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壓力傳感器為什么會有蠕變

發布時間:2025-03-18 07:48人氣:

壓力傳感器的蠕變(Creep)是指在其承受恒定載荷時,輸出信號隨時間發生緩慢漂移的現象。這種現象主要由材料特性和壓力傳感器設計中的多種因素引起,以下是具體原因及機制:
滄正拉壓力傳感器CAZF-LY20
1. 材料本身的蠕變特性
彈性體材料的粘彈性:
傳感器的彈性體(如鋁合金、不銹鋼或合金鋼)在長期受力時會發生粘彈性變形。即使載荷恒定,材料內部的分子鏈會逐漸重新排列,導致微小但持續的變形。
 
高溫環境會顯著加速這一過程(例如金屬材料的蠕變在高溫下更明顯)。
 
聚合物材料(如膠粘劑或彈性體填充物)的蠕變效應更為顯著。
 
應變片基底材料的蠕變:
應變片的基底(如聚酰亞胺)或膠粘劑在受力時可能發生緩慢變形,導致應變片電阻值漂移。
 
2. 結構設計與應力分布
局部應力集中:
如果彈性體設計不合理(如過渡圓角過小或截面突變),某些區域可能因應力集中而加速蠕變。
 
殘余應力釋放:
制造過程中的機械加工、熱處理或焊接可能引入殘余應力。長期受力時,這些殘余應力逐漸釋放,導致輸出信號漂移。
 
3. 環境因素
溫度波動:
溫度變化會導致材料熱膨脹系數差異,引起附加應變。即使載荷恒定,溫度變化可能被誤判為蠕變(需與真實蠕變區分)。
 
濕度影響:
某些材料(如膠粘劑或復合材料)吸濕后發生膨脹,導致應變片基底變形。
 
4. 膠粘劑與安裝工藝
膠粘劑蠕變:
應變片通過膠粘劑(如環氧樹脂)固定在彈性體上。膠粘劑在長期剪切應力下可能發生蠕變,導致應變片與彈性體之間產生微滑移。
 
固化不充分:
膠粘劑固化不完全時,內部分子鏈未充分交聯,長期受力后逐漸變形。
 
5. 蠕變與恢復特性
蠕變恢復:
卸載后,壓拉力傳感器的輸出可能無法完全歸零,稱為蠕變恢復滯后。這是由于材料變形未完全彈性恢復,存在塑性變形或分子鏈重排的延遲效應。
滄正拉壓力傳感器CAZF-LS19.1
如何減少蠕變的影響?
材料選擇:
 
使用低蠕變材料(如鈹青銅、特種不銹鋼或陶瓷)。
 
選擇高穩定性的膠粘劑(如酚醛樹脂或高溫固化環氧)。
 
優化結構設計:
 
避免應力集中,采用均勻的應力分布設計(如雙剪切梁或全橋結構)。
 
增加彈性體剛度以提高抗蠕變能力。
 
工藝控制:
 
確保膠粘劑充分固化,減少殘余應力(如通過退火處理)。
 
采用激光焊接或一體化加工減少裝配應力。
 
溫度補償:
 
加入溫度傳感器,通過算法補償熱漂移。
 
選用溫度系數匹配的材料(如彈性體與應變片基底的熱膨脹系數接近)。
 
預加載處理:
 
對壓力傳感器進行預加載老化,使其在出廠前完成部分蠕變過程,提高長期穩定性。
 
示例分析
金屬材料傳感器:不銹鋼傳感器在常溫下蠕變較小,但在高溫(>300°C)或長期重載(如起重機稱重)時仍可能發生明顯蠕變。
 
低成本傳感器:使用鋁合金和普通環氧膠的傳感器,在潮濕環境中易因膠粘劑吸濕導致蠕變誤差。
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力傳感器的蠕變本質上是材料在時間和應力作用下的非彈性響應,需通過材料、設計和工藝的綜合優化來抑制。在需要高精度長期測量的場景(如航空航天或精密稱重),需選擇經過嚴格蠕變測試和補償的傳感器。

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