應變式稱重傳感(gǎn)器(qì)技術(shù)現狀與發展趨(qū)勢 (2006-06-13)
發布時間:2007-12-04
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1938年美國加利福尼亞理工學院教授E.Simmons(西蒙斯)和麻省理工學院教授A.Ruge(魯奇)分別同時(shí)研製出(chū)紙基絲繞式電(diàn)阻應變計,以他們名字的字頭和各有二位助手命名為SR-4型,由美國BLH公司專利(lì)生產。為研製應變式負(fù)荷傳感器奠定了理論和物質(zhì)基礎。 1940年美國BLH公司(sī)和Revere公司總工程師A.Thurston(瑟斯頓)利用SR一4型電阻應變計研製出圓柱結(jié)構的應變式(shì)負荷(hé)傳感器,用於工程測力和稱重計量,成為應變式(shì)負(fù)荷傳感器的創(chuàng)始者(zhě)。1942年在美國應變式(shì)負荷(hé)傳感器已經大量生產,至今已有(yǒu)60多年的曆史。 前30多年,是利用正應力(拉伸、壓縮、彎曲應力)的柱、筒、環、梁式結構負荷(hé)傳感器的一統天下。在此時期內,英國學者傑克遜研製出(chū)金屬箔式電阻應變計,為負荷傳感器提供了較理想的轉換(huàn)元件,並創(chuàng)造了(le)用熱固膠粘貼電(diàn)阻應變(biàn)計的新工藝。美國BLH公司(sī)和Revere公司(sī)經(jīng)過多年實踐創造了負荷傳感器電路補償與調整工藝,提高了負荷傳感器的準確度和穩定性,使準確度由40年代的百分之幾量級提高(gāo)到70年代初的0.05量級。但在應用過(guò)程中出現的問題也很突出,主要是:加力點變化會(huì)引起比較(jiào)大的靈(líng)敏度變化(huà);同時進行拉、壓循環(huán)加載時靈敏度偏差大;抗偏心和側向載荷能(néng)力(lì)差;不能進行小載荷測量。上述缺點嚴重製約了負荷傳感器的發展。 後30多年,經曆了70年代的切應力負荷傳感器和鋁合金小量程負荷(hé)傳感器兩大(dà)技(jì)術突破;80年代(dài)稱重傳(chuán)感器與測力傳感器徹底分離,製定R60國際建議和研發出數字式智能稱重(chóng)傳感器兩項重大變革;90年代在結構(gòu)設(shè)計和製造工藝中不斷納入高新技術迎接(jiē)新挑戰,加速了稱重傳感器技術的發展。 1973年美(měi)國學(xué)者霍格斯特姆(mǔ)為克服正應力負荷傳感(gǎn)器(qì)的固有缺點,提出不利用正應力,而利用與彎矩無關的切應力設計(jì)負(fù)荷傳感器的理論,並設計出圓截工字形截(jié)麵懸臂(bì)剪切梁型負荷傳感器。打破了正應力負荷傳感器的一統天下,形成了(le)新的發展潮流。這是負荷傳感器結構設計的重大突破。 1974年前後(hòu)美國學者斯坦因和德國學者埃多姆分別提出(chū)建立(lì)彈性(xìng)體較為複雜的力(lì)學模型,利用有限(xiàn)單元計算方法,分析彈性體的(de)強度、剛度,應力場和位移場,求得最佳化設計。為利用現代分析手段和計算方法設計與計算負荷(hé)傳感器開辟了新途徑。 70年代(dài)初中期,美、日等國的衡器(qì)製造公(gōng)司開始研發商業用電子(zǐ)計(jì)價秤,急需小量(liàng)程負荷傳感器。傳統的正應力和新研製的切應(yīng)力(lì)負荷傳感(gǎn)器都不能實現幾公斤至幾十公斤量程範圍內的測量。美國學者查特斯提出用低彈性模(mó)量的(de)鋁合金做彈性(xìng)體,采用多梁結構解決靈敏度和剛度這對矛盾。設計(jì)出小量程鋁合金平行梁型(xíng)負(fù)荷傳感器,同時指出平行梁負荷傳感器是基於不(bú)變彎(wān)矩原理,使利用平行梁表麵彎(wān)曲應力(lì)的正應力結構,具有切應力負荷傳感器的特(tè)點(diǎn),為平行梁結構負荷傳感(gǎn)器的設計與計(jì)算奠定了理論基礎,形成了又一個發展潮流。 蠕變是電阻應變計和鋁合金負荷傳感(gǎn)器經常(cháng)遇到和必需解(jiě)決的關鍵問題。1978年前蘇聯學者科(kē)洛考娃通過對(duì)一維力學模型和應變傳遞係(xì)數的分析,提出(chū)控製電阻應變計敏感柵的柵頭寬度(dù)與柵絲寬(kuān)度(dù)的比例,可以製造出不同(tóng)蠕變值電阻應變計的理論,並(bìng)成功的研(yán)製出係(xì)列蠕變補償電阻應變計。對低容量鋁(lǚ)合(hé)金負荷傳感器減小蠕變誤差,提高準確度起到至關(guān)重要的作用,使電(diàn)子計價秤用鋁合金負荷傳感器多品種、大批量生產成為可(kě)能(néng)。 由於電子稱(chēng)重技術(shù)的迅速發展,負荷傳感器性能的評定方法(fǎ),已不能滿足采用階梯公差帶評(píng)定準(zhǔn)確度等級電子衡器的需要,急需與(yǔ)電子衡器準確度評定方法相適應的計量規程。80年代初,國際(jì)法製計量(liàng)組織(OIML)質量測(cè)量指導秘書處決定將用於電(diàn)子稱重的(de)傳(chuán)感器與(yǔ)用於測力的傳感器徹底分離,由美(měi)國負責的(de)第(dì)8報告秘書處起草《稱重(chóng)傳感器計量規程》。經過OIML成(chéng)員國書麵表決後,在(zài)1984年(nián)10月第7屆法製計量大會上正式批準,並於1985年以OIML,R60國際建議頒布(bù),下發到各成員國(guó)。目前(qián)各國正在(zài)執行的是R60的2000年版。可以說R60《稱重傳感器計量規程》是各國稱重傳感器進入國際市場的“通行(háng)證”。 隨著數字技術和信息技術的發展,各行業對數字化電子衡器的需求愈來(lái)愈多,提出(chū)用數字稱重係(xì)統突破模擬稱重係統局限性的要(yào)求,對(duì)此模擬式稱重傳感器就無能為力了。因為在此(cǐ)之前,稱重傳感器的研究都集中在硬件方麵,例(lì)如:創新彈性(xìng)體結構,改進製造工藝,完善電路補償與調(diào)整等。模擬(nǐ)式稱重(chóng)傳感器的輸出信號小,抗幹擾能力差,傳輸距離短(duǎn),稱重顯(xiǎn)示控製(zhì)儀表(biǎo)複雜,組秤調試周期長(zhǎng)等缺點依然如故。為滿足數字化電子衡器的需求,美國TOLEDO、STS和CARDINAL公司,德國HBM公司等(děng)先後研製出整(zhěng)體型和分離型數字式智能(néng)稱重傳感器,並以其輸出信號大,抗幹擾能力強,信號傳(chuán)輸距離遠,易實(shí)現智能控製等(děng)特點,成為數字化(huà)電子衡器(qì)和自動稱(chēng)重(chóng)計量(liàng)與控製係統的必選產品,形成一個開(kāi)發熱點。 90年代,由(yóu)於稱重傳感器(qì)的設計與計算等基本技術趨(qū)於成熟,稱重傳感器的發展側(cè)重於(yú)工藝研究和(hé)應用研(yán)究,在(zài)產品標準化、係列化、工程化設計和(hé)規模化生產工藝等方麵都(dōu)有很(hěn)大進步,主要是: 在結構與工藝設計中引入計算機擬實技(jì)術和虛擬技術; 在彈性體加工中納入柔性製造技(jì)術; 在(zài)生產工藝中(zhōng)采用計算機網絡技術; 在穩定處理中移植了振動時效、共振時效新工藝; 在測試檢定中創造了自動快速檢測和動態比對方法。 應用技術研究也有突破性進展:在傳(chuán)統稱重模塊的基礎上,研(yán)製出新(xīn)式稱重模塊。這(zhè)是應用新技(jì)術(shù)麵對新挑戰的典型產品。其特點是組件化設計,具有“即插即用”功能,可減少由於偏重、熱效應影響,偶然超載等引起的稱重誤差,並可承受由(yóu)於振動、衝擊、攪拌或其它外力引起(qǐ)的(de)偏重。總之,70年代兩項技術(shù)突破,80年代兩個重大變革,90年代納入高新技術麵對新挑戰的研發理念,極大(dà)地促進了稱重傳感器技術的發(fā)展。 二、國外稱重傳感(gǎn)器(qì)技術現狀及快速發展原因 工(gōng)業與商業電子秤用稱(chēng)重傳感器技術與製造工藝,美、德等工業發達國家的著名(míng)製造公司處於國(guó)際市場引導(dǎo)者的領先地位,我國具有一定規模的稱重傳感器製造公司處於市場挑戰者或市場追隨者地位。家用電子秤(chèng)用稱重傳感器的研發和生產中心在中國,在深圳,製造技(jì)術、工藝水(shuǐ)平、產品質(zhì)量和年產量逐年提高。 當今國際市場稱重傳感器(qì)技術的競爭,集中表現(xiàn)在產品(pǐn)的準確(què)度、穩定(dìng)性和可靠性的競爭;製造技術與製造工藝(yì)的(de)競爭(zhēng);應用高新(xīn)技術研發新產品和自主知識產權產品的競爭。各(gè)稱重傳感器製造企業都在努力培植自己的核心(xīn)競爭技術和打造核心競爭產品(pǐn)。 從近幾(jǐ)年國際衡器工業(yè)展覽會上展出的產品和對多(duō)家處於市場引導者地位的企業產品的分析可以得出這些企業的共同追求是:彈性體材質更精良(liáng);電阻應變計、補償元器件的(de)技術要求和環境應力篩選(xuǎn)更(gèng)嚴格;製造工藝更精細;電路補償工藝更完(wán)善;外觀質量更完美。 稱重傳感器的準確(què)度、穩(wěn)定性和可靠性(xìng)是重(chóng)要的(de)質量指標,同時也是用戶最關心的問題。對此,這些企業在結構設計、製造工(gōng)藝(yì)、電路補償與調整和穩定性處理等方麵進行許多研究與試驗工作,取得較(jiào)大進展,主要成果有: (1)在結構設計與計算過程中,引入計算機擬實技術(shù)進行動態仿真,動力學分(fèn)析;在工藝設計過程中引入計算機虛擬技術,對彈性體生(shēng)產工藝進(jìn)行模擬和檢驗(yàn); (2)在(zài)彈性體加工中(zhōng),納入先進製造技術,變剛(gāng)性(xìng)製造為柔性製造(zào)。普遍采用加工中心、柔(róu)性製造單元和柔性製造係統(tǒng); (3)在生產全過程中,盡(jìn)量減少手工操作、人為控製,增加半自(zì)動與自動控製(zhì)、自動檢驗工序,並在(zài)生產工藝中采用(yòng)計算機網絡技術; (4)改進、創新工藝裝備(bèi),實現高效智(zhì)能電路補償,建立全自動快速檢測係統,提高C3級產品成功率和大批量生產產品的抽檢合格率; (5)移(yí)植先進的穩定處理技術與裝備,實施振動時效或共(gòng)振(zhèn)時(shí)效新工藝,提高稱重(chóng)傳感器的長期穩定性和工作(zuò)可靠性; (6)應用高新技術開發新產品和自(zì)主知識產權產品,增強核心競(jìng)爭力。處於國際市場引導地位的企業都有自己的核心競爭技術、工藝和(hé)產品(pǐn),例如:正負蠕變電橋的“O蠕變”稱(chēng)重傳感器;鈹青銅動態稱重傳感器;整體型和分離(lí)型數(shù)字式智能稱重傳感器;高準確度不鏽鋼3柱(zhù)、4柱高溫稱重傳感器;組件化設計的“即插即用”型新式稱重模塊等。 國外稱重傳感器技術發展特點及快速發展的原(yuán)因: (1)重視基礎技術、基(jī)礎工藝和共性關鍵技術的研(yán)究,作到基礎研究與預先研究並行;共性關鍵技術研究與應用技(jì)術研究並行;典型產品開發與產(chǎn)品工程化並行。保證基礎技術與基礎(chǔ)工藝(電阻應變計、應(yīng)變粘結劑、補(bǔ)償元(yuán)器件(jiàn)、防護與密封(fēng)材料等)一直(zhí)處於世界領先地位。 (2)重視基礎設施建設和製造技術、製造工藝的研究與應用。配置優良的(de)工藝裝(zhuāng)備和檢測儀器,特(tè)別是智能化工藝(yì)設(shè)備,作(zuò)到工藝裝備最先(xiān)進(jìn); (3)描準世界稱重(chóng)傳感器技術的發展潮流和戰略前沿,確定(dìng)研究課題和產品開發方向。重視新(xīn)產品和自主知識產權(quán)產品的開(kāi)發,增強核心競爭力。其技術創新和(hé)新(xīn)產品開發的標準是:具有較高的技術先導性,工藝先進性(xìng),市場擴散性,效益增殖(zhí)性(xìng)。使技術與工藝始終處於(yú)世界領先地位。 (4)重視稱重傳感器的可靠性設計、控製與管理,嚴格設計符合(hé)性控製和工藝(yì)可靠性控製(zhì),努力使工藝兌現率達(dá)到(dào)百分之百。 (5)重視市場競爭,加強(qiáng)市場調查與分析(xī),快(kuài)速響應市場。21世紀的市場競爭,是以市場響應(yīng)速度為焦點,以改進和創新產品(pǐn)為基礎(chǔ)。 (6)重視(shì)相關法規和規程的學習,全麵理(lǐ)解並認真執行,保證生(shēng)產的(de)每一個產品都符合要求。 正因為如此,國外的稱重傳(chuán)感器品種繁多,規格齊全,合金(jīn)鋼、鋁合(hé)金、不(bú)鏽鋼、鈹(pí)青銅製品應有盡有(yǒu);水下、鑽井下測量,耐壓防爆、抗輻射、耐腐(fǔ)蝕產(chǎn)品;微小和超大量程;多稱量與動態稱量;集成(chéng)化與模塊化結構任用戶選購。並作到產品的內在與外觀質量並重,近幾年外(wài)觀質量的(de)改進與提(tí)高十分明顯,基本(běn)沒有噴漆產品,幾乎全部是亮光或亞光化學鍍鎳、鍍鉻,烤漆,噴塑,瓷質陽(yáng)極化和不(bú)鏽鋼(gāng)產品。個別產品的外形已融入人(rén)性化設計。 目前(qián)的研發熱點是: 數字式智能稱重傳感(gǎn)器的數字補償技術與補償工藝,及其應用技術; 快速、低速動態、動態稱重傳感器(qì)的研製及阻尼技術; 高溫稱重傳感(gǎn)器製造工藝,高溫穩定性及應用技術; 耐壓、防(fáng)爆(bào)型稱重傳感器及耐壓外殼(ké)設(shè)計與試驗技術; 組件化設(shè)計的“即插即用”的新式稱重模塊; 利(lì)用鋇和铌代替鎳製作靈敏度溫度補償電阻(zǔ)的研究。 三、我國稱重傳感(gǎn)器技術現狀及主要差距(jù) 盡管(guǎn)我國航(háng)空、航天工業(yè)部門早在20世紀50年代末期就開始研究應用應變式負荷傳感器,但並未向民用發展。就全國而言,負荷傳感器的研製與生產起步(bù)較晚,60年代(dài)隻有幾個(gè)廠家生產普通精度等級的應變式測力傳感器。結構單一,隻有圓柱、圓環兩種結構,基本不進行電路補償(cháng)與調整,有的產品(pǐn)甚至用外部平衡箱調(diào)整零點。 80年代初,全國有20餘個企業用資一億元人民幣,用匯1300萬美元,從美(měi)、日等國引(yǐn)進應變式負荷傳感器製造技術與工藝裝(zhuāng)備,進行(háng)學習、消化、吸收。經過仿製(zhì)和試生產後,開始多品種小批量生產,推向市場後,取得相(xiàng)當可觀的效益(yì)。當時人們對此產(chǎn)品的總(zǒng)結是:多品種、小批(pī)量、低成本、高收益、投資少、見效快。引(yǐn)起不少行業的個人(rén)和企業的關注,紛紛進入此行業,生產廠家從70年代的20多個迅速增加(jiā)到100多個,年產量(liàng)與日(rì)本相當,達到100多萬(wàn)隻。 隨著國(guó)民經濟的(de)發展(zhǎn),各行業對電子衡器的(de)需求不斷(duàn)增加,極大的(de)促進了(le)稱重傳感器技術的(de)發(fā)展。80年代中期到90年代中期(qī),是我國稱(chēng)重傳感器技術穩步(bù)發(fā)展,品種和規格迅速增加(jiā),產品質量不斷提高的十年。不(bú)少廠家都改進或增(zēng)加(jiā)工藝裝備、檢測儀表,購置智能(néng)溫度補償裝置和靈敏度溫度補償設備,實現了規模化生產。90年代中期稱重傳感器生產企業增加到160多個,年(nián)產量(liàng)200多萬隻(zhī)。除滿足國內市場需求外,十餘個企業開始小批量出口,呈現出較(jiào)好的發展勢頭。 盡管稱重(chóng)傳感器是國家(jiā)強製管理的法製計量器具,應當比較難進入此行業,但由於種種原因導至一些企業和個(gè)人很容易進入,造成市場擁擠,加劇了(le)市場競爭。終於在90年代中期爆發了價格大戰,誰的價格(gé)低,誰就是大贏家,而且逐年(nián)升級越演越烈,已經到了走火入魔的程度。價格大戰的惡果是技術進步緩慢,工藝水平下降,質(zhì)量問題嚴(yán)重,管理監督失控。最初的受害者是廣大用戶,最終的受害者是企業自己,是(shì)整個稱重(chóng)傳感器行業。帶著(zhe)這些問題進入21世紀,稱重傳感器與工(gōng)業發達國家的差(chà)距非但未縮小,反而加(jiā)大了。近幾年國家監督(dū)抽查結果就是例證(zhèng)。 2002年國家監督抽(chōu)查7省市,16個企業,共48隻稱重(chóng)傳感器,合格18隻(zhī),合格率37.5%。30隻不合格產品來自10個企業,不合格原因(yīn)全部是溫度性能超差(chà)。更為嚴重的是在16個企業中,隻有一個企業嚴(yán)格執(zhí)行國家標準。如果變抽查為全麵檢(jiǎn)查,合格率會更(gèng)低。國家監督抽查結果真實的反應了我國稱重傳感器總體技術(shù)、工藝和管理水平。合格率低的主要原因是:質量意識差(chà),不依法組織生產;對R60國際建議和國家標準不理解、不執行,錯誤的把0.02級與C3級等同起來;在利(lì)益驅使下改材料、換元件(jiàn)、減(jiǎn)工藝,隻求(qiú)勉強合格或人為合格(gé)。 我國稱重傳感器與(yǔ)工業發達國家處於市場引導地位企業產品的主要差距是: (1)結構類型偏少,品種規格不全(quán),特種用途產品(pǐn)奇缺; (2)準確度等級較低,C3級成功(gōng)率不(bú)高; (3)穩定性和可靠性較差,返修率高,工作壽命低; (4)產品標準化、工程化水平(píng)和企業產業化程度較低,產品技術指標的均一性差; (5)外觀質量雖有(yǒu)提高,但仍有較大差距; (6)工藝裝備、檢測手段不夠先進且不配套,生產工藝中手工操作、人為控製成份大,“作坊手藝”痕跡較深,人為因素對產品質量影響較大; (7)創新產品和自主知識(shí)產權(quán)產品少,低(dī)水平重(chóng)複產品多,貼牌加工、直接出口產品少; (8)企業沒有核心競爭技術和產品,市場調查不夠,市場響應速度太慢,造成(chéng)無法與國際市場融合。 總之,製造(zào)工藝差距(jù)最大,通常(cháng)將製造(zào)工藝分為: 支持工藝(yì)一一彈性體鍛造、機械加工、熱處理和表(biǎo)麵處理等; 基礎工(gōng)藝一一電(diàn)阻應變計、應變粘結劑、電路(lù)補償(cháng)元器件和防護密封(fēng)材料等; 核(hé)心工藝一一電阻(zǔ)應變計粘貼與固化、零點與靈敏度智能溫度補償和防護與密封(fēng)等; 特殊工藝一一(yī)熱處理法時效工藝和機械法穩定處(chù)理工藝等。 其中基礎工藝(yì)和特殊工藝差距最大。 家用電子秤(chèng)(人體秤、健康秤、脂肪秤、廚房秤、營養秤(chèng)、珍寶秤、口袋秤和手提秤等)用稱重傳感器及其電阻應變計,90年(nián)代中期以來,其(qí)研發與生(shēng)產由世界各國逐漸移(yí)向(xiàng)中國,主要在廣東、在深圳。近些年來在設計技(jì)術、製造工(gōng)藝和產品(pǐn)產量上都取得了令人震(zhèn)驚的飛速發展。生產企業有三種類型:其一設計、生產(chǎn)、組裝各種家用電子秤;其二為(wéi)家用(yòng)電子秤生產廠配套生產各種(zhǒng)稱重(chóng)傳感器(或自己生產電阻應變計,或外購電阻應變計);其三隻生產家用電子秤(chèng)稱重傳感器用電阻應變計。目前這(zhè)三種類型的生產廠家(jiā)已達60多個。據國家海關統計2003年家用(yòng)電子秤(chèng)出口量3860多萬台,出口值1.47億美元(yuán),並以每年(nián)30%的速度增長。當時預計2004年家用(yòng)電子秤出口量5000多萬台,出口值2億多美元。以此出口量計算,2004年共生產家用(yòng)電子(zǐ)秤稱(chēng)重傳感器(qì)共(gòng)1.2億隻,與其配套的電阻應變(biàn)計(以單軸片計算)約4.8億片。 經過多(duō)年的研究與生產實踐,解決了稱重傳感器量程小、彈性體小、電(diàn)阻應變計敏感柵尺寸小等製造工藝上的難題。由於家用電子秤稱重傳感器的準確(què)度為普通等級(jí),不(bú)進行電路補償,必需大批量生產,一般中型以上的(de)生產(chǎn)廠日產電阻應變計(jì)12萬片以上,稱重傳感器3萬多隻。他(tā)們用(yòng)高質量(liàng)的溫度和模量自補償電阻應變計較好的解決了這一難題(tí),為大批量生產家用電子秤稱重傳感器創造了條(tiáo)件。 四、近年(nián)來稱重傳(chuán)感(gǎn)器技術發展動向 國際上主要有兩種發展途徑:以(yǐ)美國為代表的先軍工後民用,先提高後(hòu)普及的途徑和以(yǐ)日(rì)本為代表的(de)實用化商品化,先普及後提高的(de)途徑。我國應屬於後(hòu)者,盡管軍工部門研(yán)究應用較早,但(dàn)並未轉為民用,快速(sù)發展和普及還是在近20年。近幾年是關鍵時期,急需提高我國稱重傳感器的總體技術、工藝和質量水平。 國際稱重傳感器技術的發展(zhǎn)動向是,把(bǎ)稱重傳感器的準確度、穩定性和可靠性作為極其重要的質量指標,把製造技術和製(zhì)造工藝作為核心競爭力,緊緊抓住稱重傳感器的特性問題、生產問題(tí)和應用問題進行基礎(chǔ)研究、工藝研(yán)究和應用研究,其研究方向和特點是: (1)在產品結構設計與(yǔ)製造(zào)工藝中,吸取了工程化產品設計中的計算機擬實技術和虛擬(nǐ)技術,加快開發速度,減少開發風險; (2)在彈(dàn)性體加工中,從單元加工技術發展到(dào)集成化(huà)加工技術;從剛性製造發展到柔性(xìng)製造;從簡單化經驗判斷發展到智能化定量分析。普遍采用柔性製造單元和柔性製造係統; (3)生產工藝(yì)已不是傳統關念(niàn)中的“作坊手藝”,而是技術與管理相結合的一項係統工程(chéng)。為適應多品種(zhǒng)、大批量生產,保證產品技術(shù)性能的均一性(xìng),生產工藝必須向盡(jìn)量減少手工操作、人為(wéi)控製,增加半自動化和自動化工序方向發展。例如:采(cǎi)用計算機控製(zhì),人機一體化工藝係統和(hé)測試技術網絡(luò)化信息係統等(děng); (4)與穩定性和可靠性有關的穩定處(chù)理工藝在高溫處理,低溫深冷,脈動(dòng)疲勞,超載靜壓等方法(fǎ)的基礎上,又研究出振動時效、共振時效新工藝,共振10分鍾(zhōng),可消除(chú)絕大部(bù)分殘餘應(yīng)力。 在(zài)上(shàng)述設計與製造技術支持下,稱重傳感器的(de)品種和結構又有創新,技術功能和應用範圍不斷擴大,主要成果有: (1)美國Revere公司研製出(chū)PUS型具(jù)有大氣壓力補償(cháng)功能的拉壓兩用的稱重傳感器,用於高準確(què)度(dù)檢驗平台,稱重平台,準確度可達5000d; (2)德國HBM公司研製成功(gōng)C2A、C16A兩種不同結構的1一100t具(jù)有“耐(nài)壓(yā)外殼”保護的防爆稱重(chóng)傳感器,其防爆性能符合歐洲EN50014和EN50018“d”級標準; (3)美國斯凱梅公司研製出新一代高(gāo)準確(què)度不鏽鋼F60X係列5一5000kg稱重傳感器(qì),準確度6000d。用於濕度大,腐蝕性強(qiáng)的環境中,而且防水; (4)德國塞特內爾公司研製出以(yǐ)鈹青銅為彈性(xìng)體材料,快速稱(chēng)重用200型稱重傳感器。其(qí)特點是線性好,固有(yǒu)頻率高(gāo),動態響應快。獨創油阻尼裝置與(yǔ)過載保護裝置一體化,保證稱量時速度快,工作(zuò)壽命長(zhǎng)。組裝3一30kg電子平台秤,準確度可達4000d; (5)美國THI公司研製的1410型5一30kg鋁合金稱重傳感器(qì),準確度等級優於C3級,可承受離心力和機械振動,內裝特製(zhì)的粘性(xìng)阻尼器,保(bǎo)證稱量時有(yǒu)較快的穩定時間(jiān),一般低於(yú)50ms; (6)美國VT一BLH公(gōng)司(sī)開發出新式稱重模塊,具有合理的組件化功能和極高的稱重(chóng)效率(lǜ),出廠後“即插即用”,可自(zì)動調節位置,不受攪拌,偏心和振動影響。 僅以上幾例,足以代表了新產品(pǐn)的(de)開發(fā)方向,體現了技術的先導性,工藝的先進性。就技術含量而言,有高準確度(4000d一(yī)6000d)稱重傳感器製造技術;大氣壓力補(bǔ)償技術;用於(yú)快速、動態(tài)測量稱重傳(chuán)感器的(de)粘性阻尼器快速穩定技術;隔爆型耐壓外殼的(de)設計與製造技術;組件化新式模塊設計技(jì)術等(děng)。 五(wǔ)、稱重傳感器技術的發(fā)展趨勢 應變式(shì)稱重傳感器的發展趨勢,可用“四化”來概括,即設計技術虛擬(nǐ)化,製造技術柔性化,生產工藝網絡化,企業管理信息化。 設計技術虛擬化:包括彈性體結構設計的擬(nǐ)實技(jì)術和工藝設計的虛擬技術。結構(gòu)設計(jì)的擬實技術:是指(zhǐ)麵向彈性體的結(jié)構和性能分析技術,包括動態仿真、動力學(xué)分析、強度和剛度有限單元法計算、敏感(gǎn)區應變(biàn)大小與分布等,以達到優化設計的目的。 工藝設計的虛擬技術:是指麵向彈性體生產過程的模擬和試驗,檢(jiǎn)驗彈性體(tǐ)的可加工性,加工方法和(hé)工藝的合理性,保證製造工藝最佳化。 設計技術虛擬化的核心是有限單元計算和計算機動態仿真。通過仿真軟件來模擬真實受載情(qíng)況(kuàng),發現並及時處理設計和工藝缺陷或錯誤,以確保結構設計和生產工藝的合理性(xìng)。 製(zhì)造技術柔性化:是指在多品種、大批量生產的彈性體加工中,納入先進的製造技術:柔性(xìng)製造單元(FMC)、柔性製造係統(FMS)和計算機集(jí)成製造係統。它(tā)是計算機技術(shù)、信息技術、自動控製技術等與傳統的製造技術相結(jié)合形成的(de)全新(xīn)的製造係統(tǒng)。 生產工藝網絡化:是(shì)指在生產工藝全過程中,通過通訊線路和設備把各生產工序具有(yǒu)獨立操(cāo)作和控製功能的計算機係統相互連接起來,在網絡(luò)軟件管理(lǐ)下(xià),實現信息的收集、存儲和處理。與(yǔ)傳統的“作坊手藝”生產工藝相比,大大的減少了手工操作,最大限度的排除了人為(wéi)因素(sù)對產品質量的影響。 企業管理信息化:是指按計算機處理的要求,依據結構化係統分析和設計方法,建立企業信息係統,實現企業管理全(quán)麵現代(dài)化。包括CAD、CAM係統,生產管理係統,商務(wù)決策(cè)係統和經營管理係統等。 為(wéi)適應電子稱重技(jì)術從靜態(tài)稱重向動態稱(chēng)重發展;計量方法從模擬測量向數字測量發展;測量(liàng)特點從單參(cān)數測量向多參數測(cè)量發展,以及電子衡器對稱重傳(chuán)感器的新要求,以下(xià)課題將(jiāng)是今後一個時期的研發重點: 快速、低速動態和動態稱(chēng)重傳感器及其(qí)阻尼技術; 多功能、多分量稱重傳感器及其測試方法; 微小和超大量程稱重傳(chuán)感器(qì); 防爆、耐壓、耐腐蝕等稱重傳感器; 偏心載荷測(cè)量及(jí)車載(zǎi)秤用稱重傳(chuán)感器; 大阻(zǔ)值低功耗高精度電(diàn)阻應變計研製等。 分析近年來電子衡器對稱重(chóng)傳感器的新(xīn)要求,不難得出小型化,集成化,多功能化和智能化將是稱重傳感器的重要特點和發展趨勢。 小型化:是指稱重傳感器總體(tǐ)結構體積小、高度低、重量輕,即小(xiǎo)、薄、輕。例如:30t、60t彎曲環式結構,其外形尺寸分別為外徑120mm和150mm,高度隻有50mm和60mm。 集成化(huà):有結構集成和功能集成(chéng)兩種(zhǒng)形式(shì)。結構集成是指彈性體與秤體合二為一的新型結構,例(lì)如:稱重板、稱重軌、稱重鉤、稱重(chóng)環等。功能集(jí)成是指將重量信息采集、放大、變換、傳輸、處理和顯示都集於一體的稱重傳感器(qì),例如:將敏感元件(彈(dàn)性體)、轉換元件(電(diàn)阻應變計)、信號處理電路和稱重顯示控製都集於一體的輪輻式(shì)稱重傳感器,其數字顯(xiǎn)示位置就(jiù)在傳統輪輻式(shì)稱重傳(chuán)感(gǎn)器的接線盒處,通常稱為輪輻式稱重儀。 多功能化:是(shì)指稱(chēng)重傳感器本身除具有檢測重量信息的功能外,還能(néng)同時檢測(cè)其它信息(xī)。例如:電子吊秤用稱重傳感器在檢(jiǎn)測重量信息的同時還(hái)可檢測(cè)加速度信(xìn)息(xī);汽車檢測平台用稱重傳感器,可同時檢測(cè)垂直方向的重(chóng)量信息和水平方向的側向載荷,即多分力測量。 智(zhì)能化:是由於模(mó)擬(nǐ)式稱重傳感器輸(shū)出信號小,抗幹擾能力差,傳輸距離短,稱重(chóng)顯示控製儀複雜,組秤調試(shì)周期長,根本(běn)不適應數字式智能(néng)電子(zǐ)衡(héng)器的發展。稱重(chóng)傳感器的智能化就是研製新型數字式智(zhì)能稱重傳感器。有兩種結構:整體型一一在稱重傳感器內部增加放大、濾波、A/D轉換器、微處理器、溫度傳感器等數字處理電路,利用數字補償技術與工(gōng)藝實現各項補償。分(fèn)離型一--將(jiāng)整體型數字式(shì)智能(néng)稱重傳(chuán)感器內的數字電路置於(yú)外部接線(xiàn)盒內,稱為數字模盒。將普通(tōng)模擬式稱重傳感器接入數字模盒,就可變模擬輸出為(wéi)數字輸出,通常將其(qí)稱為分(fèn)離(lí)型(xíng)數字稱重傳感器係統。 數字式智能稱重傳感器具有如下特點: (1)輸出(chū)信號大,抗幹擾能力強,傳輸距離遠(yuǎn),信(xìn)噪比高(gāo); (2)通過數字補償電(diàn)路和數(shù)字(zì)補(bǔ)償工藝,可(kě)進行線(xiàn)性、滯後、蠕變等補償,改善了性能; (3)輸出信號規格化; (4)內裝溫度(dù)傳感器,通過補償軟件可進行實時溫度補償(cháng),穩定性好; (5)各數字式(shì)智(zhì)能稱重傳感器(qì)的地址可調(diào),便於應用與互換。 什麽是智能(néng)傳(chuán)感器,在各國相關雜誌上討論多年,20世紀90年代中期才有比較一致的看法:把凡具有一種或多種敏感功能,能夠完成信號探測和處理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢(jiǎn)、自校、自補償、自診斷和計(jì)算等(děng)全部或部分功能的(de)器件叫做智能傳感器。它可(kě)以是集成的,也可以是分離件組裝的。數字(zì)式智能稱重傳感器完全(quán)符(fú)合此定義。今後一個時期(qī),智能化數字補償技術和工藝還需進一步完善和提高。 最後希望我國稱(chēng)重傳感(gǎn)器行業,盡快結束瘋(fēng)狂的價格大戰(zhàn),實施“質(zhì)量競爭戰略”和21世紀(jì)的“創新競爭戰略”,以製造技術和製造工藝為突破口,迅速提高我國稱重傳感器(qì)的總體質量水平和信譽度,培養叫(jiào)得響,用得好(hǎo),站得住的名牌產品,盡快融入國際市場,參(cān)與國(guó)際(jì)競爭。