專利名稱：降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，屬于稱重傳感器制造
技術領域。
背景技術：
電阻應變式稱重傳感器由彈性體、應變片和檢測電路構成，應變片粘附于彈性體 的敏感梁上，當彈性體受到外力加載時，引起彈性體和應變片絲柵同步彈性形變，并造成應 變片絲柵阻值變化，通過檢測電路，實現(xiàn)加載應力和電信號之間的轉換，實現(xiàn)稱重。而滯后 指稱重傳感器從空載逐級加載到額定載荷，再從額定載荷逐級卸載，在相同載荷處稱重傳 感器卸載和加載輸出差值，見圖l所示。通常用相對滯后誤差表示稱重傳感器滯后特性，即 不同載荷處的滯后值與滿量程信號輸出值之比來表示稱重傳感器滯后特性，相對滯后誤差 單位為百萬分之一 (ppm)，以建立以相對滯后誤差為縱坐標，對應載荷為橫坐標的關系。稱 重傳感器滯后誤差和彈性體材料、應變片以及貼片工藝有關，其中彈性體材料起著主要作 用。 稱重傳感器的彈性體材料分為順磁性和鐵磁性，常用的順磁性彈性體材料主要采 用鋁合金和鈹青銅等，而常用的鐵磁性彈性體材料主要有17-4PH、2Crl3和40CrNiMo等。測 試表明，順磁性彈性體滯后明顯小于鐵磁性彈性體，如在1200 ii e應變量情況下，2024T4 硬鋁滯后50-100卯m，而17-4ra鋼滯后200-300卯m，造成該現(xiàn)象的原因與鐵磁性材料的磁 彈性內(nèi)耗有關。鐵磁性彈性體滯后主要來自于三方面一是材料亞結構中由于點、線、面的 缺陷造成的各種弛豫型內(nèi)耗；二是加載過程中材料內(nèi)部形成的熱彈性內(nèi)耗；三是加載過程 中材料內(nèi)部因疇壁和磁疇發(fā)生移動及轉動，由于磁致伸縮及其逆效應在材料內(nèi)部形成磁彈 性內(nèi)耗。為了降低彈性體滯后，提高稱重傳感器測量精度，通常是從材料亞結構入手，優(yōu)化 熱處理，如細化晶粒、降低內(nèi)應力和獲得下貝氏體組織等。通過降低鐵磁性彈性體磁彈性內(nèi) 耗來改進稱重傳感器滯后性能方面的技術，迄今未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，通過預加磁 場來消除鐵磁性彈性體彈性形變過程中產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低鐵磁性彈性體滯后。
本發(fā)明為達到上述目的技術方案是一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方 法，其特征在于 (1)、將應變片固定在鐵磁性彈性體的敏感梁處； (2)、在鐵磁性彈性體的敏感梁的相對兩側面分別固定有磁性體，或覆蓋敏感梁的 鐵磁性彈性體兩側分別固定有磁性體，兩側的磁性體形成同一方向的磁場，該磁場方向與 鐵磁性彈性體的長度方向平行，通過兩側磁性體所形成的磁場使鐵磁性彈性體達到磁飽和 狀態(tài)，鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中所產(chǎn)生的磁 彈性內(nèi)耗。
其中所述兩側磁性體所形成的磁場強度在24X 104A/m 40 X 104A/m之間，所述
的固定在敏感梁上兩側的磁性體與應變片相錯設置或同側設置。 本發(fā)明另一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，其特征在于 (1)、將應變片固定在鐵磁性彈性體的敏感梁處； (2)、將鐵磁性彈性體置于一個外加的磁場內(nèi)，該磁場方向與鐵磁性彈性體長度方
向平行，外加的磁場強度^ 24X 104A/m，通過該磁場使鐵磁性彈性體達到飽和狀態(tài)，鐵磁性
彈性體中的磁疇取向一致，降低鐵磁性彈性體在彈性形變過程中所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗。其中所述磁性體所形成的磁場強度在24X 104A/m 50 X 104A/m之間。 本發(fā)明對鐵磁性彈性體進行磁化處理并使其達到磁飽和狀態(tài)，將鐵磁性彈性體材
料內(nèi)部隨機排列的若干磁疇，改為取向一致的磁疇，而每個磁疇內(nèi)部所有的磁矩都已自發(fā)
地趨于同向排列，使得單個磁疇具有很高磁飽和強度，故在磁飽和狀態(tài)下，當鐵磁性彈性體
受到外力加載時，鐵磁性彈性體材料內(nèi)部的疇壁和磁疇無法克服阻力發(fā)生移動及轉動，消
除了磁致伸縮及其逆效應在材料內(nèi)部形成磁彈性內(nèi)耗，達到降低鐵磁性彈性體滯后的目
的，提高了稱重傳感器的稱量精確。本發(fā)明僅通過對鐵磁性彈性體進行磁飽和處理，來消除
鐵磁性彈性體在彈性形變過程中所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，處理工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，能
大幅度降低稱重傳感器的制造成本。


下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細描述。圖1在相同載荷處稱重傳感器卸載和加載輸出差值滯后的曲線圖。圖2是本發(fā)明柱式鐵磁性彈性體的結構示意圖。圖3是圖2的A-A剖面結構示意圖。圖4是本發(fā)明柱式鐵磁性彈性體置于外加的磁場中的結構示意圖。圖5是本發(fā)明懸臂梁式鐵磁性彈性體的結構示意圖。圖6是圖5的B-B剖面結構示意圖。圖7是本發(fā)明懸臂梁鐵磁性彈性體置于強外的磁場中的結構示意圖。圖8是本發(fā)明拉式鐵磁性彈性體的結構示意圖。圖9是圖8的C-C剖面結構示意。圖10是本發(fā)明拉式鐵磁性彈性體置于外加的磁場中的示意圖。圖11是鋼懸臂梁式彈性體相對滯后誤差對比曲線圖。其中1-鐵磁性彈性體，2-敏感梁，3-應變片，4-磁性體，5-磁場，6-應變孔。
具體實施例方式
本發(fā)明降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，先將鐵磁性彈性體1通過機加 工和熱處理制成所需形狀，如圖2、3所示制成柱式鐵磁性彈性體，可采用17-化H制作，該柱 式鐵磁性彈性體長寬高的尺寸在100 200mmX 15 20mmX 15 20mm，將應變片3固定 在鐵磁性彈性體的敏感梁2處，該應變片3可采用常規(guī)的方式進行粘貼在敏感梁2上，在鐵 磁性彈性體1的敏感梁2相對兩側面分別固定有磁性體4，且兩側的磁性體4形成同一方 向的磁場，即N極或S極同向排列，該磁場方向與鐵磁性彈性體的長度方向平行，如圖2所
4示，該磁場方向與柱式鐵磁性彈性體外力加載F方向平行，該磁性體4采用SmCo5等強磁材 料，磁性體4可吸附于敏感梁2的兩側面或通過緊固件敏感梁2的兩側面，磁性體4尺寸可 采用100 120mmX 10 20mmX 10 20mm，兩側磁性體4所形成的磁場強度在24X 104A/ m 40X 104A/m之間。如圖2、3所示，本發(fā)明固定在敏感梁2上兩側的磁性體4與應變片 3相錯設置，即磁性體4與應變片3分別設置在敏感梁2的四周，或固定在敏感梁2上兩側 的磁性體4與應變片3同側設置，即磁性體4與應變片3設置在敏感梁2的兩側，通過兩側 磁性體4所形成的磁場使鐵磁性彈性體1達到磁飽和狀態(tài)，使敏感梁2達到磁飽和狀態(tài)，由 于鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，而消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中由于磁致伸縮 及其逆效應所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后。
本發(fā)明的降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，見圖4所示，先將鐵磁性彈 性體1通過機加工和熱處理制成柱式鐵磁性彈性體，可采用2Crl3鋼制作，該柱式鐵磁性彈 性體長寬高的尺寸在50 200mmX 15 20mmX 15 20mm，將應變片3固定在鐵磁性彈性 體的敏感梁2處，將該鐵磁性彈性體置于一個外加的磁場5內(nèi)，該磁場方向與鐵磁性彈性體 長度方向平行，該外加的磁場5的方向可與柱式鐵磁性彈性體外力加載F方向同向，或與外 力加載F方向相反，外加的磁場強度^ 24X 104A/m，該外加的磁場強度可在30X 104A/m 50X 10^/m之間，通過外加的磁場5使鐵磁性彈性體1達到飽和狀態(tài)，即敏感梁2達到磁飽 和，由于鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，而消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中由于磁 致伸縮及其逆效應所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后。
本發(fā)明降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，先將鐵磁性彈性體1通過機加 工和熱處理制成所需形狀，如圖5、6所示制成懸臂梁式鐵磁性彈性體，可采用17-4ra鋼制 作，該懸臂梁式鐵磁性彈性體長寬高的尺寸在200 250mmX30 40mmX30 40mm，懸 臂梁式鐵磁性彈性上設有對稱的兩應變孔6，兩應變孔6的敏感梁2兩側固定有應變片3， 在覆蓋敏感梁2的鐵磁性彈性體1的兩側分別固定有磁性體4，且兩側的磁性體4形成同 一方向的磁場，即N極或S極同向排列，該磁場方向與鐵磁性彈性體的長度方向平行，如 圖5、6所示，該磁場方向與外力加載F方向垂直，該磁性體4采用SmCo5磁性材料，可吸附 于鐵磁性彈性體1的兩側面或通過緊固件鐵磁性彈性體1的兩側面，使磁場能使敏感梁 2覆磁性體4達到磁飽和，即敏感梁2達到磁飽和，該磁性體4材料的尺寸可采用100 150mmX 20 30mmX 20 30mm，兩側磁性體4所形成的磁場強度在24X 104A/m 40 X 104A/ m之間。本發(fā)明固定在鐵磁性彈性體1上兩側的磁性體4與應變片3相錯設置，或如圖5、 6所示，固定在鐵磁性彈性體1兩側的磁性體4與應變片3同側設置并位于應變片的上部， 通過兩側磁性體4所形成的磁場使鐵磁性彈性體達到磁飽和狀態(tài)，即敏感梁2達到磁飽和， 由于鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，而消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中由于磁致伸 縮及其逆效應所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后。
本發(fā)明的降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，見圖7所示，先將鐵磁性彈 性體通過機加工和熱處理制成懸臂梁式鐵磁性彈性體l，可采用2Crl3鋼制作，該懸臂梁式 鐵磁性彈性體長寬高的尺寸在200 250mmX 30 40mmX 30 40mm，將應變片3固定在鐵 磁性彈性體的敏感梁2處，將該鐵磁性彈性體置于一個外加的磁場5內(nèi)，該磁場方向與鐵磁 性彈性體長度方向平行，該磁場方向與外力加載F方向垂直，外加的磁場強度^ 24X 104A/ m，該磁場強度可在30 X 104A/m 40 X 104A/m之間，通過外加的磁場5使鐵磁性彈性體達到
5飽和狀態(tài)，即敏感梁2達到磁飽和，由于鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，而消除鐵磁性彈 性體在彈性形變過程中由于磁致伸縮及其逆效應所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低稱重傳感器鐵 磁性彈性體的滯后。 本發(fā)明降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，先將鐵磁性彈性體1通過機加 工和熱處理制成所需形狀，如圖8、9所示，制成拉式鐵磁性彈性體，可采用17-4PH制作，該 拉式鐵磁性彈性體長寬高的尺寸在200 300mmX30 50mmX30 50mm，將應變片3固 定在鐵磁性彈性體的敏感梁2處，該應變片3可采用常規(guī)的方式進行粘貼在敏感梁2上， 在鐵磁性彈性體1的敏感梁2相對兩側面分別固定有磁性體4，且兩側的磁性體4形成同 一方向的磁場，即N極或S極同向排列，該磁場方向與鐵磁性彈性體的長度方向平行，如圖 8所示，該磁場方向與拉式鐵磁性彈性體外力加載F方向平行，該磁性體4采用SmCo5磁性 材料，可吸附于敏感梁2的兩側面或通過緊固件敏感梁2的兩側面，磁性體4尺寸可采用 100 150mmX30 40mmX30 40mm，兩側磁性體4所形成的磁場強度在24X 104A/m 40X 1(^A/m之間。如圖8、9所示，本發(fā)明固定在敏感梁2上兩側的磁性體4與應變片3相 錯設置，即分別設置在敏感梁2的四周，或固定在敏感梁2上兩側的磁性體4與應變片3同 側設置，即均設置在敏感梁2的兩側，通過兩側磁性體4所形成的磁場使鐵磁性彈性體達到 磁飽和狀態(tài)，即敏感梁2達到磁飽和，使鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，而消除鐵磁性彈 性體在彈性形變過程中由于磁致伸縮及其逆效應所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低稱重傳感器鐵 磁性彈性體的滯后。 本發(fā)明的降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，見圖10所示，先將鐵磁性彈 性體1通過機加工和熱處理制成拉式鐵磁性彈性體，可采用40CrNiMo鋼制作，該拉式鐵磁 性彈性體長寬高的尺寸在200 300mmX30 50mmX30 50mm，將應變片3固定在鐵磁 性彈性體的敏感梁2處，將該鐵磁性彈性體置于一個外加的磁場5內(nèi)，該磁場方向與鐵磁性 彈性體長度方向平行，該外加的磁場5的方向可與柱式鐵磁性彈性體外力加載F方向同向， 或與外力加載F方向相反，外加的磁場強度^ 24X 104A/m，該磁場強度在可35X 104A/m 45X 104A/m之間，通過外加的磁場5使鐵磁性彈性體達到飽和狀態(tài)，即敏感梁2達到磁飽 和，由于鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，而消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中由于磁 致伸縮及其逆效應所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗，降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后。
本發(fā)明預先對鐵磁性彈性進行技術磁化處理，通過永磁材料或外加磁場的方法使 得鐵磁性彈性體達到磁飽和狀態(tài)，見圖11所示，對17-4K1鋼制成的懸臂梁式鐵磁性彈性體 進行測試，同為H900熱處理和1200ii e應變量，磁飽和17-4K1鋼懸臂梁彈性體滯后比未 經(jīng)磁化處理彈性體降低約33% ，故大大提高傳感器精度。但如需要特別指出的是，僅對鐵磁 性彈性體部分磁化，不僅不會降低滯后，還有可能增大滯后部分磁化會在彈性體中形成宏 觀渦流損耗效應。
權利要求
一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，其特征在于(1)、將應變片固定在鐵磁性彈性體的敏感梁處；(2)、在鐵磁性彈性體的敏感梁的相對兩側面分別固定有磁性體，或覆蓋敏感梁的鐵磁性彈性體兩側分別固定有磁性體，兩側的磁性體形成同一方向的磁場，該磁場方向與鐵磁性彈性體的長度方向平行，通過兩側磁性體所形成的磁場使鐵磁性彈性體達到磁飽和狀態(tài)，鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗。
2. 根據(jù)權利要求1所述的降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，其特征在于所 述兩側磁性體所形成的磁場強度在24X 104A/m 40X 104A/m之間。
3. 根據(jù)權利要求1所述的降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，其特征在于所 述固定在敏感梁或鐵磁性彈性體上兩側的磁性體與應變片相錯設置或同側 設置。
4. 一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，其特征在于(1) 、將應變片固定在鐵磁性彈性體的敏感梁處；(2) 、將鐵磁性彈性體置于一個外加的磁場內(nèi)，該磁場方向與鐵磁性彈性體長度方向平 行，外加的磁場強度^ 24X 104A/m，通過該磁場使鐵磁性彈性體達到飽和狀態(tài)，鐵磁性彈性 體中的磁疇取向一致，降低鐵磁性彈性體在彈性形變過程中所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗。
5. 根據(jù)權利要求4所述的降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，其特征在于所 述外加的磁場強度在25 X 104A/m 50 X 104A/m之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低稱重傳感器鐵磁性彈性體的滯后方法，將應變片固定在鐵磁性彈性體的敏感梁處；在鐵磁性彈性體的敏感梁的相對兩側面分別固定有磁性體，或覆蓋敏感梁的鐵磁性彈性體兩側分別固定有磁性體，兩側的磁性體形成同一方向的磁場，該磁場方向與鐵磁性彈性體的長度方向平行，通過兩側磁性體所形成的磁場使鐵磁性彈性體達到磁飽和狀態(tài)，使鐵磁性彈性體中的磁疇取向一致，消除鐵磁性彈性體在彈性形變過程中所產(chǎn)生的磁彈性內(nèi)耗。本發(fā)明對鐵磁性彈性體預先磁飽和處理，鐵磁性彈性體受力加載時，因鐵磁性彈性體中磁疇取向已經(jīng)一致，疇壁不再移動、磁矩不再轉動，從而消除了磁彈性內(nèi)耗在彈性體中產(chǎn)生的滯后，進而提高了稱重傳感器精度。
文檔編號G01G3/00GK101738246SQ20091026327
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者張惠斌, 徐志勇, 朱向群, 朱子健, 楊莉 申請人:梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司;梅特勒-托利多(常州)測量技術有限公司;梅特勒-托利多(常州)稱重設備系統(tǒng)有限公司