壓力傳感器零漂對陶瓷液壓自動壓磚機(jī)的影響

溫煌軍，韋發(fā)彬

（佛山市恒力泰機(jī)械有限公司，佛山 528000）

1 前言

粉料壓力成型是建筑陶瓷磚干法成型最主要的成型方法，是以設(shè)定某個(gè)壓力值為目標(biāo)值的成型過程，因此，其對陶瓷壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)中的壓力控制尤為重要。

粉料壓制的最終成型壓力大小對磚坯成型質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，在陶瓷磚的壓制中，第一次壓制壓力過低會導(dǎo)致粉料變形過小，無法使粉料中的氣體達(dá)到一定壓強(qiáng)，則在后續(xù)排氣時(shí)半成品中的氣體無法充分逃逸，造成陶瓷磚成型缺陷——分層；如果第一次壓制力過高，則會導(dǎo)致壓制過程中氣體積蓄過多，在壓制階段就已經(jīng)造成坯體分層。所以壓力控制對陶瓷粉料壓制有著直接的影響。故在陶瓷磚成型壓制過程中，要求壓力傳感器能夠真實(shí)客觀，快速準(zhǔn)確地反應(yīng)主油缸內(nèi)的壓力情況。

但是由于壓力傳感器在制造、使用過程中不可避免的產(chǎn)生零點(diǎn)漂移（簡稱零漂，下同），導(dǎo)致壓力傳感器在零漂時(shí)不能準(zhǔn)確、快速反應(yīng)主油缸內(nèi)的壓力情況，繼而致使PLC誤判斷，發(fā)出錯誤指令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)不加壓或者加壓超設(shè)定壓力值。最終致使磚坯成型缺陷產(chǎn)生，降低磚坯生產(chǎn)的優(yōu)等品率。

2 壓力傳感器的零點(diǎn)漂移原因分析

壓力傳感器的零點(diǎn)漂移主要有以下幾個(gè)方面的原因：

（1）壓力傳感器應(yīng)變片膠層有氣泡或者有雜質(zhì)；

（2）壓力傳感器應(yīng)變片本身性能不穩(wěn)定；

（3）壓力傳感器的電路中有虛焊點(diǎn)；

（4）壓力傳感器彈性體的應(yīng)力釋放不完全；

（5）電漂。

針對第（1）點(diǎn)，致使零漂產(chǎn)生最根本的原因在于氣泡或者雜質(zhì)。氣泡可能來自于油液，也可能由于在壓力傳感器生產(chǎn)制造過程中工藝不過關(guān)而存在缺陷。對于油液中的氣泡或者雜質(zhì)，除了對液壓油液做好消泡及祛雜質(zhì)的措施外，還要注意傳感器的安裝方式，避免壓力傳感器的壓敏元件朝向在氣泡積聚的方向上，如圖1所示。

圖1中a的情況最佳，b次之，c為最劣；在a中，由于氣泡密度低于油液密度，上浮氣泡可以從油口流走，避免了氣泡滯留在壓敏元件附近的情況。而c情況中，氣泡容易積留在壓敏元件處，當(dāng)油液發(fā)生氣蝕時(shí)壓敏元件首當(dāng)其沖受損。

對于第（2）點(diǎn)，零點(diǎn)熱漂移除了取決于壓敏電阻的不等性及其溫度非線性外，零點(diǎn)熱漂移還與壓敏電阻的反向漏電有關(guān)。在這點(diǎn)上，多晶硅可以吸除襯底中的重金屬雜質(zhì)，從而減小壓敏電阻的反向漏電、改善零點(diǎn)熱漂移，提高傳感器的性能。

圖1 傳感器安裝方式對比

對于第（4）點(diǎn)，壓力傳感器彈性體的應(yīng)力釋放不完全，與膜片選擇的材料有關(guān)。目前共有6大類膜片介質(zhì)，擴(kuò)散硅、濺射膜、應(yīng)變片、陶瓷膜、電容膜以及藍(lán)寶石膜片。各介質(zhì)都有優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)踐證明，壓磚機(jī)采用陶瓷膜片的壓力傳感器更合適。這是因?yàn)樘沾墒且环N公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度＞2 kV，輸出信號強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，另外陶瓷壓力傳感器，沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性，同時(shí)與激勵電壓也成正比的電壓信號。

對于第（5）點(diǎn)，電漂的來源有兩個(gè)，一個(gè)是壓力傳感器自身的電漂。另一個(gè)是外部電路帶來的電漂。前者可以通過壓力傳感器的設(shè)計(jì)及制作工藝來避免。后者則較為普遍存在，因?yàn)椴僮髡叩氖褂昧?xí)慣，對EMC的重視程度等，都使傳感器與PLC之間或多或少地存在電磁干擾。譬如：對于一個(gè)0～10 V電壓對應(yīng)0～60 MPa量程的電壓型壓力傳感器，在壓力傳感器與PLC之間可能存在傳導(dǎo)干擾或者耦合干擾，只要有0.1 V干擾就會使PLC認(rèn)為主油缸里有6 bar的壓力。當(dāng)油缸面積較大時(shí)，6 bar壓力相當(dāng)于800 kN。現(xiàn)階段已經(jīng)有不少成型工藝要求高的坯體對低壓壓制要求低于800 kN。亦即，壓磚機(jī)尚未加壓，PLC已經(jīng)誤判斷主油缸壓力已經(jīng)達(dá)到800 kN以上。故在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)格杜絕干擾電壓的產(chǎn)生，這方面可以通過EMC來實(shí)現(xiàn)。

電漂雖然給壓力傳感器的精確檢測帶來不利影響，但也可以利用零點(diǎn)電漂移來消除壓力傳感器的熱零點(diǎn)漂移，在PLC使用電漂移修正熱零漂時(shí)，可根據(jù)圖2的流程原理來處理。

圖2 零漂檢測及修正流程

在PLC發(fā)出加壓指令時(shí)，由于閥尚未開啟，此時(shí)液壓油缸內(nèi)應(yīng)該不能有任何異常的壓力值，否則被視為零漂——無論這個(gè)零漂是來自于電漂還是熱漂。此時(shí)PLC首先抓獲壓力傳感器的初始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在人機(jī)交互界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)，如果PLC判斷零漂存在，則PLC將先執(zhí)行零漂中間值清零計(jì)算，再對動作部件發(fā)出控制指令。若零漂為零，則PLC直接按所設(shè)目標(biāo)值執(zhí)行壓制動作。

3 結(jié)論

零點(diǎn)漂移是影響壓力傳感器性能的重要指標(biāo)，受到廣泛重視，故在選型和應(yīng)用時(shí)應(yīng)該注意選擇合適陶瓷工藝工況的膜片，注意傳感器的安裝方向以及利用電漂來修正零漂，最大限度降低壓力傳感器零漂給陶瓷磚壓制成型帶來的影響。