本文从批量生产制作称重传感器的现场工艺出发，总结了与称重传感器实 际生产密切相关的蠕变误差知识、蠕变误差的影响因素及在现场生产实践中的一些蠕变调整工艺。

一、概述

称重传感器的蠕变性能历来都是称重传感器 各使用单位及国内外客户最关心的指标之一，称 重传感器蠕变性能的好坏及长期稳定可靠性也会 直接影响到其使用单位的正常使用和应用领域的 推广，对于称重传感器的生产制造厂家而言，称 重传感器的蠕变误差的控制水平不仅是衡量一个 产品综合精度和稳定可靠性的重要指标，也是衡 量一个企业的制造工艺水平及产品质量高低的重 要体现。

二、称重传感器蠕变的理解

称重传感器的蠕变，是指传感器在恒定的环 境中（如温度、湿度等）和其它可变化量保持不 变（如力产生系统稳定性、加载和装夹条件等）， 当传感器快速施加恒定载荷和快速卸掉恒定载荷 后的一段时间内，其输出的电信号随时间的延续 而变化的特性。一般常见的蠕变特性有两种：一 种为正蠕变，一种为负蠕变，如图1和2所示： 传感器的输出信号随着时间的延续而增加，最后 趋于稳定的过程为正蠕变特性曲线；输出信号随 着时间的延续而减小，最后趋于稳定的过程为负 蠕变特性曲线。

依据我国称重传感器法制计量器具控制管理 的要求，等效采用OIML R60国际建议(2000)，对称重传感器蠕变的检定均有严格明确的规定：

1.衡量称重传感器的蠕变误差，实际要考核 蠕变误差和蠕变恢复误差这两项指标，两者必须 同等考核.

2.称重传感器的蠕变误差可以为正，也可以为 负，即综合测评时，不论是正蠕变，还是负蠕变， 只以蠕变的变化量来评价，与变化的正负基本无关。

3.在OIML R60国际建议(2000)中，关于称重传 感器的蠕变误差和蠕变恢复误差，明确规定如下。

3.1蠕变误差：传感器在额定载荷下，在 0?30min的时间段，蠕变的允许误差不超过

0.7mpe；在20min?30min的时间段，蠕变的允 许误差不超过0.15mpe，现以我们常见传感器的 几种灵敏度，通过C2级和C3级分别以表1说 明（注：表中的蠕变允许误差的量值均包含正负 偏差）.

3.2蠕变恢复误差：传感器在0?30min的额定载荷下，最小静载荷输出恢复值允许误差应不超过0.5v。如表2所示。

综合上面列表可以说明：传感器的蠕变检定在采用新国标时，不同的输出灵敏度，不同的精度等 级要求，允许的蠕变误差和蠕变恢复误差在规定的 时间内均有所不同。所以，必须认识和区分好。

三、实际现场作业中，影响称重传感器蠕变误差的因素及调整工艺

1.弹性体材料和加工质量是影响传感器蠕变 误差的主要原因之一

1.1由于目前传感器的弹性体的材料主要为 合金钢、不锈钢及铝合金三大类，而金属类弹性 体都会存在弹性后效的现象，而弹性后效现象是 指在弹性范围内，当负荷加上后，弹性元件发生 变形，但不是立即达到与载荷平衡，而是略有后 延，当载荷卸去后，其弹性元件发生变形恢复， 但也不是立即恢复到零，而是需要经过一段时间， 但最终趋于稳定状态，故弹性后效就表现出传感 器的输出信号随时间延续而增加的现象，即前面 所讲的正蠕变特性。

1.2综合上述，对弹性体材料要求是：弹性 极限和弹性模量要高，弹性体的材质要纯净、均 匀并有稳定的金相组织，硬度在HRC39?42之间 为宜。所以，在选择弹性体原材料的供应厂家和 弹性体热处理、加工制造厂家时，必须有一套切 合实际的评估机制。如传感器制造厂家特别要注 意弹性体的材料硬度大小和硬度均匀性的质量检 测。否则，在传感器其它生产工艺不变的情况下， 若弹性体材料硬度太大，呈现蠕变超差和蠕变恢 复慢的几率就越大。又如，传感器的弹性体在实 际生产中采用40&的材料时，则更应引起足够重 视，由于40Cr材料的低淬透性和易产生第二类回 火脆性，极易导致因热处理不当造成硬度超差及 分散性大，这对传感器蠕变的批量调整和控制是 诸多不利的，将严重影响到批次合格率和产品质 量。所以，只有从弹性体材料和加工质量的源头 抓起，才是解决问题的关键。

1.3在实际生产过程中，生产厂家会出现因 传感器输出灵敏度偏小而将弹性体应变梁部位进 行削薄、扎孔或扩孔等应急机械加工处理，虽然 输出灵敏度得到了适时的修正，但同时，如果机 械加工进刀量过大，会使弹性体贴片表面原有的 恒弹性状态受到影响，若加工之后又无一定的时 间及处理工艺来消除或减少残余应力的影响，出 现正蠕变误差超差的几率也会增大，最严重的会 使蠕变指标由处理前的0.02% FS/30min变大到 0.2%FS/30min。我们认为，解决此问题的长久措施 是在弹性体批量生产前，为尽量杜绝或减少弹性 体的机械加工应急处理，就应该已通过结构设计和工艺实验确定了传感器输出灵敏度的范围是符合要 求的。对于高精度传感器而言，若已经过削薄、扎 孔或扩孔等应急机械处理的，其原有已定型的应变 计匹配工艺可能需要适时修改，唯有通过试验重新 确定应变计的匹配工艺，方能得到改善。

2.现场工艺中，应掌握应变计蠕变标号及选 配工艺对传感器蠕变误差的影响

2.1 一般来说，若选择应变计的负蠕变与弹 性体的正蠕变误差绝对值相等或相当接近时，则 传感器的综合蠕变就可以补偿到极小，而对于某 一种型号规格的传感器，通过试验都可以找到与 蠕变值相匹配的应变计。通过精调不同蠕变标号 的应变计，传感器的综合蠕变误差可以达到 OIML R60国际建议(2000)中C3甚至以上标准。由于不同应变计生产厂家的应变计蠕变标号命名规 则会有所不同，同一传感器在采用不同厂家的蠕 变标号，实测的蠕变值也会是不尽相同的。用户 在选择应变计的蠕变标号时，一般只要依据应变 计生产厂家推荐的传感器的量程与蠕变标号的匹 配工艺，同时根据传感器的弹性体材料、结构、 量程以及内部的生产工艺等实际情况，再结合用 户自己的试验考核，是可以找到与要求型号量程 传感器相匹配的应变计的。我们建议：首次使用 时，可选用1?2种不同蠕变标号的应变计进行试 验，根据实测蠕变数据的大小和方向，确定最佳 的蠕变标号，现以东莞华兰海公司的应变计产品 为例，一般常用应变计的蠕变标号排列示意如图3 所示。

如图3所示，N3?T5指的是应变计的蠕变 标号，其中N3是可使蠕变最正的蠕变标号，T5 是可使蠕变最负的蠕变标号，每两个相临蠕变标 号之间的蠕变调整值一般相差在0.01?0.015% FS/30min。为便于理解，如图示，若设定某一型号 规格的传感器采用蠕变标号为T0的蠕变值为0， 于是，因应变计的蠕变标号选取的不同，每一种 蠕变标号的应变计产生的相对蠕变补偿量会正向 变化，或负向变化（如图中各对应的阴影区域简 要说明）;再举例说明：若同一型号量程传感器采 用蠕变标号为N2的应变计，试制后蠕变出现负偏 差(比如-0.050%FS/30min)，应采取调整排在N2前面的蠕变标号（如N2、N4、N6依次类推的应 变计，是可以调整到± 0.020%FS/30min的；反之， 若试制后蠕变出现正偏差(比如0.050%FS/30min)， 应调整试验排在N2后面的蠕变标号（如T0、T2、 T4依次类推的应变计，是可以调整到± 0.020% FS/30min 的。

2.2现以我们以常见的计价秤用双连孔平行 梁铝件传感器为例，若采用东莞华兰海公司生产 的BF350-3AA(23)单轴系列应变计产品，通过长期 批量生产验证，用表3来简要说明称重传感器的 量程与应变计的蠕变标号的相互匹配关系.

结合表3，可以说明同一型号不同量程的传感器都有与相匹配的应变计的蠕变标号，两者之间 是一一对应的关系，还可以说明同一型号的传感 器，量程越小的应选用蠕变补偿量相对越负的应 变计，量程越大的应选用蠕变补偿量相对越正的 应变计。同理，当同一量程的传感器做不同的输 出灵敏度，比如1mV/V和2mV/V两种输出灵敏 度，应变计的蠕变标号也需要工艺试验来重新调 整，实际同一量程的传感器，输出为1mV/V米用 的蠕变标号应比 2mV/V 的要正一些。

2.3在实际工艺定型实验中，还会碰到如下 问题：某一型号规格的传感器在进行蠕变标号定 型试验时，比如在分别试验相邻两种蠕变标号的 应变计时，其中一种蠕变标号的应变计会出现相 对正蠕变误差太大，而另一种蠕变标号的应变计 会出现相对负蠕变误差太大，找不到一个最佳蠕 变标号的应变计能够将蠕变误差调整到所需要的 范围。而有效的调整办法就是米用两种蠕变标号 的应变计进行综合蠕变补偿，即在同一个传感器 上，将其中蠕变值为正蠕变的应变计与蠕变值为 负蠕变的应变计选配好，按电桥互补原理对称粘贴（如图4所示，最终通过两种蠕变标号应变 计的相对正负蠕变量的抵消，其抵消后的余量再 与弹性体的蠕变进行最终匹配。但前提要求是这 两种蠕变标号的应变计的类别、基底材料、标称 电阻、应变计栅长、敏感栅结构形式、材料线膨胀系数、有无覆盖层等应是相同的。

图4中Y1、Y2、Y3、Y4均为电阻应变计， 其中Y1、Y2为同一组蠕变中字号应变计，Y3、 Y4为同一蠕变大字号应变计.

结合上述，在实际生产过程中，还会碰到这 样的问题：比如本来已经对某一型号规格的传感 器的应变计工艺定型了，但出现因已定型号应变 计的供货不及时等其它原因，导致生产受阻或拖 延时间太长而无法按质按量完成预订的生产计划。 这时也可以采取两种蠕变标号应变计的应急办法。 如图5所示，如要找到与蠕变标号T0的蠕变值 相近的另外两种应变计，图中与T0左右相临的几 组蠕变标号都可与之匹配，图中的连线可以表示 为可通过多种匹配方案来等效采用，建议采用蠕 变标号逼近的原则，最优先采用与T0左右相临最 接近的那组，依次类推，并结合试验实施调整， 最终是可以应急解决的。

2.4同一结构类型的传感器，采用不同的弹性体材料，其匹配的应变计蠕变标号也不尽相同。 如一般小地磅常用单剪切悬臂梁钢件传感器，采 用40CrNIMoA合金钢和17- 4不锈钢，所采用的应 变计蠕变标号实际是不同的，实际生产过程中， 17-4不锈钢所采用的应变计蠕变标号都应比 40CrNiMoA合金钢的正1?2个标号等级。

2.5对于同一规格型号的传感器，当应变计 的敏感栅材料不同时，其匹配的应变计蠕变标号 也不尽相同，一般要求350Q输出阻抗的传感器， 常采用康铜合金敏感栅的应变计；要求1KQ甚至 更大输出阻抗的传感器，采用伊文或卡码合金敏 感栅的应变计。若以单剪切悬臂梁钢件传感器为 例，实际生产过程中，采用进口伊文合金敏感栅 的应变计的蠕变标号都应比采用进口康铜合金敏 感栅的应变计的正2?3个标号等级甚至以上；而 若以我们常见的计价秤用双连孔平行梁铝件传感 器为例，采用进口伊文合金敏感栅的应变计的蠕 变标号都应比采用进口康铜合金敏感栅的应变计 的负1?2个标号等级。

2.6在实际生产过程中，还会碰到批量负蠕 变超差的问题。

2.6.1众所周知，传感器负蠕变的主要原因 在于应变计本身的质量、贴片胶质量及应变计粘 贴质量，而应变计本身的蠕变与基底、基底胶的 弹性膜量和厚度及构件的变形大小等有关，若基 底厚度大，弹性膜量小，构件变形大，则应变计 的蠕变会变大。所以，改善上述问题仍是解决负 蠕变超差的首要前提之一。

2.6.2在OIML R60国际建议(2000)中，明确 规定：称重传感器的蠕变误差和蠕变恢复误差， 必须在20°C、40°C、-10°C和20°C四个温度段依 次通过合格测试评价才行。试验证明：在高低温 蠕变测试评价中，关键是在确保传感器的常温蠕 变是真正合格的基础上，重点做好传感器的密封 性能。我们认为，这主要在常温和湿热两种条件 下，通过检查传感器的绝缘电阻的好坏及长久稳 定性来实证。尤其在制作铝制传感器过程中，若 不注意防护和密封，即使常温合格的传感器，也 难以保证在其它温度段能合格。另外，应变计的 基底质量不过关和焊点焊接工艺不当造成的应变 计绝缘击穿，也极易导致测试蠕变时输出漂移。 若将密封不良的传感器，在40°C、90%RH环境中 保持12小时后进行蠕变测试的，会出现传感器的 输出随着时间的延续往负方向漂移，且很难短时 间内稳定，最终造成负蠕变超差。这一般是由于 硅胶的固化机理及应变片及贴片胶区域等物质的 热胀冷缩，在传感器加载后，因胶的变形而吸潮 膨胀或松弛，使弹性体应变的能力开始降低了。 这时若检查湿热下的绝缘电阻可能已只有几百兆， 甚至更低，而重新换线组桥负蠕变仍无改善。所 以必须引起重视。

2.7对于双连孔平行梁传感器，尤其是铝制 传感器，其两个应变孔之间的中心距离的长短与 蠕变性能有密切的关系。一般来说，以同一量程 为例，应变孔之间的距离越短，则传感器的蠕变 误差相对越正，所采用的应变计的蠕变标号相对 要越负，才可将蠕变误差调整到最佳；反之，应 变孔之间的中心距离越长，传感器的蠕变误差相 对越负，所采用的应变计的蠕变标号相对要越正， 才可将蠕变误差调整到最佳。

2.8钢件传感器的焊接密封对蠕变也有一定 的影响。以悬臂梁钢件传感器为例，在贴片工艺 等不变的情况下，采用凹形膜片焊接的蠕变相比 普通的硅胶密封就要正一些，尤其是量程越低， 影响越明显。所以在批量生产前也需进行必要的 试制工作，通过试验分析出焊接前后对蠕变的相 关影响量，若影响量明显，且呈规律性，则应考 虑事先将所贴应变计的蠕变标号稍调负一个量级， 用以抵消焊接后正蠕变的影响。不同的膜片厚度 和深度也有不同的影响量，故蠕变性能的评定不 宜在焊接前，而应在焊接之后进行试验确认，有 时需要多次验证，这对大批量控制焊接密封类传 感器的蠕变性能也是较重要的。

3.关于测试设备、测量方法对传感器的蠕变 测量误差的影响。

3.1依据OIML R60国际建议(2000)的要求， 测试传感器蠕变的设备也应着重考虑。 对于高精 度传感器而言，必须要求测力机能实现较快速度 的加/卸载，以满足OIML R60国际建议(2000)中 蠕变测试对加载条件、加载/卸载时间及读数的规 定，而一般的大量程测力机，如果未对加/卸载速 度进行稳定加速方面的改造，会使本来蠕变超差 的传感器，由于测力机的加/卸载时间的延长后， 指标明显要变好许多，特别是使蠕变恢复误差的 “变好”的假象更突出，这种测试和评定蠕变的做 法是不合理的，另外，按照中国北京计量院测力 室专家给我们的指导意见：只有尽量缩小测力机 的加/卸载所发生的时间，并使稳定读数所需的时 间占整个规定时间的1/2或以上，这样在做蠕变试 验时，才可使传感器在读数前产生充分的变形,从而降低蠕变指标容易超差的可能。

3.2在生产过程中，我们认为：对于测试传 感器的蠕变，应注意两点：即当日初测蠕变，次 日复测蠕变。现以悬臂梁钢件500Kg量程，输出 3mV/V的传感器为例，说明其实际意义。在传感 器经过焊接膜片及超载预压工序后，我们依次进 行当日初测蠕变和次日复测蠕变，其数据如表4所 示.

从表4可以看出，次日复测的蠕变和蠕变恢 复数据和当日初测的数据有明显的不同。我们认 为，当日初测蠕变的目的是为了更真实准确的复 测蠕变指标，真正意义上的测试和评定只能以复 测蠕变的数据作为参考依据，所以在批量生产前， 应事先就将其作为测评和调整工艺的考虑因素之 一，对于不同的传感器，应同样分析比较这些数 据的规律性及变化方向，才有可能更好的确定传 感器蠕变的真实指标，否则容易形成误判，特别 是对于高精度传感器来说，在测试时应予以重视。 需要说明的一点是，这里所说的复测不单是指一 次，有时应该是多次去复测，才能达到准确测量 的目的。

4.重提一下对影响称重传感器蠕变误差的一 些实际因素

(1)传感器的贴片工艺及工艺执行力。如： 贴片室的温湿度控制及清洁程度；贴片胶的流动 性、密封性、存放条件、保质期、使用频率；弹 性体特别是贴片位置的干燥干净程度、光洁度； 刷胶的厚度；晾胶时间；挤胶的力度与均匀性； 覆盖膜的厚度、形状及大小等。

(2）传感器的加压固化工艺及工艺执行力。 如硅橡胶皮的质量；硅橡胶皮的厚度、裁剪尺寸、 干燥干净程度；合理的加压夹具；加压压力的大 小；固化烘箱内夹具之间的相互间隔及数量；烘 箱的升温速度；固化温度和时间等。

（3）传感器的组桥工艺及工艺执行力。 重点 是焊点的质量和整个工序的清洗质量；其次是连 线端子或接线板的设计及安装位置；漆包线的松 紧等.

(4）传感器的密封工艺及工艺执行力。如密 封胶的成份、软硬度、涂覆厚度、粘接力、使用 温度；涂胶工序的温湿度控制及清洁程度等。

(5）测试环境和条件（包括恒定的温度、振 动因素、合理的测试工装、稳定和高精度的显示 仪表、接线夹子的可靠性）等

(6）传感器应变梁结构及尺寸的影响。

(7）应变计的阻值、敏感栅的尺寸、覆盖层 的影响及应变计的时效老化处理工艺的影响等。

(8弹性体的时效热处理工艺的影响。

四、结束语

本文只是根据多年的工作经验和对传感器的 认识进行一些总结，仅为和行内同志一起学习和 探讨，我们许多应变计和传感器业界前辈和专家 对此都有深入的研究和讲解，各同行厂家对此都 有自己不同的认识和做法，故不再尽述。影响称 重传感器的蠕变误差的实际因素是很多的，在制 作传感器过程中，只有更多的重视传感器现场制 造工艺的重要性，从生产作业流程中，多检查试 验、多分析总结，并借助必要的工艺调整手段和 方法，才能更有效的控制称重传感器的蠕变指标。

由于水平有限，所述内容难免缺点和错漏， 敬请业界前辈和专家给予指正。