一、應(yīng)變式稱重傳感器的發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新

1938年美國加利福尼亞理工學(xué)院教授E.Simmons（西蒙斯）和麻省理工學(xué)院教授A.Ruge（魯奇）分別同時研制出紙基絲繞式電阻應(yīng)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公司生產(chǎn)。為研制應(yīng)變式負(fù)荷傳感器奠定了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。

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型電阻應(yīng)變計研制出圓柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式負(fù)荷傳感器，用于工程測力和稱重計量，成為應(yīng)變式負(fù)荷傳感器的。1942年在美國應(yīng)變式負(fù)荷傳感器已經(jīng) 生產(chǎn)，至今已有60多年的歷史。

前30多年，是利用正應(yīng)力（拉伸、壓縮、彎曲應(yīng)力）的柱、筒、環(huán)、梁式結(jié)構(gòu)負(fù)荷傳感器的一統(tǒng)天下。在此時期內(nèi)，英國學(xué)者杰克遜研制出金屬箔式電阻應(yīng)變計，為負(fù)荷傳感器提供了較理想的轉(zhuǎn)換元件，并創(chuàng)造了用熱固膠粘貼電阻應(yīng)變計的新工藝。美國BLH公司和Revere公司經(jīng)過多年實踐創(chuàng)造了負(fù)荷傳感器電路補(bǔ)償與調(diào)整工藝，提高了負(fù)荷傳感器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，使準(zhǔn)確度由40年代的百分之幾量級提高到70年代初的0.05量級。但在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題也很突出，主要是：加力點變化會引起比較大的靈敏度變化；同時進(jìn)行拉、壓循環(huán)加載時靈敏度偏差大；抗偏心和側(cè)向載荷能力差；不能進(jìn)行小載荷測量。上述缺點嚴(yán)重制約了負(fù)荷傳感器的發(fā)展。

后30多年，經(jīng)歷了70年代的切應(yīng)力負(fù)荷傳感器和鋁合金小量程負(fù)荷傳感器兩大技術(shù)突破；80年代稱重傳感器與測力傳感器*分離，制定R60建議和研發(fā)出數(shù)字式智能稱重傳感器兩項重大變革；90年代在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制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(shù)的發(fā)展。

1973年美國學(xué)者霍格斯特姆為克服正應(yīng)力負(fù)荷傳感器的固有缺點，提出不利用正應(yīng)力，而利用與彎矩?zé)o關(guān)的切應(yīng)力設(shè)計負(fù)荷傳感器的理論，并設(shè)計出圓截工字形截面懸臂剪切梁型負(fù)荷傳感器。打破了正應(yīng)力負(fù)荷傳感器的一統(tǒng)天下，形成了新的發(fā)展潮流。這是負(fù)荷傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計的重大突破。

1974年前后美國學(xué)者斯坦因和德國學(xué)者埃多姆分別提出建立彈性體較為復(fù)雜的力學(xué)模型，利用有限單元計算方法，分析彈性體的強(qiáng)度、剛度，應(yīng)力場和位移場，求得化設(shè)計。為利用現(xiàn)代分析手段和計算方法設(shè)計與計算負(fù)荷傳感器開辟了新途徑。

70年代初中期，美、日等國的衡器制造公司開始研發(fā)商業(yè)用電子計價秤，急需小量程負(fù)荷傳感器。傳統(tǒng)的正應(yīng)力和新研制的切應(yīng)力負(fù)荷傳感器都不能實現(xiàn)幾公斤至幾十公斤量程范圍內(nèi)的測量。美國學(xué)者查特斯提出用低彈性模量的鋁合金做彈性體，采用多梁結(jié)構(gòu)解決靈敏度和剛度這對矛盾。設(shè)計出小量程鋁合金平行梁型負(fù)荷傳感器，同時指出平行梁負(fù)荷傳感器是基于不變彎矩原理，使利用平行梁表面彎曲應(yīng)力的正應(yīng)力結(jié)構(gòu)，具有切應(yīng)力負(fù)荷傳感器的特點，為平行梁結(jié)構(gòu)負(fù)荷傳感器的設(shè)計與計算奠定了理論基礎(chǔ)，形成了又一個發(fā)展潮流。

蠕變是電阻應(yīng)變計和鋁合金負(fù)荷傳感器經(jīng)常遇到和必需解決的關(guān)鍵問題。1978年前蘇聯(lián)學(xué)者科洛考娃通過對一維力學(xué)模型和應(yīng)變傳遞系數(shù)的分析，提出控制電阻應(yīng)變計敏感柵的柵頭寬度與柵絲寬度的比例，可以制造出不同蠕變值電阻應(yīng)變計的理論，并成功的研制出系列蠕變補(bǔ)償電阻應(yīng)變計。對低容量鋁合金負(fù)荷傳感器減小蠕變誤差，提高準(zhǔn)確度起到至關(guān)重要的作用，使電子計價秤用鋁合金負(fù)荷傳感器多品種、大批量生產(chǎn)成為可能。

由于電子稱重技術(shù)的迅速發(fā)展，負(fù)荷傳感器性能的評定方法，已不能滿足采用階梯公差帶評定準(zhǔn)確度等級電子衡器的需要，急需與電子衡器準(zhǔn)確度評定方法相適應(yīng)的計量規(guī)程。80年代初，法制計量組織（OIML）質(zhì)量測量指導(dǎo)秘書處決定將用于電子稱重的傳感器與用于測力的傳感器*分離，由美國負(fù)責(zé)的第8報告秘書處起草《稱重傳感器計量規(guī)程》。經(jīng)過OIML成員國書面表決后，在1984年10月第7屆法制計量大會上正式批準(zhǔn)，并于1985年以O(shè)IML，R60建議頒布，下發(fā)到各成員國。目前各國正在執(zhí)行的是R60的2000年版?？梢哉fR60《稱重傳感器計量規(guī)程》是各國稱重傳感器進(jìn)入市場的“通行證”。

隨著數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對數(shù)字化電子衡器的需求愈來愈多，提出用數(shù)字稱重系統(tǒng)突破模擬稱重系統(tǒng)局限性的要求，對此模擬式稱重傳感器就無能為力了。因為在此之前，稱重傳感器的研究都集中在硬件方面，例如：創(chuàng)新彈性體結(jié)構(gòu)，改進(jìn)制造工藝，完善電路補(bǔ)償與調(diào)整等。模擬式稱重傳感器的輸出信號小，抗干擾能力差，傳輸距離短，稱重顯示控制儀表復(fù)雜，組秤調(diào)試周期長等缺點依然如故。為滿足數(shù)字化電子衡器的需求，美國TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德國HBM公司等先后研制出整體型和分離型數(shù)字式智能稱重傳感器，并以其輸出信號大，抗干擾能力強(qiáng)，信號傳輸距離遠(yuǎn)，易實現(xiàn)智能控制等特點，成為數(shù)字化電子衡器和自動稱重計量與控制系統(tǒng)的必選產(chǎn)品，形成一個開發(fā)熱點。

90年代，由于稱重傳感器的設(shè)計與計算等基本技術(shù)趨于成熟，稱重傳感器的發(fā)展側(cè)重于工藝研究和應(yīng)用研究，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、工程化設(shè)計和規(guī)?；a(chǎn)工藝等方面都有很大進(jìn)步，主要是：

在結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計中引入計算機(jī)擬實技術(shù)和虛擬技術(shù)；
在彈性體加工中納入柔性制造技術(shù)；
在生產(chǎn)工藝中采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；
在穩(wěn)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(chuàng)造了自動快速檢測和動態(tài)比對方法。
應(yīng)用技術(shù)研究也有突破性進(jìn)展：在傳統(tǒng)稱重模塊的基礎(chǔ)上，研制出新式稱重模塊。這是應(yīng)用新技術(shù)面對新挑戰(zhàn)的典型產(chǎn)品。其特點是組件化設(shè)計，具有“即插即用”功能，可減少由于偏重、熱效應(yīng)影響，偶然超載等引起的稱重誤差，并可承受由于振動、沖擊、攪拌或其它外力引起的偏重。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(shù)面對新挑戰(zhàn)的研發(fā)理念，極大地促進(jìn)了稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展。

二、國外稱重傳感器技術(shù)現(xiàn)狀及快速發(fā)展原因

工業(yè)與商業(yè)電子秤用稱重傳感器技術(shù)與制造工藝，美、德等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的制造公司處于市場*的地位，我國具有一定規(guī)模的稱重傳感器制造公司處于市場挑戰(zhàn)者或市場追隨者地位。家用電子秤用稱重傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)中心在中國，在深圳，制造技術(shù)、工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量和年產(chǎn)量逐年提高。

當(dāng)今市場稱重傳感器技術(shù)的競爭，集中表現(xiàn)在產(chǎn)品的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性的競爭；制造技術(shù)與制造工藝的競爭；應(yīng)用高新技術(shù)研發(fā)新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的競爭。各稱重傳感器制造企業(yè)都在努力培植自己的核心競爭技術(shù)和打造核心競爭產(chǎn)品。

從近幾年衡器工業(yè)展覽會上展出的產(chǎn)品和對多家處于市場*地位的企業(yè)產(chǎn)品的分析可以得出這些企業(yè)的共同追求是：彈性體材質(zhì)更精良；電阻應(yīng)變計、補(bǔ)償元器件的技術(shù)要求和環(huán)境應(yīng)力篩選更嚴(yán)格；制造工藝更精細(xì)；電路補(bǔ)償工藝更完善；外觀質(zhì)量更。

稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是重要的質(zhì)量指標(biāo)，同時也是用戶關(guān)心的問題。對此，這些企業(yè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、電路補(bǔ)償與調(diào)整和穩(wěn)定性處理等方面進(jìn)行許多研究與試驗工作，取得較大進(jìn)展，主要成果有：

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算過程中，引入計算機(jī)擬實技術(shù)進(jìn)行動態(tài)仿真，動力學(xué)分析；在工藝設(shè)計過程中引入計算機(jī)虛擬技術(shù)，對彈性體生產(chǎn)工藝進(jìn)行模擬和檢驗；

（2）在彈性體加工中，納入先進(jìn)制造技術(shù)，變剛性制造為柔性制造。普遍采用加工中心、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)；

（3）在生產(chǎn)全過程中，盡量減少手工操作、人為控制，增加半自動與自動控制、自動檢驗工序，并在生產(chǎn)工藝中采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

（4）改進(jìn)、創(chuàng)新工藝裝備，實現(xiàn)智能電路補(bǔ)償，建立全自動快速檢測系統(tǒng)，提高C3級產(chǎn)品成功率和大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的抽檢合格率；

（5）移植先進(jìn)的穩(wěn)定處理技術(shù)與裝備，實施振動時效或共振時效新工藝，提高稱重傳感器的長期穩(wěn)定性和工作可靠性；

（6）應(yīng)用高新技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，增強(qiáng)核心競爭力。處于市場引導(dǎo)地位的企業(yè)都有自己的核心競爭技術(shù)、工藝和產(chǎn)品，例如：正負(fù)蠕變電橋的“O蠕變”稱重傳感器；鈹青銅動態(tài)稱重傳感器；整體型和分離型數(shù)字式智能稱重傳感器；高準(zhǔn)確度不銹鋼3柱、4柱高溫稱重傳感器；組件化設(shè)計的“即插即用”型新式稱重模塊等。

國外稱重傳感器技術(shù)發(fā)展特點及快速發(fā)展的原因：

（1）重視基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)工藝和共性關(guān)鍵技術(shù)的研究，作到基礎(chǔ)研究與預(yù)先研究并行；共性關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用技術(shù)研究并行；典型產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)品工程化并行。保證基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)工藝（電阻應(yīng)變計、應(yīng)變粘結(jié)劑、補(bǔ)償元器件、防護(hù)與密封材料等）一直處于世界地位。

（2）重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和制造技術(shù)、制造工藝的研究與應(yīng)用。配置優(yōu)良的工藝裝備和檢測儀器，特別是智能化工藝設(shè)備，作到工藝裝備；

（3）描準(zhǔn)世界稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展潮流和戰(zhàn)略前沿，確定研究課題和產(chǎn)品開發(fā)方向。重視新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)，增強(qiáng)核心競爭力。其技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)是：具有較高的技術(shù)先導(dǎo)性，工藝先進(jìn)性，市場擴(kuò)散性，效益增殖性。使技術(shù)與工藝始終處于世界地位。

（4）重視稱重傳感器的可靠性設(shè)計、控制與管理，嚴(yán)格設(shè)計符合性控制和工藝可靠性控制，努力使工藝兌現(xiàn)率達(dá)到。

（5）重視市場競爭，加強(qiáng)市場調(diào)查與分析，快速響應(yīng)市場。21世紀(jì)的市場競爭，是以市場響應(yīng)速度為焦點，以改進(jìn)和創(chuàng)新產(chǎn)品為基礎(chǔ)。

（6）重視相關(guān)法規(guī)和規(guī)程的學(xué)習(xí)，全面理解并認(rèn)真執(zhí)行，保證生產(chǎn)的每一個產(chǎn)品都符合要求。

正因為如此，國外的稱重傳感器品種繁多，規(guī)格齊全，合金鋼、鋁合金、不銹鋼、鈹青銅制品*；水下、鉆井下測量，耐壓防爆、抗輻射、耐腐蝕產(chǎn)品；微小和超 程；多稱量與動態(tài)稱量；集成化與模塊化結(jié)構(gòu)任用戶選購。并作到產(chǎn)品的內(nèi)在與外觀質(zhì)量并重，近幾年外觀質(zhì)量的改進(jìn)與提高十分明顯，基本沒有噴漆產(chǎn)品，幾乎全部是亮光或亞光化學(xué)鍍鎳、鍍鉻，烤漆，噴塑，瓷質(zhì)陽極化和不銹鋼產(chǎn)品。個別產(chǎn)品的外形已融入人性化設(shè)計。

目前的研發(fā)熱點是：

數(shù)字式智能稱重傳感器的數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與補(bǔ)償工藝，及其應(yīng)用技術(shù)；
快速、低速動態(tài)、動態(tài)稱重傳感器的研制及阻尼技術(shù)；
高溫稱重傳感器制造工藝，高溫穩(wěn)定性及應(yīng)用技術(shù)；
耐壓、防爆型稱重傳感器及耐壓外殼設(shè)計與試驗技術(shù)；
組件化設(shè)計的“即插即用”的新式稱重模塊；
利用鋇和鈮代替鎳制作靈敏度溫度補(bǔ)償電阻的研究。
三、我國稱重傳感器技術(shù)現(xiàn)狀及主要差距

盡管我國航空、航天工業(yè)部門早在20世紀(jì)50年代末期就開始研究應(yīng)用應(yīng)變式負(fù)荷傳感器，但并未向民用發(fā)展。就全國而言，負(fù)荷傳感器的研制與生產(chǎn)起步較晚，60年代只有幾個廠家生產(chǎn)普通精度等級的應(yīng)變式測力傳感器。結(jié)構(gòu)單一，只有圓柱、圓環(huán)兩種結(jié)構(gòu)，基本不進(jìn)行電路補(bǔ)償與調(diào)整，有的產(chǎn)品甚至用外部平衡箱調(diào)整零點。

80年代初，全國有20余個企業(yè)用資一億元人民幣，用匯1300萬美元，從美、日等國引進(jìn)應(yīng)變式負(fù)荷傳感器制造技術(shù)與工藝裝備，進(jìn)行學(xué)習(xí)、消化、吸收。經(jīng)過仿制和試生產(chǎn)后，開始多品種小批量生產(chǎn)，推向市場后，取得相當(dāng)可觀的效益。當(dāng)時人們對此產(chǎn)品的總結(jié)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(yè)的個人和企業(yè)的關(guān)注，紛紛進(jìn)入此行業(yè)，生產(chǎn)廠家從70年代的20多個迅速增加到100多個，年產(chǎn)量與日本相當(dāng)，達(dá)到100多萬只。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行業(yè)對電子衡器的需求不斷增加，極大的促進(jìn)了稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展。80年代中期到90年代中期，是我國稱重傳感器技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，品種和規(guī)格迅速增加，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的十年。不少廠家都改進(jìn)或增加工藝裝備、檢測儀表，購置智能溫度補(bǔ)償裝置和靈敏度溫度補(bǔ)償設(shè)備，實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。90年代中期稱重傳感器生產(chǎn)企業(yè)增加到160多個，年產(chǎn)量200多萬只。除滿足國內(nèi)市場需求外，十余個企業(yè)開始小批量出口，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢頭。

盡管稱重傳感器是國家強(qiáng)制管理的法制計量器具，應(yīng)當(dāng)比較難進(jìn)入此行業(yè)，但由于種種原因?qū)е烈恍┢髽I(yè)和個人很容易進(jìn)入，造成市場擁擠，加劇了市場競爭。終于在90年代中期爆發(fā)了價格大戰(zhàn)，誰的價格低，誰就是大贏家，而且逐年升級越演越烈，已經(jīng)到了走火入魔的程度。價格大戰(zhàn)的惡果是技術(shù)進(jìn)步緩慢，工藝水平下降，質(zhì)量問題嚴(yán)重，管理監(jiān)督失控。初的受害者是廣大用戶，終的受害者是企業(yè)自己，是整個稱重傳感器行業(yè)。帶著這些問題進(jìn)入21世紀(jì)，稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距非但未縮小，反而加大了。近幾年國家監(jiān)督抽查結(jié)果就是例證。

2002年國家監(jiān)督抽查7省市，16個企業(yè)，共48只稱重傳感器，合格18只，合格率37.5%。30只不合格產(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(yán)重的是在16個企業(yè)中，只有一個企業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。如果變抽查為全面檢查，合格率會更低。國家監(jiān)督抽查結(jié)果真實的反應(yīng)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(zhì)量意識差，不依法組織生產(chǎn)；對R60建議和國家標(biāo)準(zhǔn)不理解、不執(zhí)行，錯誤的把0.02級與C3級等同起來；在利益驅(qū)使下改材料、換元件、減工藝，只求勉強(qiáng)合格或人為合格。

我國稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國家處于市場引導(dǎo)地位企業(yè)產(chǎn)品的主要差距是：

結(jié)構(gòu)類型偏少，品種規(guī)格不全，特種用途產(chǎn)品奇缺；
準(zhǔn)確度等級較低，C3級成功率不高；
穩(wěn)定性和可靠性較差，返修率高，工作壽命低；
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、工程化水平和企業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度較低，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的均一性差；
外觀質(zhì)量雖有提高，但仍有較大差距；
工藝裝備、檢測手段不夠先進(jìn)且不配套，生產(chǎn)工藝中手工操作、人為控制成份大，“作坊手藝”痕跡較深，人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大；
創(chuàng)新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品少，低水平重復(fù)產(chǎn)品多，貼牌加工、直接出口產(chǎn)品少；
企業(yè)沒有核心競爭技術(shù)和產(chǎn)品，市場調(diào)查不夠，市場響應(yīng)速度太慢，造成無法與市場融合。
總之，制造工藝差距，通常將制造工藝分為：

支持工藝一一彈性體鍛造、機(jī)械加工、熱處理和表面處理等；
基礎(chǔ)工藝一一電阻應(yīng)變計、應(yīng)變粘結(jié)劑、電路補(bǔ)償元器件和防護(hù)密封材料等；
核心工藝一一電阻應(yīng)變計粘貼與固化、零點與靈敏度智能溫度補(bǔ)償和防護(hù)與密封等；
特殊工藝一一熱處理法時效工藝和機(jī)械法穩(wěn)定處理工藝等。
其中基礎(chǔ)工藝和特殊工藝差距。

家用電子秤（人體秤、健康秤、脂肪秤、廚房秤、營養(yǎng)秤、珍寶秤、口袋秤和手提秤等）用稱重傳感器及其電阻應(yīng)變計，90年代中期以來，其研發(fā)與生產(chǎn)由世界各國逐漸移向中國，主要在廣東、在深圳。近些年來在設(shè)計技術(shù)、制造工藝和產(chǎn)品產(chǎn)量上都取得了令人震驚的飛速發(fā)展。生產(chǎn)企業(yè)有三種類型：其一設(shè)計、生產(chǎn)、組裝各種家用電子秤；其二為家用電子秤生產(chǎn)廠配套生產(chǎn)各種稱重傳感器（或自己生產(chǎn)電阻應(yīng)變計，或外購電阻應(yīng)變計）；其三只生產(chǎn)家用電子秤稱重傳感器用電阻應(yīng)變計。目前這三種類型的生產(chǎn)廠家已達(dá)60多個。據(jù)國家海關(guān)統(tǒng)計2003年家用電子秤出口量3860多萬臺，出口值1.47億美元，并以每年30％ 的速度增長。當(dāng)時預(yù)計2004年家用電子秤出口量5000多萬臺，出口值2億多美元。以此出口量計算，2004年共生產(chǎn)家用電子秤稱重傳感器共1.2億只，與其配套的電阻應(yīng)變計（以單軸片計算）約4.8億片。

經(jīng)過多年的研究與生產(chǎn)實踐，解決了稱重傳感器量程小、彈性體小、電阻應(yīng)變計敏感柵尺寸小等制造工藝上的難題。由于家用電子秤稱重傳感器的準(zhǔn)確度為普通等級，不進(jìn)行電路補(bǔ)償，必需大批量生產(chǎn)，一般中型以上的生產(chǎn)廠日產(chǎn)電阻應(yīng)變計12萬片以上，稱重傳感器3萬多只。他們用高質(zhì)量的溫度和模量自補(bǔ)償電阻應(yīng)變計較好的解決了這一難題，為大批量生產(chǎn)家用電子秤稱重傳感器創(chuàng)造了條件。

四、近年來稱重傳感器技術(shù)發(fā)展動向

上主要有兩種發(fā)展途徑：以美國為代表的先軍工后民用，先提高后普及的途徑和以日本為代表的實用化商品化，先普及后提高的途徑。我國應(yīng)屬于后者，盡管軍工部門研究應(yīng)用較早，但并未轉(zhuǎn)為民用，快速發(fā)展和普及還是在近20年。近幾年是關(guān)鍵時期，急需提高我國稱重傳感器的總體技術(shù)、工藝和質(zhì)量水平。

稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展動向是，把稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性作為極其重要的質(zhì)量指標(biāo)，把制造技術(shù)和制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(chǎn)問題和應(yīng)用問題進(jìn)行基礎(chǔ)研究、工藝研究和應(yīng)用研究，其研究方向和特點是：

（1）在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝中，吸取了工程化產(chǎn)品設(shè)計中的計算機(jī)擬實技術(shù)和虛擬技術(shù)，加快開發(fā)速度，減少開發(fā)風(fēng)險；

（2）在彈性體加工中，從單元加工技術(shù)發(fā)展到集成化加工技術(shù)；從剛性制造發(fā)展到柔性制造；從簡單化經(jīng)驗判斷發(fā)展到智能化定量分析。普遍采用柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)；

（3）生產(chǎn)工藝已不是傳統(tǒng)關(guān)念中的“作坊手藝”，而是技術(shù)與管理相結(jié)合的一項系統(tǒng)工程。為適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)，保證產(chǎn)品技術(shù)性能的均一性，生產(chǎn)工藝必須向盡量減少手工操作、人為控制，增加半自動化和自動化工序方向發(fā)展。例如：采用計算機(jī)控制，人機(jī)一體化工藝系統(tǒng)和測試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)等；

（4）與穩(wěn)定性和可靠性有關(guān)的穩(wěn)定處理工藝在高溫處理，低溫深冷，脈動疲勞，超載靜壓等方法的基礎(chǔ)上，又研究出振動時效、共振時效新工藝，共振10分鐘，可消除絕大部分殘余應(yīng)力。

在上述設(shè)計與制造下，稱重傳感器的品種和結(jié)構(gòu)又有創(chuàng)新，技術(shù)功能和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要成果有：

（1）美國Revere公司研制出PUS型具有大氣壓力補(bǔ)償功能的拉壓兩用的稱重傳感器，用于高準(zhǔn)確度檢驗平臺，稱重平臺，準(zhǔn)確度可達(dá)5000d；

（2）德國HBM公司研制成功C2A、C16A兩種不同結(jié)構(gòu)的1一100t具有“耐壓外殼”保護(hù)的防爆稱重傳感器，其防爆性能符合歐洲EN50014和EN50018“d”級標(biāo)準(zhǔn)；

（3）美國斯凱梅公司研制出新一代高準(zhǔn)確度不銹鋼F60X系列5一5000kg稱重傳感器，準(zhǔn)確度6000d。用于濕度大，腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中，而且防水；

（4）德國塞特內(nèi)爾公司研制出以鈹青銅為彈性體材料，快速稱重用200型稱重傳感器。其特點是線性好，固有頻率高，動態(tài)響應(yīng)快。油阻尼裝置與過載保護(hù)裝置一體化，保證稱量時速度快，工作壽命長。組裝3一30kg電子平臺秤，準(zhǔn)確度可達(dá)4000d；

（5）美國THI公司研制的1410型5一30kg鋁合金稱重傳感器，準(zhǔn)確度等級優(yōu)于C3級，可承受離心力和機(jī)械振動，內(nèi)裝特制的粘性阻尼器，保證稱量時有較快的穩(wěn)定時間，一般低于50ms；

（6）美國VT一BLH公司開發(fā)出新式稱重模塊，具有合理的組件化功能和*的稱重效率，出廠后“即插即用”，可自動調(diào)節(jié)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(chǎn)品的開發(fā)方向，體現(xiàn)了技術(shù)的先導(dǎo)性，工藝的先進(jìn)性。就技術(shù)含量而言，有高準(zhǔn)確度（4000d一6000d）稱重傳感器制造技術(shù)；大氣壓力補(bǔ)償技術(shù)；用于快速、動態(tài)測量稱重傳感器的粘性阻尼器快速穩(wěn)定技術(shù)；隔爆型耐壓外殼的設(shè)計與制造技術(shù)；組件化新式模塊設(shè)計技術(shù)等。

五、稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢

應(yīng)變式稱重傳感器的發(fā)展趨勢，可用“四化”來概括，即設(shè)計技術(shù)虛擬化，制造技術(shù)柔性化，生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化，企業(yè)管理信息化。

設(shè)計技術(shù)虛擬化：包括彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計的擬實技術(shù)和工藝設(shè)計的虛擬技術(shù)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計的擬實技術(shù)：是指面向彈性體的結(jié)構(gòu)和性能分析技術(shù)，包括動態(tài)仿真、動力學(xué)分析、強(qiáng)度和剛度有限單元法計算、敏感區(qū)應(yīng)變大小與分布等，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。

工藝設(shè)計的虛擬技術(shù)：是指面向彈性體生產(chǎn)過程的模擬和試驗，檢驗彈性體的可加工性，加工方法和工藝的合理性，保證制造工藝化。

設(shè)計技術(shù)虛擬化的核心是有限單元計算和計算機(jī)動態(tài)仿真。通過仿真軟件來模擬真實受載情況，發(fā)現(xiàn)并及時處理設(shè)計和工藝缺陷或錯誤，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)工藝的合理性。

制造技術(shù)柔性化：是指在多品種、大批量生產(chǎn)的彈性體加工中，納入先進(jìn)的制造技術(shù)：柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它是計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)等與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合形成的全新的制造系統(tǒng)。

生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化：是指在生產(chǎn)工藝全過程中，通過通訊線路和設(shè)備把各生產(chǎn)工序具有獨立操作和控制功能的計算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下，實現(xiàn)信息的收集、存儲和處理。與傳統(tǒng)的“作坊手藝”生產(chǎn)工藝相比，大大的減少了手工操作，限度的排除了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

企業(yè)管理信息化：是指按計算機(jī)處理的要求，依據(jù)結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析和設(shè)計方法，建立企業(yè)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)管理全面現(xiàn)代化。包括CAD、CAM系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)，商務(wù)決策系統(tǒng)和經(jīng)營管理系統(tǒng)等。

為適應(yīng)電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，以及電子衡器對稱重傳感器的新要求，以下課題將是今后一個時期的研發(fā)重點：

快速、低速動態(tài)和動態(tài)稱重傳感器及其阻尼技術(shù)；
多功能、多分量稱重傳感器及其測試方法；
微小和超 程稱重傳感器；
防爆、耐壓、耐腐蝕等稱重傳感器；
偏心載荷測量及車載秤用稱重傳感器；
大阻值低功耗高精度電阻應(yīng)變計研制等。
分析近年來電子衡器對稱重傳感器的新要求，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(fā)展趨勢。

小型化：是指稱重傳感器總體結(jié)構(gòu)體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕。例如：30t、60t彎曲環(huán)式結(jié)構(gòu)，其外形尺寸分別為外徑120mm和150mm，高度只有50mm和60mm。

集成化：有結(jié)構(gòu)集成和功能集成兩種形式。結(jié)構(gòu)集成是指彈性體與秤體合二為一的新型結(jié)構(gòu)，例如：稱重板、稱重軌、稱重鉤、稱重環(huán)等。功能集成是指將重量信息采集、放大、變換、傳輸、處理和顯示都集于一體的稱重傳感器，例如：將敏感元件（彈性體）、轉(zhuǎn)換元件（電阻應(yīng)變計）、信號處理電路和稱重顯示控制都集于一體的輪輻式稱重傳感器，其數(shù)字顯示位置就在傳統(tǒng)輪輻式稱重傳感器的接線盒處，通常稱為輪輻式稱重儀。

多功能化：是指稱重傳感器本身除具有檢測重量信息的功能外，還能同時檢測其它信息。例如：電子吊秤用稱重傳感器在檢測重量信息的同時還可檢測加速度信息；汽車檢測平臺用稱重傳感器，可同時檢測垂直方向的重量信息和水平方向的側(cè)向載荷，即多分力測量。

智能化：是由于模擬式稱重傳感器輸出信號小，抗干擾能力差，傳輸距離短，稱重顯示控制儀復(fù)雜，組秤調(diào)試周期長，根本不適應(yīng)數(shù)字式智能電子衡器的發(fā)展。稱重傳感器的智能化就是研制新型數(shù)字式智能稱重傳感器。有兩種結(jié)構(gòu)：整體型一一在稱重傳感器內(nèi)部增加放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、溫度傳感器等數(shù)字處理電路，利用數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與工藝實現(xiàn)各項補(bǔ)償。分離型一--將整體型數(shù)字式智能稱重傳感器內(nèi)的數(shù)字電路置于外部接線盒內(nèi)，稱為數(shù)字模盒。將普通模擬式稱重傳感器接入數(shù)字模盒，就可變模擬輸出為數(shù)字輸出，通常將其稱為分離型數(shù)字稱重傳感器系統(tǒng)。

數(shù)字式智能稱重傳感器具有如下特點：

輸出信號大，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，信噪比高；
通過數(shù)字補(bǔ)償電路和數(shù)字補(bǔ)償工藝，可進(jìn)行線性、滯后、蠕變等補(bǔ)償，改善了性能；
輸出信號規(guī)格化；
內(nèi)裝溫度傳感器，通過補(bǔ)償軟件可進(jìn)行實時溫度補(bǔ)償，穩(wěn)定性好；
各數(shù)字式智能稱重傳感器的地址可調(diào)，便于應(yīng)用與互換。
什么是智能傳感器，在各國相關(guān)雜志上討論多年，20世紀(jì)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、自校、自補(bǔ)償、自診斷和計算等全部或部分功能的器件叫做智能傳感器。它可以是集成的，也可以是分離件組裝的。數(shù)字式智能稱重傳感器*符合此定義。今后一個時期，智能化數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)和工藝還需進(jìn)一步完善和提高。

后希望我國稱重傳感器行業(yè)，盡快結(jié)束*的價格大戰(zhàn)，實施“質(zhì)量競爭戰(zhàn)略”和21世紀(jì)的“創(chuàng)新競爭戰(zhàn)略”，以制造技術(shù)和制造工藝為突破口，迅速提高我國稱重傳感器的總體質(zhì)量水平和信譽(yù)度，培養(yǎng)叫得響，用得好，站得住的產(chǎn)品，盡快融入市場，參與競爭。（end）