)構(gòu)、測量電路設(shè)計和鋁合金稱重 傳感器選擇時，應(yīng)以秤內(nèi)可能達到的最高溫度為依據(jù)。
為提高電子臺案秤的穩(wěn)定性，保證工作時的計量準(zhǔn)確度，必須在其經(jīng)過各項 制造工藝形成產(chǎn)品后，逐臺進行環(huán)境應(yīng)力篩選。根據(jù)國外處于市場引導(dǎo)者地位企 業(yè)的經(jīng)驗，主要采用兩種環(huán)境應(yīng)力篩選方法：一種是溫度循環(huán)，也稱之為老化； 一種是隨機振動，即振動時效。由于電子臺案秤除物流運輸之外，基本都是處于 靜態(tài)使用狀態(tài)，而且不論鋁合金稱重傳感器還是測量電路受溫度變化的影響更大 一些。此外，再從經(jīng)濟性和可行性上考慮，國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)多采用溫度循環(huán)方法 進行整秤的穩(wěn)定性處理。
1．電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理的工藝裝備 由于各生產(chǎn)企業(yè)的制造模式、批量大小、一次性溫度循環(huán)處理臺數(shù)都不盡相
同，市場上無標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備供應(yīng)，所有電子臺案秤生產(chǎn)企業(yè)都是自己設(shè)計建造溫度循 環(huán)處理老化室。歸納起來，溫度循環(huán)處理老化室應(yīng)具備下列條件：滿足溫度循環(huán) 的高溫、低溫極限溫度要求，方便實現(xiàn)高低溫交變；能自動控制溫度，控溫誤差
±2℃；由常溫到高溫的升溫速率為 15℃／h，由高溫到低溫的降溫速率為 10℃
／h；老化室內(nèi)應(yīng)有電源和接地裝置，保證電子臺案秤實施通電老化；對溫度循 環(huán)全過程自動控制，即升溫速率、溫度保持時間、降溫速率、溫度保持時間自動 控制和自動轉(zhuǎn)換；人員方便進入和在內(nèi)部進行各項試驗測量，在外部進行老化情 況觀察。
2．電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝 電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理的主要參數(shù)有高溫和低溫的極限值；高溫和
低溫的停留（保持溫度）時間；由常溫到高溫和由高溫到低溫的升、降溫速率； 一個溫度循環(huán)時間；溫度循環(huán)次數(shù)。只有上述這些參數(shù)選擇的科學(xué)合理，才能取 得有效的穩(wěn)定性處理結(jié)果和合理的成本投入。
OIML R76《非自動秤通用檢定規(guī)程》規(guī)定“在秤技術(shù)說明中，沒有說明特定 的工作溫度，則秤應(yīng)在下列溫度界限內(nèi)保持其計量性能，－10℃～＋40℃”。GB
／T7722—2005 電子臺案秤國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用溫度范圍為 0℃～＋40℃。根據(jù)我 國電子臺案秤多在室內(nèi)使用，以及溫度老化條件應(yīng)高于使用溫度條件這一原則， 溫度循環(huán)的上限值為＋45℃，下限值為 0℃。一個溫度循環(huán)時間和溫度循環(huán)次數(shù) 可參考日本大和制衡株式會社的電子計價秤老化工藝，即一次溫度循環(huán)的時間為 24 小時，其中，由常溫升溫至高溫的時間為 2 小時，高溫停留時間為 8 小時；
由高溫降溫到低溫的時間為 6 小時，低溫停留時間為 8 小時。一個溫度循環(huán)的穩(wěn)
定性處理工藝的溫度與時間曲線如圖 1 所示。
圖 1 一個溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理溫度與時間曲線
從圖 1 可以看出，溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理室的溫度由常溫升至高溫 45℃，溫 度梯度較小，所用時間較短；由高溫 45℃降溫至低溫 0℃，溫度梯定較大，所用 時間較長。總之升溫、降溫的速率都不大，實現(xiàn)起來比較容易。
國內(nèi)外電子儀器儀表制造企業(yè)產(chǎn)品的溫度老化處理，基本參照美國軍用標(biāo)準(zhǔn)
《電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法》，該標(biāo)準(zhǔn)的 5.12 條款規(guī)定：“為了消除復(fù)雜電子
設(shè)備中大多數(shù)隱藏的制造缺陷，至少應(yīng)進行 10 個熱循環(huán)。”日本大和制衡株式會
OIML R76《非自動秤通用檢定規(guī)程》規(guī)定“在秤技術(shù)說明中，沒有說明特定 的工作溫度，則秤應(yīng)在下列溫度界限內(nèi)保持其計量性能，－10℃～＋40℃”。GB
／T7722—2005 電子臺案秤國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用溫度范圍為 0℃～＋40℃。根據(jù)我 國電子臺案秤多在室內(nèi)使用，以及溫度老化條件應(yīng)高于使用溫度條件這一原則， 溫度循環(huán)的上限值為＋45℃，下限值為 0℃。一個溫度循環(huán)時間和溫度循環(huán)次數(shù) 可參考日本大和制衡株式會社的電子計價秤老化工藝，即一次溫度循環(huán)的時間為 24 小時，其中，由常溫升溫至高溫的時間為 2 小時，高溫停留時間為 8 小時；
由高溫降溫到低溫的時間為 6 小時，低溫停留時間為 8 小時。一個溫度循環(huán)的穩(wěn)
定性處理工藝的溫度與時間曲線如圖 1 所示。
圖 1 一個溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理溫度與時間曲線
從圖 1 可以看出，溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理室的溫度由常溫升至高溫 45℃，溫 度梯度較小，所用時間較短；由高溫 45℃降溫至低溫 0℃，溫度梯定較大，所用 時間較長。總之升溫、降溫的速率都不大，實現(xiàn)起來比較容易。
國內(nèi)外電子儀器儀表制造企業(yè)產(chǎn)品的溫度老化處理，基本參照美國軍用標(biāo)準(zhǔn)
《電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法》，該標(biāo)準(zhǔn)的 5.12 條款規(guī)定：“為了消除復(fù)雜電子
設(shè)備中大多數(shù)隱藏的制造缺陷，至少應(yīng)進行 10 個熱循環(huán)。”日本大和制衡株式會
社個的溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理工藝，也規(guī)定溫度循環(huán)次數(shù)為 10 次，即進行 10 天
10 夜的溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理。對 10 次高、低溫的溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理觀察、試 驗、測量結(jié)果統(tǒng)計表明，電子臺案秤的顯示、鍵盤、測量電路、電源電路、稱重 傳感器、A／D 電路等故障，在第 9、第 10 個溫度循環(huán)故障為零，即電子臺案秤 已趨于穩(wěn)定；在第 7、第 8 個溫度循環(huán)出現(xiàn)的故障數(shù)只占總故障數(shù)的 5%；95%的 故障發(fā)生在第一至第 6 個溫度循環(huán)中，特別是第一和第二個溫度循環(huán)出現(xiàn)的故障
數(shù)最多。以上溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理測量結(jié)果證明，采用 10 個溫度循環(huán)處理工藝 是科學(xué)合理的。
在 10 個溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理過程中，應(yīng)根據(jù)電子臺案秤計量性能要求和本 企業(yè)制造工藝特點設(shè)定檢測項目，最好是在高溫和低溫停留期間結(jié)束前進行檢 測。對電子臺案秤出現(xiàn)的各種故障，應(yīng)記錄清楚出現(xiàn)故障時的環(huán)境鼓勵情況。通 常溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理出現(xiàn)故障有兩種情況，其一是永久性損壞，多為功能上問 題，由于承受不了高溫環(huán)境元器件性能時效，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生缺陷或不能工作；其 二是周期性變差，多為性能上問題，例如在高溫下產(chǎn)生漂移或工作異常，但回到 常溫又恢復(fù)正常。針對上述問題應(yīng)制定具體的故障檢查程序和相應(yīng)的故障排除方 法，是溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理至關(guān)重要的問題。由此不難得出，如果沒有合理有效 的監(jiān)測，就不能達到電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理的目的。
四、結(jié)束語 電子臺案秤的穩(wěn)定性由自身的穩(wěn)定性和對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性組成，所以
在研制生產(chǎn)過程中必須統(tǒng)一考慮，不得厚此失彼。提高電子臺案秤自身穩(wěn)定性的 有效途徑是合理設(shè)計秤體結(jié)構(gòu)、優(yōu)選原材料、元器件并進行嚴格的環(huán)境應(yīng)力篩選。 特別是要選擇好鋁合金稱重傳感器，要求進行嚴格的零點和靈敏度溫度補償，零 點和靈敏度穩(wěn)定性好。電子臺案秤對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性，主要是對溫度變化 的穩(wěn)定性，特別是對高溫環(huán)境條件下的穩(wěn)定性。由于鋁合金稱重傳感器和測量電 路的溫度漂移分別占整秤溫度漂移的 65%和 35%，這就為解決整秤的溫度漂移問 題指明了方向。國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)解決此問題的有效途徑是利用“有向補償”效應(yīng) 控制鋁合金稱重傳感器靈敏度溫度補償后的溫度漂移方向與測量電路的溫度漂 移方向相反，使兩者相互抵消保證整秤的溫度系數(shù)最小且穩(wěn)定，同時優(yōu)化電阻應(yīng) 變計和測量元器件的防護密封材料及工藝。對整秤實施 10 個高溫 45℃、低溫 0℃
10 夜的溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理。對 10 次高、低溫的溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理觀察、試 驗、測量結(jié)果統(tǒng)計表明，電子臺案秤的顯示、鍵盤、測量電路、電源電路、稱重 傳感器、A／D 電路等故障，在第 9、第 10 個溫度循環(huán)故障為零，即電子臺案秤 已趨于穩(wěn)定；在第 7、第 8 個溫度循環(huán)出現(xiàn)的故障數(shù)只占總故障數(shù)的 5%；95%的 故障發(fā)生在第一至第 6 個溫度循環(huán)中，特別是第一和第二個溫度循環(huán)出現(xiàn)的故障
數(shù)最多。以上溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理測量結(jié)果證明，采用 10 個溫度循環(huán)處理工藝 是科學(xué)合理的。
在 10 個溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理過程中，應(yīng)根據(jù)電子臺案秤計量性能要求和本 企業(yè)制造工藝特點設(shè)定檢測項目，最好是在高溫和低溫停留期間結(jié)束前進行檢 測。對電子臺案秤出現(xiàn)的各種故障，應(yīng)記錄清楚出現(xiàn)故障時的環(huán)境鼓勵情況。通 常溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理出現(xiàn)故障有兩種情況，其一是永久性損壞，多為功能上問 題，由于承受不了高溫環(huán)境元器件性能時效，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生缺陷或不能工作；其 二是周期性變差，多為性能上問題，例如在高溫下產(chǎn)生漂移或工作異常，但回到 常溫又恢復(fù)正常。針對上述問題應(yīng)制定具體的故障檢查程序和相應(yīng)的故障排除方 法，是溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理至關(guān)重要的問題。由此不難得出，如果沒有合理有效 的監(jiān)測，就不能達到電子臺案秤溫度循環(huán)穩(wěn)定性處理的目的。
四、結(jié)束語 電子臺案秤的穩(wěn)定性由自身的穩(wěn)定性和對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性組成，所以
在研制生產(chǎn)過程中必須統(tǒng)一考慮，不得厚此失彼。提高電子臺案秤自身穩(wěn)定性的 有效途徑是合理設(shè)計秤體結(jié)構(gòu)、優(yōu)選原材料、元器件并進行嚴格的環(huán)境應(yīng)力篩選。 特別是要選擇好鋁合金稱重傳感器，要求進行嚴格的零點和靈敏度溫度補償，零 點和靈敏度穩(wěn)定性好。電子臺案秤對外部環(huán)境條件的穩(wěn)定性，主要是對溫度變化 的穩(wěn)定性，特別是對高溫環(huán)境條件下的穩(wěn)定性。由于鋁合金稱重傳感器和測量電 路的溫度漂移分別占整秤溫度漂移的 65%和 35%，這就為解決整秤的溫度漂移問 題指明了方向。國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)解決此問題的有效途徑是利用“有向補償”效應(yīng) 控制鋁合金稱重傳感器靈敏度溫度補償后的溫度漂移方向與測量電路的溫度漂 移方向相反，使兩者相互抵消保證整秤的溫度系數(shù)最小且穩(wěn)定，同時優(yōu)化電阻應(yīng) 變計和測量元器件的防護密封材料及工藝。對整秤實施 10 個高溫 45℃、低溫 0℃
溫度循環(huán)的穩(wěn)定性老化處理，使故障暴露在穩(wěn)定性處理老化工藝過程中，并對其 進行有效的處理，使電子臺案秤一到用戶手中即進入各項性能穩(wěn)定工作時期。
參考文獻
【1】殷偉寧．改善計價電子秤高低溫性能的探討［C］．電子衡器技術(shù)交流 論文集，1990 年。
【2】日本大和制衡株式會社．R208 電子計價秤制造工藝資料，1988 年。
【3】美國軍用標(biāo)準(zhǔn)．《電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力篩選方法》．1990 年。
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