滯后效應(yīng)是指傳感器在加載和卸載過程中,相同載荷點(diǎn)的輸出信號不一致的現(xiàn)象,通常由彈性體的殘余變形、應(yīng)變片與彈性體的黏合松弛或機(jī)械連接間隙引起。重復(fù)性則反映傳感器在相同條件下多次測量同一載荷時的輸出一致性,二者共同決定了測量結(jié)果的可靠性。
滯后效應(yīng)的典型表現(xiàn)為加載曲線與卸載曲線不重合,形成滯后環(huán)。例如,某剪切梁式傳感器在滿量程載荷下的滯后誤差可達(dá) 0.2% FS,主要原因是應(yīng)變片膠層在循環(huán)載荷下發(fā)生微滑移。重復(fù)性誤差則可能源于電路噪聲、接觸電阻變化或環(huán)境參數(shù)波動,如某傳感器在 8 小時內(nèi)的重復(fù)性誤差為 ±0.1% FS,主要受溫漂和電源紋波影響。
工業(yè)自動化場景對滯后和重復(fù)性要求嚴(yán)苛。例如,在汽車生產(chǎn)線的扭矩檢測中,滯后誤差需小于 0.05% FS,以避免因加載 / 卸載順序不同導(dǎo)致的測量偏差;重復(fù)性誤差需控制在 ±0.03% FS 以內(nèi),確保多工位檢測數(shù)據(jù)的一致性。醫(yī)療康復(fù)設(shè)備中的肌力傳感器更注重滯后性能,若滯后誤差超過 0.3% FS,可能導(dǎo)致康復(fù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)誤判,影響治療方案制定。
改善滯后效應(yīng)的關(guān)鍵在于優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝。采用整體式彈性體(無拼接結(jié)構(gòu))可減少內(nèi)部接觸間隙,如一體式鍛造的合金鋼傳感器滯后誤差可降至 0.08% FS 以下。高精度應(yīng)變片粘貼工藝(如恒溫恒濕環(huán)境下的自動粘貼)能確保膠層均勻受力,降低黏合松弛風(fēng)險。對于重復(fù)性問題,需從信號鏈入手:使用低噪聲電源(紋波 < 100μV)、高精度 AD 轉(zhuǎn)換器(24 位以上)及軟件去噪算法(如卡爾曼濾波),可將重復(fù)性誤差提升一個數(shù)量級。
在長期使用中,滯后效應(yīng)可能隨載荷循環(huán)次數(shù)增加而加劇。例如,某傳感器在 10 萬次循環(huán)后,滯后誤差從 0.1% FS 上升至 0.25% FS,主要原因是彈性體表面產(chǎn)生微觀塑性變形。因此,定期校準(zhǔn)(建議每 5000 次循環(huán)后進(jìn)行)和預(yù)加載磨合(使用前進(jìn)行 3 次滿量程加載 / 卸載)是必要措施。
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