滞后效应是指传感器在加载和卸载过程中,相同载荷点的输出信号不一致的现象,通常由弹性体的残余变形、应变片与弹性体的黏合松弛或机械连接间隙引起。重复性则反映传感器在相同条件下多次测量同一载荷时的输出一致性,二者共同决定了测量结果的可靠性。
滞后效应的典型表现为加载曲线与卸载曲线不重合,形成滞后环。例如,某剪切梁式传感器在满量程载荷下的滞后误差可达 0.2% FS,主要原因是应变片胶层在循环载荷下发生微滑移。重复性误差则可能源于电路噪声、接触电阻变化或环境参数波动,如某传感器在 8 小时内的重复性误差为 ±0.1% FS,主要受温漂和电源纹波影响。
工业自动化场景对滞后和重复性要求严苛。例如,在汽车生产线的扭矩检测中,滞后误差需小于 0.05% FS,以避免因加载 / 卸载顺序不同导致的测量偏差;重复性误差需控制在 ±0.03% FS 以内,确保多工位检测数据的一致性。医疗康复设备中的肌力传感器更注重滞后性能,若滞后误差超过 0.3% FS,可能导致康复训练数据误判,影响治疗方案制定。
改善滞后效应的关键在于优化机械结构和工艺。采用整体式弹性体(无拼接结构)可减少内部接触间隙,如一体式锻造的合金钢传感器滞后误差可降至 0.08% FS 以下。高精度应变片粘贴工艺(如恒温恒湿环境下的自动粘贴)能确保胶层均匀受力,降低黏合松弛风险。对于重复性问题,需从信号链入手:使用低噪声电源(纹波 < 100μV)、高精度 AD 转换器(24 位以上)及软件去噪算法(如卡尔曼滤波),可将重复性误差提升一个数量级。
在长期使用中,滞后效应可能随载荷循环次数增加而加剧。例如,某传感器在 10 万次循环后,滞后误差从 0.1% FS 上升至 0.25% FS,主要原因是弹性体表面产生微观塑性变形。因此,定期校准(建议每 5000 次循环后进行)和预加载磨合(使用前进行 3 次满量程加载 / 卸载)是必要措施。
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