《应变式称重传感器技术现状与开展趋势〔一〕.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《应变式称重传感器技术现状与开展趋势〔一〕.docx（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、应变式称重传感器技术现状与开展趋势一 wangsl 导语：1940年美国BLH公司和Revere公司总工程师A.Thurston瑟斯顿利用SR一4型电阻应变计研制出圆柱 1940年美国BLH公司和Revere公司总工程师A.Thurston瑟斯顿利用SR一4型电阻应变计研制出圆柱构造的应变式负荷传感器，用于工程测力和称重计量，成为应变式负荷传感器的创始者。1942年在美国应变式负荷传感器已经大量消费，至今已有60多年的历史。 前30多年，是利用正应力拉伸、压缩、弯曲应力的柱、筒、环、梁式构造负荷传感器的一统天下。在此时期内，英国学者杰克逊研制出金属箔式电阻应变计，为负荷传感器提供了较理想的转换
2、元件，并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺。美国BLH公司和Revere公司经太多年理论创造了负荷传感器电路补偿与调整工艺，进步了负荷传感器的准确度和稳定性，使准确度由40年代的百分之几量级进步到70年代初的0.05量级。但在应用经过中出现的问题也很突出，主要是：加力点变化会引起比拟大的灵敏度变化；同时进展拉、压循环加载时灵敏度偏向大；抗偏心和侧向载荷才能差；不能进展小载荷测量。上述缺点严重制约了负荷传感器的开展。 后30多年，经历了70年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术打破；80年代称重传感器与测力传感器彻底别离，制定R60国际建议和研发出数字式智能称重传感器两项重大变
3、革；90年代在构造设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战，加速了称重传感器技术的开展。 1973年美国学者霍格斯特姆为克制正应力负荷传感器的固有缺点，提出不利用正应力，而利用与弯矩无关的切应力设计负荷传感器的理论，并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器。打破了正应力负荷传感器的一统天下，形成了新的开展潮流。这是负荷传感器构造设计的重大打破。 1974年前后美国学者斯坦因和德国学者埃多姆分别提出建立弹性体较为复杂的力学模型，利用有限单元计算方法，分析弹性体的强度、刚度，应力场和位移场，求得最正确化设计。为利用当代分析手段和计算方法设计与计算负荷传感器开拓了新途径。 70年代初中期，美、
4、日等国的衡器制造公司开场研发贸易用电子计价秤，急需小量程负荷传感器。传统的正应力和新研制的切应力负荷传感器都不能实现几公斤至几十公斤量程范围内的测量。美国学者查特斯提出用低弹性模量的铝合金做弹性体，采用多梁构造解决灵敏度和刚度这对矛盾。设计出小量程铝合金平行梁型负荷传感器，同时指出平行梁负荷传感器是基于不变弯矩原理，使利用平行梁外表弯曲应力的正应力构造，具有切应力负荷传感器的特点，为平行梁构造负荷传感器的设计与计算奠定了理论根底，形成了又一个开展潮流。 蠕变是电阻应变计和铝合金负荷传感器经常碰到和必须解决的关键问题。1978年前苏联学者科洛考娃通过对一维力学模型和应变传递系数的分析，提出控制电
5、阻应变计敏感栅的栅头宽度与栅丝宽度的比例，可以制造出不同蠕变值电阻应变计的理论，并成功的研制出系列蠕变补偿电阻应变计。对低容量铝合金负荷传感器减小蠕变误差，进步准确度起到至关重要的作用，使电子计价秤用铝合金负荷传感器多品种、大批量消费成为可能。 由于电子称重技术的迅速开展，负荷传感器性能的评定方法，已不能知足采用阶梯公差带评定准确度等级电子衡器的需要，急需与电子衡器准确度评定方法相适应的计量规程。80年代初，国际法制计量组织OIML质量测量指导秘书处决定将用于电子称重的传感器与用于测力的传感器彻底别离，由美国负责的第8报告秘书处起草（称重传感器计量规程）。经过OIML成员国书面表决后，在198
6、4年10月第7届法制计量大会上正式批准，并于1985年以OIML，R60国际建议公布，下发到各成员国。目前各国正在执行的是R60的2000年版。可以讲R60（称重传感器计量规程）是各国称重传感器进入国际市场的“通行证。 随着数字技术和信息技术的开展，各行业对数字化电子衡器的需求愈来愈多，提出用数字称重系统打破模拟称重系统局限性的要求，对此模拟式称重传感器就无能为力了。由于在此之前，称重传感器的研究都集中在硬件方面，例如：创新弹性体构造，改良制造工艺，完善电路补偿与调整等。模拟式称重传感器的输出信号小，抗干扰才能差，传输间隔 短，称重显示控制仪表复杂，组秤调试周期长等缺点仍然如故。为知足数字化电
7、子衡器的需求，美国TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德国HBM公司等先后研制出整体型和别离型数字式智能称重传感器，并以其输出信号大，抗干扰才能强，信号传输间隔 远，易实现智能控制等特点，成为数字化电子衡器和自动称重计量与控制系统的必选产品，形成一个开发热门。 90年代，由于称重传感器的设计与计算等根本技术趋于成熟，称重传感器的开展侧重于工艺研究和应用研究，在产品标准化、系列化、工程化设计和规模化消费工艺等方面都有很大进步，主要是： 在构造与工艺设计中引入计算机拟实技术和虚拟技术；在弹性体加工中纳入柔性制造技术；在消费工艺中采用计算机网络技术；在稳定处理中移植了振动时效、共振时效新工艺
8、；在测试检定中创造了自动快速检测和动态比对方法。 应用技术研究也有打破性进展：在传统称重模块的根底上，研制出新式称重模块。这是应用新技术面对新挑战的典型产品。其特点是组件化设计，具有“即插即用功能，可减少由于侧重、热效应影响，偶尔超载等引起的称重误差，并可承受由于振动、冲击、搅拌或者其它外力引起的侧重。总之，70年代两项技术打破，80年代两个重大变革，90年代纳入高新技术面对新挑战的研发理念，极大地促进了称重传感器技术的开展。 二、国外称重传感器技术现状及快速开展原因 工业与贸易电子秤用称重传感器技术与制造工艺，美、德等工业兴旺国家的著名制造公司处于国际市场引导者的领先地位，我国具有一定规模的
9、称重传感器制造公司处于市场挑战者或者市场追随者地位。家用电子秤用称重传感器的研发和消费中心在中国，在深圳，制造技术、工艺程度、产品质量和年产量逐年进步。 当今国际市场称重传感器技术的竞争，集中表如今产品的准确度、稳定性和可靠性的竞争；制造技术与制造工艺的竞争；应用高新技术研发新产品和自主知识产权产品的竞争。各称重传感器制造企业都在努力培植自己的核心竞争技术和打造核心竞争产品。 从近几年国际衡器工业展览会上展出的产品和对多家处于市场引导者地位的企业产品的分析可以得出这些企业的共同追求是：弹性体材质更精良；电阻应变计、补偿元器件的技术要求和环境应力挑选更严格；制造工艺更精细；电路补偿工艺更完善；外
10、观质量更完美。 称重传感器的准确度、稳定性和可靠性是重要的质量指标，同时也是用户最关心的问题。对此，这些企业在构造设计、制造工艺、电路补偿与调整和稳定性处理等方面进展很多研究与试验工作，获得较大进展，主要成果有： 1在构造设计与计算经过中，引入计算机拟实技术进展动态仿真，动力学分析；在工艺设计经过中引入计算机虚拟技术，对弹性体消费工艺进展模拟和检验；2在弹性体加工中，纳入先进制造技术，变刚性制造为柔性制造。普遍采用加工中心、柔性制造单元和柔性制造系统；3在消费全经过中，尽量减少手工操纵、人为控制，增加半自动与自动控制、自动检验工序，并在消费工艺中采用计算机网络技术；4改良、创新工艺装备，实现高效智能电路补偿，建立全自动快速检测系统，进步C3级产品成功率和大批量消费产品的抽检合格率；5移植先进的稳定处理技术与装备，施行振动时效或者共振时效新工艺，进步称重传感器的长期稳定性和工作可靠性；6应用高新技术开发新产品和自主知识产权产品，增强核心竞争力。处于国际市场引导地位的企业都有自己的核心竞争技术、工艺和产品，例如：正负蠕变电桥的“O蠕变称重传感器；铍青铜动态称重传感器；整体型和别离型数字式智能称重传感器；高准确度不锈钢3柱、4柱高温称重传感器；组件化设计的“即插即用型新式称重模块等。