在測力傳感器的運(yùn)行過程中，元件老化是一個(gè)不可避免的自然過程，然而，它卻如同隱藏在暗處的 “慢性殺手”，悄然侵蝕著傳感器的性能，逐漸引發(fā)各種故障，對(duì)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。了解元件老化如何引發(fā)測力傳感器故障，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、采取有效的維護(hù)措施以及延長傳感器的使用壽命至關(guān)重要。
彈性體作為測力傳感器的核心部件之一，承擔(dān)著將外力轉(zhuǎn)化為形變的關(guān)鍵作用。隨著使用時(shí)間的增長，彈性體長期承受各種力的作用，其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變化。金屬材料的彈性體可能會(huì)出現(xiàn)晶格畸變、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象，導(dǎo)致彈性體的彈性系數(shù)發(fā)生改變。這種變化會(huì)使彈性體在受到相同外力時(shí)產(chǎn)生的形變量與初始狀態(tài)不同，進(jìn)而影響傳感器的輸出信號(hào)。原本在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，施加一定力值時(shí)彈性體應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)形變，通過與之相連的應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。但由于彈性體老化，在相同力值下，其形變量可能變小或變大，使得輸出的電信號(hào)也隨之偏離正常范圍，最終導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。在一些長期運(yùn)行的工業(yè)稱重系統(tǒng)中，由于測力傳感器的彈性體長期承受貨物的重量，經(jīng)過數(shù)年的使用后，彈性體老化現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)，導(dǎo)致稱重?cái)?shù)據(jù)越來越不準(zhǔn)確，影響了生產(chǎn)流程中的物料計(jì)量和成本核算。
應(yīng)變片是測力傳感器中用于將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的重要元件。在長期的工作過程中，應(yīng)變片會(huì)受到溫度變化、濕度、機(jī)械應(yīng)力等多種因素的綜合影響。溫度的反復(fù)波動(dòng)會(huì)使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生漂移，其電阻溫度系數(shù)發(fā)生改變。濕度的影響則可能導(dǎo)致應(yīng)變片的基底材料受潮，絕緣性能下降，從而引發(fā)漏電現(xiàn)象，影響電阻值的穩(wěn)定性。機(jī)械應(yīng)力方面，由于彈性體的形變會(huì)傳遞到應(yīng)變片上，長期的拉伸、壓縮等形變作用會(huì)使應(yīng)變片的金屬絲產(chǎn)生疲勞，出現(xiàn)微小的裂紋或斷裂。這些微觀上的變化會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片的電阻值發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，無法準(zhǔn)確地將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。當(dāng)應(yīng)變片老化到一定程度時(shí)，傳感器的輸出信號(hào)會(huì)變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)跳變、失真等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響測量精度。在一些高精度的材料力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)變片的老化可能會(huì)使測量得到的材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，誤導(dǎo)科研人員對(duì)材料性能的判斷。
傳感器內(nèi)部的電子元件，如信號(hào)調(diào)理電路中的放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，在長期通電工作的過程中，也會(huì)不可避免地出現(xiàn)老化現(xiàn)象。電子元件的老化通常表現(xiàn)為參數(shù)漂移，例如放大器的放大倍數(shù)可能會(huì)逐漸減小或增大，濾波器的截止頻率發(fā)生偏移，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度下降等。這些參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致傳感器對(duì)輸入信號(hào)的處理出現(xiàn)偏差，輸出的信號(hào)無法真實(shí)反映實(shí)際測量的力值。而且，隨著電子元件老化程度的加深，其故障率也會(huì)逐漸增加。例如，某個(gè)關(guān)鍵的電子元件可能會(huì)因?yàn)槔匣霈F(xiàn)短路或斷路故障，使整個(gè)信號(hào)調(diào)理電路無法正常工作，導(dǎo)致傳感器完全失去測量功能。在一些自動(dòng)化生產(chǎn)線上，若測力傳感器的電子元件老化引發(fā)故障，可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至引發(fā)生產(chǎn)事故。
為了延緩元件老化對(duì)測力傳感器的影響，需要采取一系列有效的維護(hù)措施。首先，要嚴(yán)格控制傳感器的工作環(huán)境，盡量保持溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的穩(wěn)定，避免傳感器長期處于高溫、高濕或溫度劇烈變化的環(huán)境中?？梢詾閭鞲衅髋鋫鋵ｉT的溫度控制系統(tǒng)和防潮裝置。其次，要合理使用傳感器，避免過載使用，減少傳感器承受的不必要的機(jī)械應(yīng)力。在安裝和使用過程中，要確保力的作用方向與傳感器的設(shè)計(jì)方向一致，避免產(chǎn)生側(cè)向力等額外應(yīng)力。此外，定期對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和檢測也是非常重要的。通過校準(zhǔn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正由于元件老化導(dǎo)致的測量偏差；通過檢測，可以提前發(fā)現(xiàn)元件老化的跡象，及時(shí)更換老化嚴(yán)重的元件，確保傳感器的性能穩(wěn)定。一般建議根據(jù)傳感器的使用頻率和工作環(huán)境，每隔一定時(shí)間（如半年或一年）對(duì)其進(jìn)行一次全面的校準(zhǔn)和檢測。
元件老化是引發(fā)測力傳感器故障的重要原因，涉及彈性體、應(yīng)變片以及電子元件等多個(gè)關(guān)鍵部件。只有充分認(rèn)識(shí)到元件老化的影響機(jī)制，并采取切實(shí)可行的維護(hù)措施，才能有效延緩元件老化的進(jìn)程，保障測力傳感器的穩(wěn)定運(yùn)行，為生產(chǎn)和科研提供可靠的測量數(shù)據(jù)。
