壓力傳感器零漂對陶瓷液壓自動壓磚機的影響

溫煌軍，韋發(fā)彬

（佛山市恒力泰機械有限公司，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，是以設定某個壓力值為目標值的成型過程，因此，其對陶瓷壓磚機液壓系統(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)量起著至關重要的作用，在陶瓷磚的壓制中，第一次壓制壓力過低會導致粉料變形過小，無法使粉料中的氣體達到一定壓強，則在后續(xù)排氣時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客觀，快速準確地反應主油缸內(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)生零點漂移（簡稱零漂，下同），導致壓力傳感器在零漂時不能準確、快速反應主油缸內(nèi)的壓力情況，繼而致使PLC誤判斷，發(fā)出錯誤指令使執(zhí)行機構不加壓或者加壓超設定壓力值。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 壓力傳感器的零點漂移原因分析

壓力傳感器的零點漂移主要有以下幾個方面的原因：

（1）壓力傳感器應變片膠層有氣泡或者有雜質(zhì)；

（2）壓力傳感器應變片本身性能不穩(wěn)定；

（3）壓力傳感器的電路中有虛焊點；

（4）壓力傳感器彈性體的應力釋放不完全；

（5）電漂。

針對第（1）點，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，當油液發(fā)生氣蝕時壓敏元件首當其沖受損。

對于第（2）點，零點熱漂移除了取決于壓敏電阻的不等性及其溫度非線性外，零點熱漂移還與壓敏電阻的反向漏電有關。在這點上，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，壓力傳感器彈性體的應力釋放不完全，與膜片選擇的材料有關。目前共有6大類膜片介質(zhì)，擴散硅、濺射膜、應變片、陶瓷膜、電容膜以及藍寶石膜片。各介質(zhì)都有優(yōu)缺點。實踐證明，壓磚機采用陶瓷膜片的壓力傳感器更合適。這是因為陶瓷是一種公認的高彈性、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-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，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價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，連接成一個惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性，同時與激勵電壓也成正比的電壓信號。

對于第（5）點，電漂的來源有兩個，一個是壓力傳感器自身的電漂。另一個是外部電路帶來的電漂。前者可以通過壓力傳感器的設計及制作工藝來避免。后者則較為普遍存在，因為操作者的使用習慣，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0～10 V電壓對應0～60 MPa量程的電壓型壓力傳感器，在壓力傳感器與PLC之間可能存在傳導干擾或者耦合干擾，只要有0.1 V干擾就會使PLC認為主油缸里有6 bar的壓力。當油缸面積較大時，6 bar壓力相當于800 kN?，F(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，壓磚機尚未加壓，PLC已經(jīng)誤判斷主油缸壓力已經(jīng)達到800 kN以上。故在實際的生產(chǎn)過程中，要嚴格杜絕干擾電壓的產(chǎn)生，這方面可以通過EMC來實現(xiàn)。

電漂雖然給壓力傳感器的精確檢測帶來不利影響，但也可以利用零點電漂移來消除壓力傳感器的熱零點漂移，在PLC使用電漂移修正熱零漂時，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，由于閥尚未開啟，此時液壓油缸內(nèi)應該不能有任何異常的壓力值，否則被視為零漂——無論這個零漂是來自于電漂還是熱漂。此時PLC首先抓獲壓力傳感器的初始實時數(shù)據(jù)，并在人機交互界面進行實時顯示。同時，如果PLC判斷零漂存在，則PLC將先執(zhí)行零漂中間值清零計算，再對動作部件發(fā)出控制指令。若零漂為零，則PLC直接按所設目標值執(zhí)行壓制動作。

3 結論

零點漂移是影響壓力傳感器性能的重要指標，受到廣泛重視，故在選型和應用時應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。