稱重傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

目前的研發(fā)熱點(diǎn)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(dòng)態(tài)、動(dòng)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(jì)與試驗(yàn)技術(shù)；

組件化設(shè)計(jì)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(guó)稱重傳感器技術(shù)現(xiàn)狀及主要差距

盡管我國(guó)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(guó)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(gè)廠家生產(chǎn)普通精度等級(jí)的應(yīng)變式測(cè)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(diǎn)。

80年代初，全國(guó)有20余個(gè)企業(yè)用資一億元人民幣，用匯1300萬(wàn)美元，從美、日等國(guó)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(chǎng)后，取得相當(dāng)可觀的效益。當(dāng)時(shí)人們對(duì)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(gè)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(gè)迅速增加到100多個(gè)，年產(chǎn)量與日本相當(dāng)，達(dá)到100多萬(wàn)只。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)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(guó)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?gòu)S家都改進(jìn)或增加工藝裝備、檢測(cè)儀表，購(gòu)置智能溫度補(bǔ)償裝置和靈敏度溫度補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。90年代中期稱重傳感器生產(chǎn)企業(yè)增加到160多個(gè)，年產(chǎn)量200多萬(wàn)只。除滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求外，十余個(gè)企業(yè)開始小批量出口，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭。

盡管稱重傳感器是國(guó)家強(qiáng)制管理的法制計(jì)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(gè)人很容易進(jìn)入，造成市場(chǎng)擁擠，加劇了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。終于在90年代中期爆發(fā)了價(jià)格大戰(zhàn)，誰(shuí)的價(jià)格低，誰(shuí)就是大贏家，而且逐年升級(jí)越演越烈，已經(jīng)到了走火入魔的程度。價(jià)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。zui初的受害者是廣大用戶，zui終的受害者是企業(yè)自己，是整個(gè)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(guó)家的差距非但未縮小，反而加大了。近幾年國(guó)家監(jiān)督抽查結(jié)果就是例證。

2002年國(guó)家監(jiān)督抽查7省市，16個(gè)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(lái)自10個(gè)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(gè)企業(yè)中，只有一個(gè)企業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如果變抽查為全面檢查，合格率會(huì)更低。國(guó)家監(jiān)督抽查結(jié)果真實(shí)的反應(yīng)了我國(guó)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(shí)差，不依法組織生產(chǎn)；對(duì)R60建議和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不理解、不執(zhí)行，錯(cuò)誤的把0.02級(jí)與C3級(jí)等同起來(lái)；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(guó)稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家處于市場(chǎng)引導(dǎo)地位企業(yè)產(chǎn)品的主要差距是：

（1）結(jié)構(gòu)類型偏少，品種規(guī)格不全，特種用途產(chǎn)品奇缺；

（2）準(zhǔn)確度等級(jí)較低，C3級(jí)成功率不高；

（3）穩(wěn)定性和可靠性較差，返修率高，工作壽命低；

（4）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；

（5）外觀質(zhì)量雖有提高，但仍有較大差距；

（6）工藝裝備、檢測(cè)手段不夠*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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大；

（7）創(chuàng)新產(chǎn)品和自主知識(shí)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；

（8）企業(yè)沒有核心競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)和產(chǎn)品，市場(chǎng)調(diào)查不夠，市場(chǎng)響應(yīng)速度太慢，造成無(wú)法與市場(chǎng)融合。

總之，制造工藝差距zui大，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(jì)、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(jì)粘貼與固化、零點(diǎn)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(shí)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zui大。

家用電子秤（人體秤、健康秤、脂肪秤、廚房秤、營(yíng)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(jì)，90年代中期以來(lái)，其研發(fā)與生產(chǎn)由世界各國(guó)逐漸移向中國(guó)，主要在廣東、在深圳。近些年來(lái)在設(shè)計(jì)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(jì)、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(jì)，或外購(gòu)電阻應(yīng)變計(jì)）；其三只生產(chǎn)家用電子秤稱重傳感器用電阻應(yīng)變計(jì)。目前這三種類型的生產(chǎn)廠家已達(dá)60多個(gè)。據(jù)國(guó)家海關(guān)統(tǒng)計(jì)2003年家用電子秤出口量3860多萬(wàn)臺(tái)，出口值1.47億美元，并以每年30％的速度增長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)2004年家用電子秤出口量5000多萬(wàn)臺(tái)，出口值2億多美元。以此出口量計(jì)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(jì)（以單軸片計(jì)算）約4.8億片。

經(jīng)過多年的研究與生產(chǎn)實(shí)踐，解決了稱重傳感器量程小、彈性體小、電阻應(yīng)變計(jì)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(jí)，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(jì)12萬(wàn)片以上，稱重傳感器3萬(wàn)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(jì)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(lái)稱重傳感器技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

上主要有兩種發(fā)展途徑：以美國(guó)為代表的先后民用，先提高后普及的途徑和以日本為代表的實(shí)用化商品化，先普及后提高的途徑。我國(guó)應(yīng)屬于后者，盡管部門研究應(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(shí)期，急需提高我國(guó)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)是：

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

（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(jiǎn)單化經(jīng)驗(yàn)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(xiàng)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(dòng)化和自動(dòng)化工序方向發(fā)展。例如：采用計(jì)算機(jī)控制，人機(jī)一體化工藝系統(tǒng)和測(cè)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(dòng)疲勞，超載靜壓等方法的基礎(chǔ)上，又研究出振動(dòng)時(shí)效、共振時(shí)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(jì)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(guó)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(yàn)平臺(tái)，稱重平臺(tái)，準(zhǔn)確度可達(dá)5000d；

（2）德國(guó)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)；

（3）美國(guó)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(guó)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(diǎn)是線性好，固有頻率高，動(dòng)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(shí)速度快，工作壽命長(zhǎng)。組裝3一30kg電子平臺(tái)秤，準(zhǔn)確度可達(dá)4000d；

（5）美國(guó)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(jí)優(yōu)于C3級(jí)，可承受離心力和機(jī)械振動(dòng)，內(nèi)裝特制的粘性阻尼器，保證稱量時(shí)有較快的穩(wěn)定時(shí)間，一般低于50ms；

（6）美國(guó)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(dòng)調(diào)節(jié)位置，不受攪拌，偏心和振動(dòng)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*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(dòng)態(tài)測(cè)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(jì)與制造技術(shù)；組件化新式模塊設(shè)計(jì)技術(shù)等。

五、稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

應(yīng)變式稱重傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，可用“四化”來(lái)概括，即設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)虛擬化：包括彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的擬實(shí)技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)的虛擬技術(shù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的擬實(shí)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(dòng)態(tài)仿真、動(dòng)力學(xué)分析、強(qiáng)度和剛度有限單元法計(jì)算、敏感區(qū)應(yīng)變大小與分布等，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

工藝設(shè)計(jì)的虛擬技術(shù)：是指面向彈性體生產(chǎn)過程的模擬和試驗(yàn)，檢驗(yàn)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(jì)技術(shù)虛擬化的核心是有限單元計(jì)算和計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真。通過仿真軟件來(lái)模擬真實(shí)受載情況，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理設(shè)計(jì)和工藝缺陷或錯(cuò)誤，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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*的制造技術(shù)：柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)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(dú)立操作和控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來(lái)，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下，實(shí)現(xiàn)信息的收集、存儲(chǔ)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，zui大限度的排除了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

企業(yè)管理信息化：是指按計(jì)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(jì)方法，建立企業(yè)信息系統(tǒng)，實(shí)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(yíng)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(dòng)態(tài)稱重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，以及電子衡器對(duì)稱重傳感器的新要求，以下課題將是今后一個(gè)時(shí)期的研發(fā)重點(diǎn)：

快速、低速動(dòng)態(tài)和動(dòng)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(cè)試方法；

微小和超大量程稱重傳感器；

防爆、耐壓、耐腐蝕等稱重傳感器；

偏心載荷測(cè)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(jì)研制等。

分析近年來(lái)電子衡器對(duì)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(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

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(jì)）、信號(hào)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(cè)重量信息的功能外，還能同時(shí)檢測(cè)其它信息。例如：電子吊秤用稱重傳感器在檢測(cè)重量信息的同時(shí)還可檢測(cè)加速度信息；汽車檢測(cè)平臺(tái)用稱重傳感器，可同時(shí)檢測(cè)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(cè)量。

智能化：是由于模擬式稱重傳感器輸出信號(hào)小，抗*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(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)各項(xiàng)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(diǎn)：

（1）輸出信號(hào)大，抗*力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，信噪比高；

（2）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；

（3）輸出信號(hào)規(guī)格化；

（4）內(nèi)裝溫度傳感器，通過補(bǔ)償軟件可進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償，穩(wěn)定性好；

（5）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(guó)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(hào)探測(cè)和處理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷和計(jì)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(gè)時(shí)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。

zui后希望我國(guó)稱重傳感器行業(yè)，盡快結(jié)束*的價(jià)格大戰(zhàn)

，實(shí)施“質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略”和21世紀(jì)的“創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略”，以制造技術(shù)和制造工藝為突破口，迅速提高我國(guó)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(chǎng)，參與競(jìng)爭(zhēng)。