滯后是指傳感器在加載和卸載過程中輸出信號的不一致性,通常表現(xiàn)為加載曲線與卸載曲線的分離。這一現(xiàn)象主要由材料的粘彈性、應(yīng)變片與彈性體的粘結(jié)特性以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的摩擦等因素引起。
材料的粘彈性是滯后產(chǎn)生的主要原因。例如,金屬彈性體在受力時會發(fā)生微觀塑性變形,卸載后無法完全恢復(fù)原狀,導(dǎo)致輸出信號存在殘余偏移。應(yīng)變片的基底材料(如環(huán)氧樹脂)和粘結(jié)劑的蠕變特性也會加劇滯后現(xiàn)象,尤其在長時間負(fù)載下表現(xiàn)更為明顯。此外,傳感器的安裝條件(如接觸面粗糙度、螺栓扭矩)也會影響滯后誤差。例如,安裝扭力不足可能導(dǎo)致傳感器與秤臺之間存在微小滑動,進(jìn)而增加滯后。
滯后對測量準(zhǔn)確度的影響在動態(tài)測量中尤為突出。例如,在汽車碰撞測試中,傳感器需快速響應(yīng)沖擊力的變化,若滯后誤差較大,可能導(dǎo)致峰值力測量偏差超過 5%。為了減小滯后,制造商通常采用以下措施:一是優(yōu)化彈性體材料,如選用蠕變率低的 17-4PH 不銹鋼或鈦合金;二是改進(jìn)制造工藝,如通過熱處理提升材料的彈性極限;三是優(yōu)化安裝條件,確保接觸面平整且螺栓扭矩符合規(guī)范。
新型材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為滯后控制提供了新途徑。例如,石墨烯傳感器通過真空封裝技術(shù)減少了氣體阻尼和材料滲透,顯著降低了滯后效應(yīng),其滯后誤差可控制在 0.02% FS 以內(nèi)。此外,采用雙剪切梁結(jié)構(gòu)或冗余應(yīng)變片橋路設(shè)計(jì),可以分散應(yīng)力并抵消部分滯后誤差。
軟件補(bǔ)償也是抑制滯后的有效手段。通過建立加載 - 卸載曲線的數(shù)學(xué)模型(如 Preisach 模型),可以實(shí)時計(jì)算滯后誤差并進(jìn)行修正。例如,某工業(yè)測力系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,將滯后誤差從 0.3% FS 降低至 0.1% FS,同時提升了動態(tài)響應(yīng)速度。
實(shí)際應(yīng)用中,滯后的優(yōu)化需綜合考慮成本與性能。對于高精度場景(如醫(yī)療設(shè)備),需采用低滯后材料和復(fù)雜的補(bǔ)償算法;而對于一般工業(yè)應(yīng)用,通過嚴(yán)格安裝和定期校準(zhǔn)即可滿足要求。此外,避免頻繁過載和沖擊載荷有助于減少彈性體的塑性變形,從而延長傳感器的使用壽命并降低滯后漂移。