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- 如何處理應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的漂移
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/8/29
憑借高可靠性，高精度以及堅(jiān)固的機(jī)械特性，基于應(yīng)變的傳感器在石油和天然氣工業(yè)占據(jù)了主要角色。然而，任何的傳感器技術(shù)都會(huì)受到環(huán)境因素的影響，例如溫度或是濕度，產(chǎn)生測(cè)量漂移。通過材料的精心選擇，可以緩解這些漂移。
能夠在在惡劣的環(huán)境下，精確測(cè)量極高的負(fù)載使應(yīng)變傳感器能滿足石油和天然氣工業(yè)的要求。在高應(yīng)力應(yīng)用，例如泵通斷控制，深井泵（稱為往復(fù)桿提升泵系統(tǒng)）等。同樣情況也適用于高壓應(yīng)用領(lǐng)域。另外，應(yīng)變傳感器具有 更寬的負(fù)載能力。和其他傳感器不同，應(yīng)變力傳感器量程高達(dá) MN ，扭矩傳感器量程同樣高達(dá) MN.m，壓力傳感器可達(dá) 10000 bar。
測(cè)量產(chǎn)生的漂移
由于具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，這些傳感器非常適合惡劣環(huán)境的石油和天然氣工業(yè)。但是，如果不仔細(xì)選擇和使用，環(huán)境溫度過高，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量產(chǎn)生漂移，影響設(shè)備的可靠性 — 有時(shí)在石油和天然氣應(yīng)用中環(huán)境溫度可達(dá)到400-500°F。
溫度漂移是由多種情況引起的，例如材料本身的自然特性。溫度的變化將導(dǎo)致電阻產(chǎn)生變化，直接影響材料的電阻率。溫度的快速變化會(huì)產(chǎn)生顯著的溫漂，顯著影響測(cè)量的可靠性。
多數(shù)應(yīng)用中，溫度變化會(huì)導(dǎo)致熱膨脹 - 材料以及應(yīng)變片自身。因?yàn)閼?yīng)變片電阻會(huì)隨溫度產(chǎn)生變化，因此傳感器會(huì)產(chǎn)生測(cè)量漂移。當(dāng)被測(cè)物和應(yīng)變片的熱膨脹率系數(shù)顯著不同時(shí)，這種影響更加顯著。
制造商通過對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行優(yōu)化來消弱溫漂。通過不同的合金，制造商使應(yīng)變片匹配被測(cè)材料的溫度響應(yīng)系數(shù)。這一般稱為“自補(bǔ)償”應(yīng)變片。
不適當(dāng)?shù)哪z水和黏貼方法也會(huì)加劇這個(gè)問題。在石油天然氣工業(yè)中，應(yīng)用溫度較低的粘合劑會(huì)導(dǎo)致測(cè)量失敗。膠水的熱膨脹系數(shù)如果不能匹配應(yīng)變片和被測(cè)物體，也同樣會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量漂移。
漂移補(bǔ)償
通過自補(bǔ)償應(yīng)變片和合適的黏貼技術(shù)可以降低溫漂，但是無法完全消除他們。為進(jìn)一步消除這些效應(yīng)，傳感器設(shè)計(jì)師通常采用 雙柵或4柵設(shè)計(jì)，組成半橋或全橋布置。這些柵絲安裝在同種材料上，具有相同的溫度變化。由于整個(gè)橋路的電阻隨溫度產(chǎn)生的變化比相同，因此橋路輸出和溫度變化無關(guān)。
除了外界溫度因素，其他因素也可產(chǎn)生溫漂。因?yàn)閼?yīng)變片是電阻型傳感器，需要外部激勵(lì)電壓進(jìn)行供電。采用更高的激勵(lì)電壓，能夠獲得更高的輸出電壓，更高的靈敏度和信噪比。但是 過高的激勵(lì)電流會(huì)產(chǎn)生自熱效應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)生額外的溫漂。
引線的變化也會(huì)導(dǎo)致額外的溫漂。因?yàn)殂~導(dǎo)線的溫度響應(yīng)系數(shù)比應(yīng)變片高，盡管他們的電阻較低，但是導(dǎo)線電阻變化依然會(huì)產(chǎn)生溫漂。
其他因素包括機(jī)械損壞，濕度，銹蝕等都會(huì)產(chǎn)生測(cè)量漂移。在石油工業(yè)中，包括采用高壓水槍沖洗等都是潛在的威脅。通過專用的密封材料是解決之道，包括油漆，膩?zhàn)樱芊馔鈿さ取?/p>
采用全橋或半橋傳感器，通過精心選擇應(yīng)變片，黏貼和密封材料能顯著地降低測(cè)量漂移。對(duì)于要求極高的應(yīng)用，工程師可以采用計(jì)算方法進(jìn)一步補(bǔ)償。HBM 提供其應(yīng)變片與溫度響應(yīng)曲線，以及用于數(shù)學(xué)計(jì)算的補(bǔ)償多項(xiàng)式。
結(jié)論
應(yīng)變片傳感器能滿足石油和天然氣行業(yè)惡劣環(huán)境的要求，具有較高的精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。但如同所有的傳感器器，都會(huì)受到溫度變化影響，導(dǎo)致測(cè)量漂移。通過仔細(xì)的選擇和黏貼被測(cè)體，可以大幅減少漂移或進(jìn)行補(bǔ)償。實(shí)現(xiàn)載荷，扭力，拉力和壓力的高度準(zhǔn)確，可靠測(cè)量。
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