應變式(shì)稱重傳感器技術現狀與發展趨勢(shì) (2006-06-23)
發布時間(jiān):2007-12-04
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1938年美國加利福(fú)尼亞理工學院教(jiāo)授E.Simmons(西蒙斯)和麻省理工學(xué)院(yuàn)教授A.Ruge(魯奇(qí))分別同時研(yán)製出紙基絲繞式電阻應變計(jì),以他(tā)們名字的字頭和各(gè)有二位助手命名為SR-4型,由美國BLH公司專利(lì)生產。為研製應變式負荷傳感器(qì)奠定了理論和物質基礎。 1940年美國BLH公司和Revere公司總工程師A.Thurston(瑟斯頓)利用SR一4型電阻(zǔ)應變(biàn)計研製出(chū)圓柱結構的應變式(shì)負荷傳感器,用於(yú)工程測(cè)力和稱(chēng)重計量,成為應變式(shì)負荷傳感器的創始者。1942年在美國應變式負荷傳感器已經大量生產(chǎn),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(de)柱、筒、環、梁式(shì)結(jié)構負荷傳感器的一統天下。在此時期內,英國學者傑(jié)克遜研製(zhì)出金屬箔式電(diàn)阻應變計,為負荷傳感器提供了較理想的轉換元件,並創造了用熱固膠粘貼電阻應變計的新工藝。美國BLH公司和Revere公(gōng)司經過多年實踐創(chuàng)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(shǐ)準確度由40年代的百分之幾量級(jí)提高到70年代初的0.05量級。但在應用過程中出現的問題也(yě)很突出,主要是:加力點變化會引起比較大的靈敏度變化(huà);同時進(jìn)行拉、壓循環加載時靈敏度偏(piān)差大;抗偏(piān)心和側向載荷能力差(chà);不能進行小載荷測量。上述缺點嚴重製(zhì)約(yuē)了負荷傳感器的發(fā)展。 後30多年,經曆了70年代的切應力負荷傳(chuán)感器和鋁合金小量(liàng)程負荷傳感(gǎn)器兩大技術突破(pò);80年代(dài)稱重傳感(gǎn)器與(yǔ)測(cè)力傳感(gǎn)器徹底分離,製定R60國際建議和(hé)研發出(chū)數字式智能(néng)稱重傳感器兩項重大變革;90年代在結構設(shè)計和製造工藝中不斷納入高新技術(shù)迎接新挑戰(zhàn),加速了稱重傳感器技術的發展。 1973年美國學者霍格斯特(tè)姆為克服正應力負荷傳(chuán)感器的固有缺點,提出不利用正應力,而利用(yòng)與彎矩無關的(de)切應力設計負荷傳感器的理論,並設計出圓截工(gōng)字形截麵懸臂剪切(qiē)梁型負荷傳感器。打破了正應力負荷傳感器的一(yī)統天下(xià),形成了新的發展潮流(liú)。這是負荷傳感器結構設計的重大突破。 1974年前後美國學(xué)者斯坦因和德(dé)國學(xué)者埃(āi)多姆分別提出建立彈性體較為複雜的力學模型,利(lì)用有限單元計算方法,分析彈性體的強度、剛度,應力場和位移場,求(qiú)得(dé)最佳化設(shè)計。為利用現(xiàn)代分析手段和計算方法設計與計算(suàn)負荷傳感器開辟了新途徑。 70年(nián)代初(chū)中期,美、日(rì)等國的衡器製造公司開始研發商業用電子(zǐ)計價秤,急需小量程負荷(hé)傳感器。傳統的(de)正應力和新研製的切應力負荷傳感器(qì)都不(bú)能實現幾公斤至幾十公斤(jīn)量程範圍內的測量。美國學者查特斯提出用低彈性模量的鋁(lǚ)合金做彈性體,采用多(duō)梁結構解決靈敏度和剛度這對矛盾。設(shè)計(jì)出小量程鋁合金(jīn)平行梁(liáng)型負荷傳感器,同時指出平(píng)行梁負荷傳感器是基於不變彎矩原理,使利用平行(háng)梁表麵彎(wān)曲應力(lì)的正應力結構,具有切(qiē)應力負荷傳感器的特點,為平(píng)行梁結構負荷傳感(gǎn)器的設計(jì)與計算(suàn)奠定了理論基礎,形成了又一個發展潮流。 蠕變是電阻應變(biàn)計和鋁合金負荷傳感器經常遇到和必需解決的關鍵問題。1978年前蘇聯學者科洛考娃通過對一維力學模型和應變(biàn)傳遞係數的分析,提出控製電阻應變計敏感(gǎn)柵的柵頭寬度與柵絲寬度(dù)的比例,可以製造出(chū)不同蠕變值電阻應變計的理論,並成功的研製出係(xì)列蠕變補(bǔ)償電阻應變計。對低容量(liàng)鋁合金負荷傳感器減小蠕變誤差(chà),提高準確度起到至關重要的作用,使電(diàn)子計價秤用鋁合金負荷傳感(gǎn)器多品種、大批量生產成為可能。 由於電子稱重技術的迅速發(fā)展,負荷傳感器性能的(de)評定方法,已不能滿足采用階梯公差帶評定準確度等級電(diàn)子衡器的需要(yào),急需與電子衡器(qì)準確度評定方(fāng)法相適應的計量規程。80年代初(chū),國際法製計量組織(OIML)質量測量(liàng)指導秘書處(chù)決定將用於電子稱重的傳感器與用於測力(lì)的傳感器(qì)徹底分離(lí),由美國負責的第8報告秘書處起(qǐ)草《稱重傳感器計量規程》。經過OIML成員國書麵表決後,在1984年10月第7屆法製計量(liàng)大會上正式批準,並於1985年以OIML,R60國際建議頒布,下發到各(gè)成(chéng)員國。目前各國正在執行的(de)是R60的2000年版(bǎn)。可以說R60《稱重傳感器計量規程》是各國稱重傳感器進(jìn)入國際市場的“通行證”。 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愈多,提出(chū)用數字稱重係(xì)統突破模擬(nǐ)稱重係統局限性的要求,對此模擬式稱重傳(chuán)感器就無能為力了。因為在此之前,稱重(chóng)傳感器(qì)的(de)研究都集中在硬(yìng)件(jiàn)方麵,例(lì)如(rú):創新彈性(xìng)體(tǐ)結構,改進製造(zào)工藝,完善電路補償與調整等。模擬(nǐ)式稱重(chóng)傳感器的輸出信號小,抗幹擾能力差,傳(chuán)輸距離短,稱重顯示控製(zhì)儀表複雜,組秤調試(shì)周期長等缺點依然如(rú)故。為滿足數(shù)字化電子衡器(qì)的需求,美國TOLEDO、STS和CARDINAL公司,德國HBM公司等先後研製出整體(tǐ)型(xíng)和分離型數字式智能稱重傳感器,並以其輸出信號大,抗幹擾能力強,信號傳輸距離遠,易實現智能控製(zhì)等特點,成為(wéi)數字化電子衡器和自動稱重計量與控製係統的必選產品,形成一(yī)個開發熱(rè)點。 90年(nián)代,由於稱重傳(chuán)感器的設計與計算等基本技術趨於成熟,稱重傳感器的發展側重於工藝研究和應用研究,在產品標準化、係列化、工程化設計和規模化生產工藝等方麵都有很大進步,主要是: 在結構與工藝設(shè)計(jì)中引入計算機擬實技術和虛擬(nǐ)技術; 在彈性體加工中納入柔(róu)性製造技術(shù); 在生產工藝中采用(yòng)計算機(jī)網絡技(jì)術; 在穩(wěn)定處(chù)理中移植(zhí)了振動時效、共振時效新工藝; 在測試檢定中創造了(le)自動快速檢測和動(dòng)態比對方法。 應用技術研(yán)究也有突破性進展:在傳統稱重(chóng)模塊的(de)基礎上,研製出(chū)新式稱重模塊。這是應用新技術麵對新挑戰(zhàn)的典型產品(pǐn)。其(qí)特點是組件化設計,具(jù)有“即插即用”功能,可減少由於(yú)偏重、熱效(xiào)應影響(xiǎng),偶然超載等引(yǐn)起的稱(chēng)重誤差,並可承受由於振動、衝擊、攪拌或其它外力引(yǐn)起的偏重。總之(zhī),70年代兩項技術突破,80年(nián)代兩個重大變革,90年代(dài)納入高新技術麵對新挑戰的研發理念,極(jí)大地促進了稱重傳感(gǎn)器技術的發展。 二、國外稱(chēng)重(chóng)傳感器技術現狀及快(kuài)速發展原因 工業與商業電子秤用(yòng)稱重傳感器技術與製造工藝,美、德等工業發達國家的著名製造公(gōng)司處(chù)於國際市場引導者(zhě)的領(lǐng)先地位,我國具有一定規模的稱重傳感器製造公(gōng)司處於市場挑戰者或市(shì)場追隨(suí)者地位。家用電子秤用(yòng)稱重傳(chuán)感器的研發和生產中心在(zài)中國,在深圳,製造(zào)技術、工藝水平(píng)、產品質量和(hé)年產量逐年提高(gāo)。 當今國際市場稱重傳感器技術的競爭,集中表現在產(chǎn)品的準確度、穩(wěn)定性和可靠性的競爭;製造技術與製造工藝的競爭(zhēng);應用高(gāo)新技術研發新產品和自主知識產權(quán)產品的競爭。各稱重傳感器(qì)製造企業都在努力培植自己的核心(xīn)競爭技術和打(dǎ)造核(hé)心競爭產品。 從近幾年國際衡器工業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(qǐ)業產品的分析可以得(dé)出這些企業的共同追求是:彈性體材質更精良;電阻應變計、補償元器(qì)件的技術要求和環境應力篩選更嚴格;製(zhì)造工(gōng)藝更(gèng)精細;電路補償工藝更完(wán)善;外觀質量更完美(měi)。 稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩定性和可靠性是重要的質量指(zhǐ)標,同時也是用(yòng)戶(hù)最關心的問題。對此,這些企業在結構設計、製造工(gōng)藝、電路補償與調整和穩定性處理等方麵(miàn)進行許多研究與試驗工作,取得較大進展,主要成果有: (1)在結構設計與計算過程中,引入計算機擬實(shí)技術進行動態(tài)仿真,動力學分析;在工藝設計過程中引入計算機虛擬技(jì)術,對彈性(xìng)體生產工藝進行(háng)模擬和(hé)檢驗; (2)在彈性體加工中,納入(rù)先進製造技術,變剛性製造為柔性製造(zào)。普遍采用加(jiā)工中心、柔性製造單元(yuán)和柔性製造係統; (3)在生產全過程中,盡量減少手工操作、人為控製,增加半自動(dòng)與自動控製、自動檢驗工序,並在(zài)生產工藝中采用計算機網絡技術; (4)改進、創新工藝裝備,實現高(gāo)效智能電路補償,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)移植先進的穩定處理技術與(yǔ)裝備,實(shí)施振動時效或共振時效(xiào)新工藝,提高(gāo)稱重傳感器的長期穩定性和工作可靠性; (6)應用高新技術開發新產品和自主知識產權產品,增強核心競爭力。處(chù)於國際市場引導地位的企業都(dōu)有(yǒu)自己的核心競爭技術、工藝和產品,例如:正負蠕(rú)變電橋的“O蠕變(biàn)”稱重傳感器;鈹青銅動態稱重傳感器;整體型和分離型數字式智能稱重傳感器;高(gāo)準確度不鏽鋼(gāng)3柱、4柱高溫稱重傳感器;組件化設(shè)計的“即(jí)插(chā)即用”型(xíng)新式(shì)稱重模塊等。 國外(wài)稱重傳感器(qì)技術發展特點及快(kuài)速(sù)發展的原(yuán)因: (1)重視基礎技術、基(jī)礎工藝(yì)和共性(xìng)關鍵技(jì)術的研究,作到基礎研究與預先研究並行;共性關鍵技術研(yán)究與應用技術研究並行;典型產品開(kāi)發與產品工程化並行。保證基礎技術與基礎工藝(電阻應變計、應變粘結劑、補償(cháng)元器(qì)件、防護與密封材料等)一直處於世界領先地位。 (2)重視基礎設施建設和製(zhì)造技術、製造工藝的研究與應用。配置優良的工藝裝備和檢測儀器,特別(bié)是智能化工藝設備,作到工藝裝備最先進; (3)描準世界稱重傳感器技術的發展潮流和戰略前沿,確定研究課題(tí)和產品(pǐn)開發方向。重視新產品和(hé)自主知識產權產品的開發,增強核心競爭力。其技術創新(xīn)和新產品(pǐn)開發的(de)標準是:具有較(jiào)高的技術先導性,工藝先進(jìn)性,市場擴散性,效益增殖性。使技術與工藝始終處於世(shì)界領先地位。 (4)重視稱重(chóng)傳感器的可靠性設計、控製與管理,嚴格設計符合性控製和工藝可靠性控製,努力使工藝兌現(xiàn)率達到百分之百(bǎi)。 (5)重視市場競爭,加強市場調查與(yǔ)分析,快速響應市場。21世紀(jì)的市場競爭,是以(yǐ)市場響應速度為焦點,以改進和創(chuàng)新產(chǎn)品為基礎。 (6)重視相關法規和規程的學習,全麵理解並認真(zhēn)執行,保證生產的每一個產品都符(fú)合要求。 正因為如此,國外的稱重傳感器(qì)品種繁多,規格齊全,合金鋼、鋁(lǚ)合金(jīn)、不鏽鋼、鈹青銅製品應有盡有;水下、鑽井下測量,耐壓防爆、抗輻(fú)射、耐腐蝕產品;微小和超大量程;多稱量與動態稱量;集成化與模塊化結構任用戶選(xuǎn)購。並作到產品的內在(zài)與外觀質量並重,近幾年外觀(guān)質量的改進與提高十分明顯,基本沒有噴(pēn)漆產品,幾乎全部(bù)是亮光或亞光化學鍍鎳、鍍鉻,烤漆(qī),噴塑,瓷質(zhì)陽極化和不鏽鋼產品(pǐn)。個別產品的外形已融入人性化設計。 目(mù)前的研發熱點是: 數字式智能稱(chēng)重傳感器(qì)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(dòng)態稱重傳感器的研製及阻尼技術(shù); 高溫稱重傳感器製造工藝,高溫穩定性及(jí)應用技術(shù); 耐壓、防爆型(xíng)稱(chēng)重傳(chuán)感(gǎn)器及耐壓外(wài)殼(ké)設計與(yǔ)試驗技術; 組(zǔ)件化設計的“即插即用”的新式稱重模塊; 利用鋇和铌代替鎳製作靈敏度溫度補(bǔ)償電阻的研究。 三、我國稱(chēng)重傳感器技術現狀及主要差距 盡(jìn)管我(wǒ)國航(háng)空、航天工(gōng)業部門早在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(zhì)與(yǔ)生產起步較晚,60年代隻有幾個廠家(jiā)生產(chǎn)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(běn)不進行電路補償與調整,有的產品甚至用外(wài)部平(píng)衡箱調整零點。 80年代初,全國有20餘個(gè)企業用資一億元人民幣,用匯(huì)1300萬美元,從美、日等國引進應變式負荷傳(chuán)感器製造(zào)技術與工藝裝備,進行學習(xí)、消化、吸收(shōu)。經過仿製(zhì)和試生產後,開始多品種小批量(liàng)生產,推向市場後,取得相當可觀(guān)的效益。當時人們對此產品的總結是:多品種、小批量、低成本、高收益、投資少、見效快。引起不少行業的個人和企業的關注,紛紛進入此行業,生產廠家從70年代(dài)的20多個迅速增加到100多個,年產量(liàng)與日(rì)本相當,達到100多萬隻(zhī)。 隨著國民經濟的(de)發展,各行業(yè)對電子衡器的(de)需求不斷增加,極大的促進了(le)稱重傳感器技術的發展。80年代中(zhōng)期到90年代中期,是我(wǒ)國稱重傳感器技術穩步(bù)發展,品種和規格迅速(sù)增加,產品質量(liàng)不斷提高的十年。不(bú)少廠家都改(gǎi)進或增加工藝裝備、檢測儀表,購置智能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(chuán)感器生產企(qǐ)業增加到160多個,年產量200多萬隻。除滿足國內(nèi)市場需求外,十餘個企業(yè)開始(shǐ)小批量出口(kǒu),呈(chéng)現出較好的發展(zhǎn)勢頭(tóu)。 盡管稱重傳(chuán)感器是國(guó)家強製管理的(de)法(fǎ)製計量(liàng)器具(jù),應當比較難進入此行業,但(dàn)由於種種原(yuán)因導至一些企業和個人很容易進入,造成市場擁擠,加劇了市場競爭。終於在90年代中(zhōng)期爆(bào)發了價格大戰,誰的價(jià)格低,誰就是大贏家,而且逐年升(shēng)級越演(yǎn)越烈,已經到了走火入(rù)魔(mó)的程度。價格大戰的惡果是技術進步緩慢,工藝水平下降,質量問(wèn)題嚴重,管理(lǐ)監督失控。最初的受害者是廣大用戶,最(zuì)終的受害者是企(qǐ)業自(zì)己,是整個稱重傳感器行業。帶著這些問題進入21世紀,稱重傳感器與工業發達國家的差距非但未縮小,反而加(jiā)大了(le)。近幾年國家監督抽查結(jié)果就是例(lì)證。 2002年國家監督抽查7省市,16個企業,共48隻稱重傳感器(qì),合格18隻,合格率37.5%。30隻不合格產(chǎn)品來自10個企業(yè),不合格原因全部是溫度性能超差。更為嚴重的是在16個企業中,隻有一個企業嚴(yán)格執行國家標準。如果變抽查為全麵檢查,合格率會更低。國家監督抽查結果真實的反應了我國稱重(chóng)傳感器(qì)總體技術、工藝(yì)和管理水平。合格率低(dī)的主要原因是:質量意識差,不依法組織生產;對R60國際建議和(hé)國(guó)家標準不理解、不(bú)執行,錯誤的把0.02級與C3級等同起來;在利益驅使下改材料、換元件(jiàn)、減工藝,隻求勉(miǎn)強合格(gé)或人為合(hé)格(gé)。 我國稱重傳感器與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(jié)構類型(xíng)偏少(shǎo),品種規格(gé)不全,特種用途產品奇缺(quē); (2)準確度等級較(jiào)低,C3級成功率不高; (3)穩定性和可靠性較差,返修率高,工作壽(shòu)命低; (4)產品標準化、工程化水平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(zhì)量雖有提高,但仍有較大差(chà)距; (6)工藝裝備、檢測手(shǒu)段不(bú)夠先進且不配套,生產工藝中手工操作(zuò)、人為控製成份大,“作坊手藝”痕跡較(jiào)深,人為因素對產品質量影響(xiǎng)較大; (7)創新產品和自主知識產權產品少,低水平(píng)重複產品多,貼牌加(jiā)工、直接出口產品少; (8)企業沒有核心競爭技術(shù)和產品,市場調查不夠,市場響應速(sù)度太慢,造成無法與(yǔ)國際市場融合。 總之,製造工藝差距最大,通常將(jiāng)製造工藝分為: 支持工藝一一彈性體鍛造、機械加工、熱(rè)處理和(hé)表麵處理等(děng); 基礎工藝一一電阻應變計、應變粘結(jié)劑、電路補償元器件和防護密封材料等; 核心工藝一一(yī)電阻應變計粘貼與固化、零點與(yǔ)靈敏度智能溫度補償和防護與密(mì)封等; 特殊工藝一一熱處理法(fǎ)時效工(gōng)藝和機械法穩定(dìng)處理工藝等。 其中基礎(chǔ)工藝和特殊(shū)工藝差距最大。 家用電子秤(人體秤(chèng)、健康秤、脂肪秤、廚房秤、營養秤、珍寶秤、口袋秤和手提秤等)用(yòng)稱重傳感器及其電阻應變計,90年代中(zhōng)期以來(lái),其研發(fā)與(yǔ)生產由世界各國逐漸移向中國,主要(yào)在廣東、在深圳。近些年來在設計(jì)技術、製造(zào)工藝和產品產量上都取得了令(lìng)人震驚的飛速發展。生產企(qǐ)業有三(sān)種類(lèi)型:其一設計、生產、組裝各種家用(yòng)電子(zǐ)秤(chèng);其二為家用(yòng)電子秤生產廠配套生產各種稱重(chóng)傳(chuán)感器(或自己生產(chǎn)電阻應變計,或外購電阻應變計);其三隻生產家用(yòng)電子秤稱重(chóng)傳感器(qì)用電阻應變計。目(mù)前這(zhè)三種類(lèi)型的生產廠家已達(dá)60多個。據國家海關(guān)統計(jì)2003年家用電子秤出口量3860多萬(wàn)台,出口值1.47億美元,並以每年30%的速度增長。當時預計2004年家用(yòng)電子(zǐ)秤出口量5000多萬台,出口值2億多美元。以此出口量計(jì)算,2004年(nián)共生產家用(yòng)電子秤稱重傳感器共1.2億隻,與其配(pèi)套的電(diàn)阻(zǔ)應變計(jì)(以單軸片計算)約4.8億片。 經過多年的研究(jiū)與(yǔ)生產(chǎn)實踐,解決了稱重傳感器量程小、彈(dàn)性體小、電阻應變計敏(mǐn)感柵尺寸小等製造(zào)工藝上的難題。由(yóu)於家用電子秤稱重傳感器的準確度為普通等級,不進行電路補償,必需大批量生產,一般中型以上的生產廠日(rì)產電阻應變計12萬片以上,稱重傳感器3萬多隻。他們用高質量的(de)溫度和(hé)模量自(zì)補償(cháng)電阻應變計較好的解決了這一(yī)難題,為大批量生產家用電子秤稱重傳感器創造了條件。 四、近年來稱重傳感器(qì)技術發展動向 國際(jì)上主要(yào)有(yǒu)兩種發展途徑(jìng):以美國為代表的(de)先軍工後民用,先提高後普及的途徑和以日(rì)本為代(dài)表的實用化商品(pǐn)化,先普及後提高的途徑。我國應屬於後者(zhě),盡管軍工部門研究應用較早,但並(bìng)未轉為民用,快速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(qì)的總體(tǐ)技術、工藝(yì)和(hé)質量水平。 國際(jì)稱重傳感器技術的發(fā)展動向是,把(bǎ)稱重傳感器的(de)準確度、穩(wěn)定性和可靠性作為極(jí)其重要的質量指標,把製造技術(shù)和製造工藝作為核心競爭力,緊緊抓住(zhù)稱重傳感器的特性問題、生產問題和應用問題進行基礎研究、工藝研究和應用研究,其研究方向和特點是: (1)在產品結構設計與製造工藝中,吸取了工程化(huà)產品設計中的計算機擬實技術和虛擬技術,加快開發速(sù)度,減少開發風險; (2)在彈性體加工中,從(cóng)單元加工技術發展到(dào)集成化加(jiā)工技術;從剛性製造發展到柔性(xìng)製造(zào);從簡(jiǎn)單化經驗判斷發展到智能化定量分析。普(pǔ)遍采(cǎi)用柔性製造單元和柔性製造係統; (3)生產工(gōng)藝已不是(shì)傳統關念中的“作坊手藝”,而是技術與管(guǎn)理相(xiàng)結合的(de)一(yī)項係(xì)統工程。為適(shì)應多(duō)品種、大批量生產,保證產品技術性能的均一性,生產工藝必須向(xiàng)盡量減少手工操作、人為控製,增加半自動(dòng)化和自動化工序方向發展。例如:采用計算機控製,人機一(yī)體化工藝係統和測試技術網絡化信息係統等; (4)與穩定(dìng)性和可靠性有關的穩定處理工藝在高溫處理,低溫深冷,脈動疲勞,超載靜(jìng)壓(yā)等方法的基礎上,又研究出振動時效、共振時效新工藝,共(gòng)振10分鍾,可消除絕大部分殘餘應力。 在(zài)上述設計與製造技術支持下,稱重傳感器的品種和結構又有創新(xīn),技術功能和應用範圍不斷擴大(dà),主要成果有: (1)美國Revere公司(sī)研製出PUS型具有大氣壓力補償功能的拉壓兩用的(de)稱重傳感器,用於高準確度檢驗平台,稱重平台,準確度可達5000d; (2)德國HBM公司研製成功C2A、C16A兩種(zhǒng)不同結構的1一100t具(jù)有“耐壓外殼”保(bǎo)護的防爆稱重傳感器,其防爆性能符合歐洲EN50014和EN50018“d”級標準; (3)美國斯凱(kǎi)梅公司研製出新一代高準確(què)度不鏽鋼F60X係列(liè)5一5000kg稱重(chóng)傳感器,準確度6000d。用於(yú)濕度(dù)大,腐(fǔ)蝕性強的環境中,而且防(fáng)水; (4)德國塞特內爾公司(sī)研製出以鈹青銅為彈性體材料,快速稱重用200型稱重(chóng)傳感器。其特(tè)點是線性好,固有頻率高,動態響應(yīng)快。獨創油阻尼裝置與過載保護裝置一體化,保證稱量時速度快,工作壽命長。組裝3一30kg電子平台秤(chèng),準確度可達4000d; (5)美國THI公司研製的1410型5一(yī)30kg鋁合金稱重傳感器,準確度等級優於C3級,可承受(shòu)離心力和機械振動,內裝特製的粘性阻尼器,保(bǎo)證(zhèng)稱量時(shí)有較快的穩定時間,一般低於50ms; (6)美國VT一BLH公司開發出新式稱重模塊,具有(yǒu)合理的組件化功(gōng)能和極高(gāo)的(de)稱重效率,出廠後“即插即用”,可(kě)自動調節位置,不受攪拌,偏心和振動影響。 僅以(yǐ)上幾例,足以代表了新產品的開發方向,體現(xiàn)了技術的先導性,工藝的先(xiān)進性。就技(jì)術含量而言,有高準確度(4000d一6000d)稱重傳感器製造技術;大氣壓力補償技術;用於快速、動態測量稱重傳(chuán)感器的粘性阻尼器(qì)快速穩(wěn)定技術;隔爆型耐壓外殼的設計與製造技術;組件(jiàn)化新式模塊設計技術等。 五、稱重傳感(gǎn)器技術的發展(zhǎn)趨(qū)勢 應變式稱重傳感器的發展趨勢,可用“四化”來概括(kuò),即設計技術虛擬化,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(gòu)設計的擬實技術和工藝設計的虛擬技術。結構設計的擬實技術:是指麵向彈性體的結構和性能分析技術,包括動態仿真(zhēn)、動力學分析、強度和剛度有(yǒu)限單元法計算、敏感區應變大小與分布等,以達到優化設計的目的。 工(gōng)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,檢驗彈性體的可加工性,加工方法(fǎ)和工藝的合理性,保證(zhèng)製造工藝最佳化。 設計技術虛擬化的核心是有限單(dān)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況,發現並及時處理設計和工藝缺陷(xiàn)或錯誤,以確保結構設計和生(shēng)產工藝的合(hé)理性(xìng)。 製造技術柔性(xìng)化(huà):是(shì)指在多品種、大批(pī)量生產的彈(dàn)性體加工中,納入先進的(de)製造技術:柔性製造單元(FMC)、柔性製造係統(FMS)和計算機集成製造係統。它是計算機(jī)技術、信息技(jì)術、自動控製技術等與傳統的(de)製造技術相結合形成的全新的(de)製(zhì)造係統。 生產工藝(yì)網絡化:是指在生產工藝全過程中,通過通訊(xùn)線路和設備把各生產工序具有獨立操作和控製功能的計算機係統相互連接起來,在網絡軟件管理下,實現信息的收集、存儲和處理。與傳統的“作坊手藝”生產(chǎn)工藝相比,大大的減少了手工操作(zuò),最大限度的排(pái)除了人為因素對產品質量的影響。 企業(yè)管理信息化:是指按計(jì)算機處理的要求,依據結構化係統分(fèn)析和設計方法,建立企業信息係統,實現企業管理全麵現代化(huà)。包括CAD、CAM係統,生產管理係統,商務決(jué)策係統和經營管理係(xì)統等。 為適應電子稱重技術從靜態稱重向動(dòng)態稱重發展;計量方法從模擬測量向數字測量發展;測量特點從單參數測量向多(duō)參數測量發展(zhǎn),以及電子衡(héng)器對稱重傳感器的新要求,以(yǐ)下課題將是今後一(yī)個時期的研發重點: 快(kuài)速、低速動(dòng)態和動態稱重傳(chuán)感器及其阻尼技術; 多功能、多分量稱重傳感器及其測試(shì)方法; 微小和超大量程稱重(chóng)傳感器; 防爆、耐壓、耐腐蝕等稱重傳感器; 偏(piān)心載荷測(cè)量及車(chē)載秤(chèng)用稱(chēng)重傳感器; 大阻值低功耗高精度電阻應變計研製等。 分析近年來電子衡(héng)器對稱重傳感器的(de)新要求,不難得出小型化,集成化,多功能化(huà)和智能化將是稱(chēng)重傳(chuán)感器的重要特點和(hé)發展趨勢。 小型化:是指稱重傳感器總體結(jié)構體積(jī)小(xiǎo)、高度低、重(chóng)量(liàng)輕,即小、薄、輕。例如:30t、60t彎曲(qǔ)環式結構,其(qí)外形尺寸(cùn)分別為外徑120mm和150mm,高度隻有50mm和60mm。 集成化:有結構集成和功能集成兩種形式。結構集(jí)成是指彈性體與秤體合二為一的新型結構,例如:稱重(chóng)板、稱重軌、稱重鉤、稱重環等(děng)。功能集成是指將(jiāng)重量信息采集、放大、變換、傳輸、處(chù)理和顯示(shì)都集於一體(tǐ)的稱重傳感器,例如(rú):將敏感元件(彈性體)、轉換元件(電阻應變計)、信號處理電路和稱重顯示控製都集於一體的輪輻(fú)式(shì)稱重傳感器,其數字顯示位置就在(zài)傳統輪輻式稱重傳感器的接(jiē)線盒處,通常(cháng)稱為輪輻式稱重儀。 多功能化(huà):是指(zhǐ)稱重(chóng)傳感器本身除具有檢測(cè)重(chóng)量信息的功能外,還能同時檢測其它信息。例如:電子吊秤用稱重(chóng)傳感器在(zài)檢測重量信息(xī)的(de)同時還可檢(jiǎn)測加速度信息(xī);汽(qì)車(chē)檢測平(píng)台用稱重傳感器,可同(tóng)時檢測垂(chuí)直方向(xiàng)的重量信息和水平(píng)方(fāng)向的側向載荷,即多分力測量(liàng)。 智能(néng)化(huà):是由於模擬式稱重傳感器(qì)輸(shū)出信(xìn)號小,抗幹擾能力差,傳輸距離短,稱重顯示控製儀複雜,組秤調試周期長,根本不適應數字式智能電子衡(héng)器的發展。稱重傳感器的智能化就是研製新型數字式智能(néng)稱重傳感器。有兩種結構:整體型一一在稱重傳(chuán)感器內部增加放(fàng)大、濾波、A/D轉換(huàn)器、微處理器、溫度傳感器等數字處理電(diàn)路,利用數字補償技術與工藝實現各項補償。分(fèn)離型一--將整(zhěng)體型數字式智能稱重(chóng)傳感器內的數(shù)字電路置於外部接線盒內,稱為數字模盒。將普通模擬式稱重傳感器接入數字(zì)模盒(hé),就可變模擬輸出(chū)為數(shù)字輸出,通常將其稱為(wéi)分離型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(dà),抗幹擾能力強(qiáng),傳輸距離(lí)遠,信噪比高; (2)通過(guò)數字補(bǔ)償電路和數字補償工藝,可進行線性、滯後、蠕變等補償,改善(shàn)了性能; (3)輸出信號規格化; (4)內裝溫(wēn)度傳感器,通過補償軟件可進行實時溫度(dù)補償,穩定性(xìng)好; (5)各數字式智能稱重傳感器的(de)地址可調,便於應用與互換。 什麽是智(zhì)能傳感器,在(zài)各(gè)國相關雜誌上討論多(duō)年,20世紀90年代中期才有比較(jiào)一致的看法:把凡具有一種或多(duō)種敏感功能,能夠完成信號探測和處(chù)理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢、自校、自補償、自診斷和計算等全部或部(bù)分(fèn)功能(néng)的(de)器(qì)件叫做智能傳(chuán)感器(qì)。它可以是集成的,也可以是分離件組裝的。數字式智能稱重傳感器完全符合此定義。今後一個(gè)時期,智能化數字補(bǔ)償技術和工藝還需進一步(bù)完(wán)善和提高(gāo)。 最後希望我國稱重傳感器行(háng)業,盡快結束瘋狂的價格大戰,實施“質量競爭戰(zhàn)略”和21世紀的“創新(xīn)競爭戰略”,以製造技術(shù)和製造(zào)工藝為突破口,迅速提高我(wǒ)國稱重傳感器的總體質量水平和信(xìn)譽度,培養叫(jiào)得響,用得好(hǎo),站得住的名牌產(chǎn)品,盡快融入國際市場,參與國際競爭。