Analyse des causes des différences de précision des capteurs de pesage pour les matières premières d'un même lot

Analyse des causes des différences de précision des capteurs de pesage pour matières premières d'un même lot

1. Écart de précision de coupe
    
   Bien que les équipements d'usinage CNC aient une grande précision, l'usure des outils après une longue période de fonctionnement (telle que l'émoussement des arêtes des fraises) et les erreurs de positionnement des fixations (telles que le décalage de serrage du corps élastique de 0,005 mm en raison de l'usure des fixations) provoqueront des différences dimensionnelles dans la "zone de contrainte" (une zone clé pour le collage des jauges de contrainte) des corps élastiques du même lot. Par exemple, une zone de contrainte conçue pour avoir une épaisseur de 5 mm peut fluctuer entre 4,995 mm et 5,005 mm après le traitement réel. Pour chaque écart de 0,001 mm de l'épaisseur de la zone de contrainte, la sensibilité à la déformation changera d'environ 0,2 %, affectant directement la linéarité du signal de sortie du capteur.
2. Rugosité de surface inégale
    
   Le collage des jauges de contrainte a des exigences extrêmement élevées en matière de rugosité de surface du corps élastique (exigeant Ra0,8-0,4μm). Si la vitesse de la meule est instable pendant le processus de polissage (par exemple, fluctuant de 3000 tr/min à 3200 tr/min) ou si la pression de polissage est incohérente, certaines surfaces du corps élastique présenteront de minuscules rayures ou des irrégularités, entraînant des différences dans le degré de liaison entre les jauges de contrainte et le corps élastique. Les pièces avec une liaison insuffisante produiront un "retard de signal", entraînant une augmentation des erreurs de répétabilité du capteur (par exemple, certains produits ont une erreur de répétabilité de 0,02 % FS, et certains atteignent 0,04 % FS).
3. Fluctuations du processus de traitement thermique
    
   Bien que les corps élastiques du même lot soient recuits dans le même four, une répartition inégale de la température dans le four (telle qu'une température centrale de 850℃ et une température de bord de 830℃) et des différences de vitesse de refroidissement (telles que les corps élastiques près de la porte du four refroidissant plus rapidement) entraîneront des structures de grains internes incohérentes du métal, provoquant ainsi des fluctuations du module d'élasticité (par exemple, le module d'élasticité standard est de 200 GPa, et la plage de fluctuation réelle est de 198 GPa-202 GPa). Les différences de module d'élasticité affecteront directement la relation proportionnelle entre la déformation et le poids, se manifestant finalement sous la forme d'un écart de plage.

II. Lien d'assemblage des composants : superposition de la discrétion et des écarts opérationnels. En plus du corps élastique, la discrétion inhérente des composants principaux tels que les jauges de contrainte et les résistances de compensation, ainsi que les écarts d'opération manuelle lors du processus d'assemblage, sont une autre source importante de différences de précision. (A) Discrétion des caractéristiques des composants principaux
Différences de performance des jauges de contrainte
Bien que les jauges de contrainte du même lot soient marquées avec "facteur de jauge 2,0±0,1", le facteur de jauge réel peut fluctuer entre 1,95 et 2,05 lors des tests. En même temps, le coefficient de température (un paramètre de performance affecté par la température) des jauges de contrainte présente également une discrétion (par exemple, le coefficient de température de certains produits est de 5 ppm/℃, et celui de certains atteint 8 ppm/℃). Ces différences entraîneront : même si la déformation du corps élastique est la même, les signaux électriques émis par différentes jauges de contrainte sont différents, ce qui se manifeste finalement par des différences de dérive du zéro et d'erreur de plage du capteur.
Écart de précision des résistances de compensation
Les résistances de compensation de température doivent correspondre aux jauges de contrainte pour compenser les effets de la température. Bien que les résistances de compensation du même lot soient marquées avec "précision ±0,1 %", il peut y avoir de légères différences dans les valeurs de résistance réelles (par exemple, conçues comme 1 kΩ, réelles 999,8Ω-1000,2Ω). Les écarts de résistance entraîneront des effets de compensation incohérents—certains capteurs ont une dérive du zéro ≤0,002 % FS/℃ à des températures élevées et basses, tandis que d'autres atteignent 0,005 % FS/℃, affectant ainsi la stabilité de la précision.
(B) Écarts humains dans les opérations d'assemblage
Différences de position et de pression du collage des jauges de contrainte
Les jauges de contrainte doivent être collées avec précision au centre de la zone de contrainte du corps élastique (écart ≤0,1 mm). Cependant, lors du collage manuel, si les repères de positionnement sont flous ou si la pression du bloc de pressage est instable (par exemple, certains produits appliquent une pression de 0,1 MPa, et certains appliquent 0,15 MPa), les jauges de contrainte seront décalées ou auront différents degrés de liaison serrée. Les jauges de contrainte décalées "captureront mal" la déformation des zones non ciblées, augmentant l'écart entre le signal de sortie et le poids réel. Une liaison insuffisante est sujette à une "connexion virtuelle du signal", entraînant une augmentation des erreurs de répétabilité.
Fluctuations de la qualité de la soudure des fils
Les différences de température du fer à souder (par exemple, réglée à 320℃, fluctuation réelle de 20℃) et de temps de soudure (par exemple, standard 1 seconde, réelle 0,8-1,2 secondes) lors du soudage entraîneront différentes résistances des joints de soudure (par exemple, certaines résistances des joints de soudure sont de 0,1Ω, certaines sont de 0,3Ω). Les écarts de résistance des joints de soudure introduiront une perte de signal supplémentaire, réduisant l'amplitude du signal de sortie de certains capteurs, et entraînant ainsi une plage insuffisante (par exemple, la sortie standard est de 2 mV/V, certains produits ne sont qu'à 1,95 mV/V).

1. Impact de la température sur le durcissement de l'adhésif
    
   La résine époxy utilisée pour coller les jauges de contrainte doit être durcie dans un four à température constante à 60-80℃. Si la répartition de la température dans le four à température constante est inégale (telle qu'une différence de température de 5℃ entre les parties supérieure et inférieure) ou s'il y a un écart dans le contrôle du temps de durcissement (tel qu'une norme de 3 heures, réelle 2,5-3,5 heures), le degré de durcissement de l'adhésif sera différent. Un adhésif insuffisamment durci se rétractera lentement lors d'une utilisation ultérieure, provoquant un léger déplacement entre la jauge de contrainte et le corps élastique, entraînant une dérive du zéro du capteur. Un durcissement excessif rendra l'adhésif cassant, affectant l'efficacité de la transmission de la contrainte et entraînant un écart de linéarité.
2. Impact de l'humidité sur les performances d'isolation
    
   Le lien d'assemblage du circuit doit garantir que la résistance d'isolement est ≥500 MΩ. Si l'humidité de l'atelier fluctue (telle que la norme RH40 %-60 %, la réalité RH30 %-70 %), lorsque l'humidité est élevée, la surface du corps élastique est sujette à absorber l'humidité, entraînant une diminution de la résistance d'isolement entre le circuit et le corps élastique. Certains capteurs auront une fuite de signal en raison d'une résistance d'isolement insuffisante (telle que seulement 300 MΩ), réduisant la stabilité du signal de sortie et affectant ainsi la précision.
    
   (B) Impact aléatoire des interférences électromagnétiques
    
   Les convertisseurs de fréquence et les équipements de soudage dans l'atelier génèrent un rayonnement électromagnétique pendant le fonctionnement. Si le poste d'assemblage du capteur est proche de la source d'interférence (par exemple, certains postes sont à 3 mètres du convertisseur de fréquence, et certains sont à 5 mètres), ou si les mesures de blindage ne sont pas en place (par exemple, certains câbles ne sont pas gainés de tuyaux métalliques ondulés), les interférences électromagnétiques se coupleront dans le circuit. Les capteurs avec de fortes interférences auront des parasites mélangés à leurs signaux de sortie, conduisant à des "faux signaux" mal jugés comme des signaux valides pendant le processus d'étalonnage, et augmentant finalement l'écart de précision après l'étalonnage (par exemple, certains produits ont une erreur linéaire de 0,03 % FS, et certains atteignent 0,06 % FS).

IV. Lien d'étalonnage : légers écarts dans le fonctionnement et l'équipement. L'étalonnage est un lien clé pour "doter" les capteurs de précision. Si l'équipement d'étalonnage a une précision insuffisante ou si le processus de fonctionnement n'est pas normalisé, même si les liens précédents sont cohérents, cela entraînera des différences dans la précision finale. (A) Fluctuation de la précision de l'équipement d'étalonnage
Écart de précision des poids standard
L'étalonnage nécessite l'utilisation de poids standard avec une précision de trois grades supérieure à celle du capteur (par exemple, si le capteur est de grade 0,1, le poids doit être de grade 0,01). Cependant, le même ensemble de poids s'usera après une utilisation à long terme (par exemple, un poids de 10 kg pèse en réalité 9,998 kg-10,002 kg). Si les poids ne sont pas étalonnés régulièrement, les "poids standard" appliqués présenteront des différences. Par exemple, lorsqu'un poids de "10 kg" est appliqué au même lot de capteurs, les poids réels sont respectivement de 9,998 kg et 10,002 kg, et le capteur aura un écart de plage de ±0,02 % FS après l'étalonnage.
Erreurs de la paillasse d'étalonnage et des instruments
La paillasse d'étalonnage doit garantir le niveau (erreur ≤0,1 mm/m). Si la surface de la paillasse se déforme après une utilisation à long terme (telle qu'une dépression locale de 0,05 mm), cela provoquera une force inégale sur le corps élastique. Si l'instrument d'acquisition de signal utilisé pour l'étalonnage (tel qu'un multimètre) présente une dérive de précision (telle que l'erreur passe de 0,01 % à 0,02 %), cela entraînera un écart de lecture du signal. Ces erreurs d'équipement seront directement transmises aux résultats d'étalonnage du capteur, entraînant des différences de précision.
(B) Différences de processus dans le fonctionnement de l'étalonnage
Écart du temps de préchauffage et de la séquence de chargement
Les capteurs doivent être préchauffés pendant 30 minutes avant l'étalonnage. Si certains produits ne sont préchauffés que pendant 20 minutes, le circuit n'atteint pas un état de fonctionnement stable, ce qui entraînera une dérive du zéro. Lors du chargement des poids, si certains produits sont chargés dans l'ordre "20 %-40 %-60 %-80 %-100 %" et certains dans l'ordre "100 %-80 %-60 %-40 %-20 %", et que la vitesse de chargement n'est pas strictement contrôlée (telle que certains chargements rapides provoquant une déformation par impact), les signaux de sortie sous le même poids différeront, affectant ainsi le résultat d'étalonnage de la linéarité.
Écart de jugement humain dans le réglage des paramètres
Lors de l'étalonnage, les résistances de compensation du point zéro et de la plage doivent être réglées manuellement, et le réglage dépend du jugement de l'opérateur sur la lecture de l'instrument (par exemple, la sortie standard est de 2,000 mV/V, certains opérateurs s'arrêtent lors du réglage à 1,998 mV/V, et certains règlent à 2,002 mV/V). Cet léger écart de jugement entraînera des repères de signal de sortie incohérents du même lot de capteurs, entraînant finalement des différences de précision.

Résumé : La différence de précision des cellules de charge issues du même lot de matières premières est essentiellement le résultat de "l'effet cumulatif de légers écarts" : des fluctuations dimensionnelles au niveau du micron dans le traitement du corps élastique, à la discrétion des caractéristiques des jauges de contrainte, puis aux légers écarts des variables environnementales et des opérations d'étalonnage, les minuscules différences de chaque lien seront transmises et amplifiées, conduisant finalement à une précision incohérente des produits finis. Pour réduire cette différence, des efforts doivent être déployés sous trois aspects : premièrement, introduire des équipements automatisés (tels que des machines de collage automatique de jauges de contrainte et des systèmes d'étalonnage intelligents) pour réduire les écarts humains ; deuxièmement, optimiser l'environnement de production (tels que les ateliers à température et humidité constantes, les postes de blindage électromagnétique) pour contrôler les variables environnementales ; troisièmement, établir un système de traçabilité de la qualité complet (tel que l'enregistrement des paramètres et de l'état de l'équipement de chaque processus) pour localiser la source des écarts en temps opportun. Ce n'est qu'en combinant "gestion raffinée + mise à niveau de l'automatisation" que la différence de précision des produits d'un même lot peut être minimisée, et la cohérence et la fiabilité des capteurs améliorées.