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      應變式稱重傳感器技術動向

      發布時間:2017/12/25 14:32:21

      1940年美***事工程部門和總工程師分別把電阻應變計技術應用于***事工程的電子測力和稱重計量領域,研制出應變式負荷傳感器。1942年在美國應變式負荷傳感器已經大量生產,***今已有60多年歷史。這期間經過種種改進和發展,負荷傳感器的準確度從研制初期的百分之幾量級提高到千分之幾、萬分之幾量級,并以其結構簡單、使用方便、準確度高、頻率響應快、穩定性好、工作壽命長、幾乎不用維修等特點,廣泛應用于各種測力裝置和電子稱重系統。經過60多年的變遷,盡管負荷傳感器的彈性體結構、幾何形狀和尺寸發生了不小變化,原材料、元器件,制造技術與工藝都有較大改進和提高,應用研究也取得了許多成就,但其基本構思、基本原理和基本工藝仍然證明是合理的可靠的。負荷傳感器技術的幾個發展時期和起決定性作用的技術創新是值得認真研究和總結的,它對未來稱重傳感器技術的發展和確立技術研究課題都有指導作用。

      1952年英國學者杰克遜首先研制出金屬箔式電阻應變計,為負荷傳感器***較理想的轉換元件。并創造了用熱固膠粘貼電阻應變計的新工藝,提高了負荷傳感器的準確度和穩定性,促進了負荷傳感器技術的發展。

      1973年美國學者霍格斯特姆為克服利用拉伸、壓縮和彎曲應力的正應力負荷傳感器的諸多缺點,提出了不利用彈性體正應力,而利用切應力的理論,設計出圓截工字型截面懸臂剪切梁式負荷傳感器,打破了傳統的柱、筒、環、梁結構正應力負荷傳感器的一統天下。剪切式負荷傳感器以其靈敏度對加力點變化不敏感、拉向和壓向靈敏度對稱性好、抗偏心和橫向負荷能力強、結構簡單緊湊、尺寸小等特點形成了一個新的發展潮流,極大的推動了負荷傳感器技術的發展。

      1974年***學者大井光四郎利用平面問題的有限單元法分析電阻應變計的應變傳遞,優化結構設計。德國學者埃多姆和美國學者斯坦因分別利用建立彈性體力學模型,采用有限單元計算分析彈性體的應力場、位移場,求得***化設計,為利用現代化科技手段設計與計算負荷傳感器開辟了新途徑。

      1975年前后,為滿足低容量電子計價秤發展的需要,美、日等國研制出鋁合金不變彎矩原理的平行梁結構負荷傳感器。雖然它利用的是平行梁表面的彎曲應力,應屬于正應力類型,但因其不變彎矩原理使靈敏度對加力點變化不敏感,拉向和壓向靈敏度對稱,它又具備了切應力負荷傳感器的特點。并且量程小,剛度大,便于調整四角誤差,很快就形成了負荷傳感器的又一個發展潮流。

      蠕變是高精度電阻應變計和負荷傳感器經常遇到和必須解決的關鍵問題。70年代末,前蘇聯學者通過對一維力學模型和應變傳遞系數的分析,提出控制應變計敏感柵的柵頭寬度與柵絲寬度的比例,可以制出不同蠕變值電阻應變計的理論,并成功的研制出系列蠕變補償電阻應變計。對低容量鋁合金負荷傳感器減小蠕變誤差,提高準確度等級起到了***關重要的作用,使商用和家用電子秤的負荷傳感器多品種、大批量生產成為可能。    

      由于電子稱重技術和工業、商業電子衡器的迅速發展,負荷傳感器的性能指標和評定方法,已不能滿足采用階梯公差帶評定準確度等級的電子衡器的需要,急需準確度評定比較統一的計量規程。80年代初,國際法制計量組織質量測量指導秘書處為適應電子衡器的誤差評定方法,決定將用于電子稱重的傳感器與測力傳感器***分開,由美國負責的第8報告秘書處起草《稱重傳感器計量規程》。經過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,并于1985年以OIML,R60國際建議頒布,下發到各成員國。目前各國正在執行的是R60的2000年版。由于新計量規程把計量性能與溫度性能綜合考慮,增加了研究開發與大批量生產的難度,逼迫企業完善工藝準備,改進制造工藝,使稱重傳感器的綜合性能和長期穩定性均有較大提高,保證了電子秤的質量。

      80年代中期,隨著數字技術和信息技術的發展,為滿足電子衡器數字化、智能化的要求和用數字稱重系統突破模擬稱重系統局限性的構想,先后研制出整體型和分離型數字式智能稱重傳感器,并以其輸出信號大,抗干擾能力強,信號傳輸距離遠,易實現智能控制等特點成為數字式電子衡器和自動稱重計量與控制系統的必選產品,并形成了一個開發熱點。

      從上述技術創新和技術發展的幾個重要階段不難看出,電子稱重技術的進步促進了稱重傳感器技術的發展,而現代科學技術的發展又為稱重傳感器的研發***了技術和物質基礎。90年代以來,為了適應不斷納入高新技術的電子稱重系統和電子衡器產品的新需求,稱重傳感器進入了設計、制造與工藝技術不斷創新,產量大幅度提高的大發展時期。這一時期稱重傳感器技術發展動向和今后一個時期的技術發展趨勢,就是本文所要闡述和回答的問題。


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