压力传感器零漂对陶瓷液压自动压砖机的影响

温煌军，韦发彬

（佛山市恒力泰机械有限公司，佛山 528000）

1 前言

粉料压力成型是建筑陶瓷砖干法成型最主要的成型方法，是以设定某个压力值为目标值的成型过程，因此，其对陶瓷压砖机液压系统中的压力控制尤为重要。

粉料压制的最终成型压力大小对砖坯成型质量起着至关重要的作用，在陶瓷砖的压制中，第一次压制压力过低会导致粉料变形过小，无法使粉料中的气体达到一定压强，则在后续排气时半成品中的气体无法充分逃逸，造成陶瓷砖成型缺陷——分层；如果第一次压制力过高，则会导致压制过程中气体积蓄过多，在压制阶段就已经造成坯体分层。所以压力控制对陶瓷粉料压制有着直接的影响。故在陶瓷砖成型压制过程中，要求压力传感器能够真实客观，快速准确地反应主油缸内的压力情况。

但是由于压力传感器在制造、使用过程中不可避免的产生零点漂移（简称零漂，下同），导致压力传感器在零漂时不能准确、快速反应主油缸内的压力情况，继而致使PLC误判断，发出错误指令使执行机构不加压或者加压超设定压力值。最终致使砖坯成型缺陷产生，降低砖坯生产的优等品率。

2 压力传感器的零点漂移原因分析

压力传感器的零点漂移主要有以下几个方面的原因：

（1）压力传感器应变片胶层有气泡或者有杂质；

（2）压力传感器应变片本身性能不稳定；

（3）压力传感器的电路中有虚焊点；

（4）压力传感器弹性体的应力释放不完全；

（5）电漂。

针对第（1）点，致使零漂产生最根本的原因在于气泡或者杂质。气泡可能来自于油液，也可能由于在压力传感器生产制造过程中工艺不过关而存在缺陷。对于油液中的气泡或者杂质，除了对液压油液做好消泡及祛杂质的措施外，还要注意传感器的安装方式，避免压力传感器的压敏元件朝向在气泡积聚的方向上，如图1所示。

图1中a的情况最佳，b次之，c为最劣；在a中，由于气泡密度低于油液密度，上浮气泡可以从油口流走，避免了气泡滞留在压敏元件附近的情况。而c情况中，气泡容易积留在压敏元件处，当油液发生气蚀时压敏元件首当其冲受损。

对于第（2）点，零点热漂移除了取决于压敏电阻的不等性及其温度非线性外，零点热漂移还与压敏电阻的反向漏电有关。在这点上，多晶硅可以吸除衬底中的重金属杂质，从而减小压敏电阻的反向漏电、改善零点热漂移，提高传感器的性能。

图1 传感器安装方式对比

对于第（4）点，压力传感器弹性体的应力释放不完全，与膜片选择的材料有关。目前共有6大类膜片介质，扩散硅、溅射膜、应变片、陶瓷膜、电容膜以及蓝宝石膜片。各介质都有优缺点。实践证明，压砖机采用陶瓷膜片的压力传感器更合适。这是因为陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度＞2 kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，另外陶瓷压力传感器，没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性，同时与激励电压也成正比的电压信号。

对于第（5）点，电漂的来源有两个，一个是压力传感器自身的电漂。另一个是外部电路带来的电漂。前者可以通过压力传感器的设计及制作工艺来避免。后者则较为普遍存在，因为操作者的使用习惯，对EMC的重视程度等，都使传感器与PLC之间或多或少地存在电磁干扰。譬如：对于一个0～10 V电压对应0～60 MPa量程的电压型压力传感器，在压力传感器与PLC之间可能存在传导干扰或者耦合干扰，只要有0.1 V干扰就会使PLC认为主油缸里有6 bar的压力。当油缸面积较大时，6 bar压力相当于800 kN。现阶段已经有不少成型工艺要求高的坯体对低压压制要求低于800 kN。亦即，压砖机尚未加压，PLC已经误判断主油缸压力已经达到800 kN以上。故在实际的生产过程中，要严格杜绝干扰电压的产生，这方面可以通过EMC来实现。

电漂虽然给压力传感器的精确检测带来不利影响，但也可以利用零点电漂移来消除压力传感器的热零点漂移，在PLC使用电漂移修正热零漂时，可根据图2的流程原理来处理。

图2 零漂检测及修正流程

在PLC发出加压指令时，由于阀尚未开启，此时液压油缸内应该不能有任何异常的压力值，否则被视为零漂——无论这个零漂是来自于电漂还是热漂。此时PLC首先抓获压力传感器的初始实时数据，并在人机交互界面进行实时显示。同时，如果PLC判断零漂存在，则PLC将先执行零漂中间值清零计算，再对动作部件发出控制指令。若零漂为零，则PLC直接按所设目标值执行压制动作。

3 结论

零点漂移是影响压力传感器性能的重要指标，受到广泛重视，故在选型和应用时应该注意选择合适陶瓷工艺工况的膜片，注意传感器的安装方向以及利用电漂来修正零漂，最大限度降低压力传感器零漂给陶瓷砖压制成型带来的影响。