電阻應(yīng)變式稱重傳感器培訓(xùn)課程教學(xué)課件全冊教學(xué)課件匯總

1、授課人：XX XX 傳感器培訓(xùn)XX學(xué)院 XX 專業(yè)【全套課件】PPT講義電阻應(yīng)變式稱重傳感器 培訓(xùn)原則 加強基礎(chǔ)：設(shè)計技術(shù)、工藝技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)。 提升能力：學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力。教學(xué)原則 夯實基礎(chǔ)：夯實稱重傳感器設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)、工藝技術(shù)基礎(chǔ)、測試技術(shù)基礎(chǔ)。 拓展知識：與稱重傳感器技術(shù)、工藝有關(guān)的邊緣學(xué)科的相關(guān)技術(shù)和移植工藝。 體現(xiàn)趨勢：立足科學(xué)技術(shù)前沿，體現(xiàn)當(dāng)前稱重傳感器專業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢。 注重結(jié)合：理論與實踐相結(jié)合、設(shè)計技術(shù)與工藝技術(shù)相結(jié)合。 PPT講義目錄 目錄 幻燈畫 畫面 比例 面編號 數(shù)量 （%）第1章 概論 545 41 5.7 第2章 工作原理 4675 30 4.2

2、第3章 電阻應(yīng)變計 76159 84 11.7第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 160333 174 24.3第5章 彈性元件金屬材料 334361 28 3.9 第6章 制造工藝 362438 77 10.8第7章 電路補償與調(diào)整 439486 48 6.7 第8章 數(shù)字稱重傳感器 487528 42 5.9 第9章 高溫稱重傳感器 529554 26 3.6 第10章 防爆稱重傳感器 555571 17 2.4第11章 稱重傳感器的可靠性 設(shè)計、控制與管理 572586 15 2.1第12章 稱重傳感器的故障 診斷與排除 587616 30 4.2 第13章 稱重傳感器國際建議 和國家標準 6176

3、35 19 2.7 第14章 稱重傳感器的性能測試 與試驗方法 636692 57 8.0 第15章 稱重傳感器的發(fā)展趨勢 與技術(shù)課題 693720 28 3.9 第1章 概論 第1節(jié)傳感器的作用、分類與特點 一、傳感器與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 傳感器技術(shù)是一項令人矚目、迅猛發(fā)展的高新技術(shù)，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標志。傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)三大支柱技術(shù)，其功能分別為信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。因此，傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)。 國內(nèi)外一些學(xué)者評論說：“征服了傳感器就等于征服了科學(xué)技術(shù)”；“如果沒有傳感器檢測各種信息，那么支撐現(xiàn)代文明的科學(xué)技術(shù)，就

4、不能得到發(fā)展”；“唯有模仿人腦的計算機和傳感器協(xié)調(diào)發(fā)展，才能決定技術(shù)的將來”。傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個國家綜 合實力的重要標志，也是判斷一個國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn) 代化程度與生產(chǎn)水平高低的重要依據(jù)。正因為如 此，世界發(fā)達國家都極其重視傳感器的研究、開發(fā) 和應(yīng)用，并把它定為國家優(yōu)先考慮的重大科技項目。美國將“傳感器及信號處理”列為對國家安全和經(jīng)濟發(fā) 展有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)之一；西歐各國把傳感器 技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點技術(shù)；日本把傳感器列為 六大核心技術(shù)之一；我國政府在各重點科技公關(guān)項 目中，均把傳感器研究放在十分重要的位置。美、日等國社會勞動力總數(shù)的一半以上，從事信息 工作。美國直接在傳感

5、器領(lǐng)域工作的科技人員已占 總?cè)藬?shù)的25%。 我國傳感器及敏感元件研制和生產(chǎn)企業(yè)有1500余 家，其中應(yīng)變式稱重傳感器研制和生產(chǎn)企業(yè)就有160 多家。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，傳感器產(chǎn)業(yè)是 國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，傳感器 以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟效益好、滲透能力強、市場 前景廣等特點為世界各國的工業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)界所重 視?？茖W(xué)技術(shù)的進步，多種學(xué)科、多種高新技術(shù)的交叉融 合，推動了傳感器技術(shù)的發(fā)展，但仍然滿足不了各工 業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域信息采集系統(tǒng)的需要。就總體而言，傳感器技術(shù)的發(fā)展還比較滯后，目前工 業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)越來越復(fù)雜，自動化已陷入低谷， 其主要原因之一是傳感器技術(shù)落后?？梢詮膬?/p>

6、方面理 解，其一是傳感器在感知信息方面的落后；其二是傳 感器自身智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面的落后。從計算機發(fā)展史看，1945年第一臺計算機研制成功后，主要用于復(fù)雜的計算，對傳感器沒有什么要求。1975年第一臺集成電路計算機問世以后，便開始在工業(yè)控制等領(lǐng)域顯示出卓越的功能，其處理信息的能力經(jīng)過30多年的發(fā)展已相當(dāng)完善，對采集信息源頭的傳感器，提出了智能化、網(wǎng)絡(luò)化等許多新要求。作為檢測信息的傳感器并沒有經(jīng)歷計算機這樣的發(fā)展過程，傳感器技術(shù)相對落后，因此出現(xiàn)了“信息處理能力過剩，信息獲取能力不足”的問題。即“大腦發(fā)達，五官遲鈍”。為解決這一問題，20世紀80年代世界各國幾乎同時掀起了一股“傳感器熱”的風(fēng)潮。

7、我國在多個五年計劃中，都把發(fā)展傳感器技術(shù)列為一級學(xué)科項目。20世紀80、90年代世界各國的投入，進入新世紀見到明顯的效果，每年都有新功能敏感材料、新元件、新工藝問世，很快就應(yīng)用于傳感器，擴大了應(yīng)用范圍。目前，迅速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就是以傳感器作為技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。所謂“物聯(lián)網(wǎng)”，就是通過信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。從技術(shù)角度講“物聯(lián)網(wǎng)”就是傳感網(wǎng)。今后智能傳感器將不再是簡單的傳感器加微機系統(tǒng)，不光具有數(shù)據(jù)采集存儲、信號處理、誤差補償功能，更重要的是具有判斷能力、自學(xué)習(xí)能力，甚至具有創(chuàng)造能力。 二、

8、傳感器的定義和分類 1.傳感器的定義 傳感器是獲得信息的一種裝置，其定義可分為廣義和狹義兩種。 廣義定義的傳感器，指凡能感受外界信息并按一定規(guī) 律轉(zhuǎn)換成便于測量和控制的信息的裝置。 狹義定義的傳感器，指只有將外界信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn) 換成電量的裝置才叫傳感器。 傳感器獲取和轉(zhuǎn)換的信息 獲取的信息為各種物理量、化學(xué)量和生物量等， 轉(zhuǎn)換后的信息，可以有各種形式。目前大部分傳感器 還是把外部信息轉(zhuǎn)換為電量，因為它與電子信息技術(shù) 和計算機技術(shù)更易配套。 “敏感元件”、“轉(zhuǎn)換元件”的新定義 以前曾稱傳感器為“敏感元器件”、“傳感元件”等，現(xiàn)已明確“敏感元件”是傳感器的一部分，不能代替?zhèn)鞲衅鞯姆Q呼。關(guān)于組成傳

9、感器的轉(zhuǎn)換部分，厲來稱為 “轉(zhuǎn)換元件”，因技術(shù)發(fā)展該部分除轉(zhuǎn)換功能外，還可以具有其它功能，故稱為預(yù)處理單元，此定義更具先進性。傳感器技術(shù)范疇 狹義：僅包括傳感器本身的制造與測試技術(shù)。 廣義：既包括傳感器本身的制造與測試技術(shù)，又包括制造傳感器時所需要的相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)。 為了有利于傳感器技術(shù)發(fā)展，我國對傳感器技術(shù)范疇的定義是從廣義著眼的。2.傳感器的分類 按工作機理分有物理型、化學(xué)型和生物型。其中物理型應(yīng)用的是物理效應(yīng)，按構(gòu)成原理又分為結(jié)構(gòu)型和物性型兩大類。 結(jié)構(gòu)型：是利用物理學(xué)中場的定律構(gòu)成的，以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過參數(shù)變化來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。例如電阻應(yīng)變式、電容式、電感式等。 物性型：是利用敏感

10、器件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號的檢測。例如近些年出現(xiàn)的半導(dǎo)體類、陶瓷類、光纖類及其他新型材料的傳感器。 按變換原理分有應(yīng)變式、電容式、電感式 、壓電式、壓阻式、壓磁式、光電式、諧振式等。 按用途分類 通常可分為工業(yè)用、商業(yè)用、農(nóng)業(yè)用、科研用、醫(yī) 用、軍用、民用、環(huán)保用、家電用傳感器等。 按功能分類 因敏感元件功能不同，可分為：力敏、熱敏、光敏、磁敏、濕敏、氣敏、聲敏、化學(xué)敏、生物敏傳感器等。 按被測量分類 可分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器、生物量傳感器三大類。 各類傳感器又可分為若干族，每一族又可分為若干組。 按此分類應(yīng)變式稱重傳感器屬于物理量傳感器中的機械量傳感器族，力傳感器組中的稱重

11、傳感器。同組中還有測力傳感器、力矩傳感器、張力傳感器等。 三、稱重傳感器與電子稱重技術(shù) 稱重技術(shù)自古以來就被世界各國所重視，因為它與經(jīng) 濟發(fā)展和人民生活密切相連。稱重技術(shù)是衡量一個國 家科學(xué)技術(shù)水平和工業(yè)發(fā)達程度的重要標志之一。 稱重，實質(zhì)上是測量物體的質(zhì)量。質(zhì)量是物體慣性和 引力大小的量度，是一個特征量，它不能自動的給出 信息，基本上不能直接測量。從古至今質(zhì)量測量都是 通過物體在重力場下的重力測量來求得的。即牛頓運 動定律F=ma所描述的慣性質(zhì)量的特殊形式 ： W=mg 式中g(shù)為重力場的重力加速度。 目前世界各國在用的衡器，不論是利用杠桿原理研制的秤或測力機，還是利用彈性元件的恢復(fù)力（彈力）

12、與被測物體的重力達到平衡來測量質(zhì)量的秤，都離不開兩個必須的條件：一是重力場，二是靜力平衡。前者說明現(xiàn)代各種秤都不能用于無重力場的場合，后者說明必須保持靜力平衡才能測量。因此，將其稱為靜態(tài)稱重法，應(yīng)用此法研制的各類秤稱為靜態(tài)秤。 靜態(tài)機械秤及靜態(tài)電子秤的發(fā)展可概括為：20世紀50年代之前為機械秤；50年代中期電子技術(shù)進入秤的外圍，出現(xiàn)帶打印機的杠桿秤；60年代機電結(jié)合秤；70年代電子秤；80年代中期研發(fā)出數(shù)字智能電子秤；90年代至今不斷完善和創(chuàng)新電子稱重技術(shù)和電子秤產(chǎn)品，例如電子轉(zhuǎn)子秤；陣列式皮帶秤等。 電子稱重技術(shù)是60年代迅猛發(fā)展起來的一項高新技 術(shù)，它是集稱重傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技

13、術(shù)、 測量與控制技術(shù)、軟件編程技術(shù)、材料技術(shù)、現(xiàn)代制 造技術(shù)和工藝通程技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。 現(xiàn)代電子稱重技術(shù)的進步，促進了稱重傳感器技術(shù)的 發(fā)展，而稱重傳感器的新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品，又 為電子衡器產(chǎn)品和電子稱重系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術(shù)和 物質(zhì)基礎(chǔ)。 電子衡器（秤和天平）和稱重傳感器產(chǎn)品量大面廣、 品種繁多，即涉及到國內(nèi)外貿(mào)易結(jié)算，又關(guān)系到消費 者利益，是國家強制管理的法制計量器具，法規(guī)與標 準多，質(zhì)量管理與監(jiān)督十分嚴格。 在一個電子稱重系統(tǒng)中，首先要檢測到重量信息， 才能去進行自動控制、稱重計量。因此稱重傳感 器首當(dāng)其沖，是稱重信息采集系統(tǒng)的前端單元， 是電子稱重系統(tǒng)的核心部件，它關(guān)系到一個稱

14、重 計量系統(tǒng)的成敗。 如果稱重傳感器獲得的重量信息不確切，那么要 顯示這些信息并對其進行處理就十分困難，甚至 沒有意義。只有提高稱重傳感器的準確度、穩(wěn)定 性和可靠性，才能促進現(xiàn)代電子稱重技術(shù)的發(fā)展。 稱重傳感器技術(shù)在傳統(tǒng)技術(shù)加數(shù)字技術(shù)和微機系 統(tǒng)支撐下，正向小型化、多功能化、集成化、智 能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 四、傳感器的種類與應(yīng)用概況 目前，我國有455個從事敏感元件及傳感器生產(chǎn)的廠 商，所涉及企業(yè)1400多家，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài) 勢，但綜合實力較強的骨干企業(yè)較少。 世界上有40多個國家的5000多個企業(yè)研制生產(chǎn)敏感 元件及傳感器，產(chǎn)品種類繁多，約為20000多種。 我國研制生產(chǎn)的敏感元件及

15、傳感器共10大類，42小 類，6000多個品種。 2006年我國傳感器產(chǎn)品總銷售收入97.43億元人民 幣，并以每年12%的速度增長，預(yù)計2010年傳感器 產(chǎn)品總銷售收入可達200億元人民幣。 2006年我國傳感器出口額為6.58億美元，每年以9% 的速度增長，預(yù)計2010年傳感器出口額可達93億美元。 我國敏感元件及傳感器的進口額從2004年的14.36億 美元，迅速增長到2006年的23.72億美元，其復(fù)合增 長率達29%。更為嚴重的是，進口金額占國內(nèi)市場需 求份額的比例不斷攀升，目前已達80%以上。 傳感器可以說無處不用，其應(yīng)用比例如下： 工業(yè)測量與控制 18.1%；家用電器 13.7%

16、； 科學(xué)儀器 11.7%； 醫(yī)療保健 11.0%； 環(huán)境保護 10.0%； 信息處理 8.0%； 汽車 7.3%； 能源 5.3%； 宇宙開發(fā) 2.7%； 其它（如交通運輸、海洋開發(fā)等）12.2%。 在工業(yè)測量與控制領(lǐng)域，各種傳感器所占比例如下： 壓力 39%； 溫度 25%； 測力與稱重 14%； 位移 13%； 其它 9%。（家用秤用稱重傳感器不在統(tǒng)計之內(nèi)） 在測力與稱重傳感器中，稱重傳感器約占95% 以上。 以電子汽車衡用雙剪梁型稱重傳感器為例，我國每年 產(chǎn)生400萬只左右。 據(jù)國際計量聯(lián)合會統(tǒng)計，在世界各國電子衡器產(chǎn)品所 用的稱重傳感器中，電阻應(yīng)變式占90%以上。 我國的電子衡器和電子

17、稱重系統(tǒng)所用的稱重傳感器， 幾乎是電阻應(yīng)變式的一統(tǒng)天下，約占98%以上。五、我國傳感器技術(shù)發(fā)展重點1.傳感器發(fā)展重點 多學(xué)科、多種高新技術(shù)的交叉融合，推動了新一代傳感器的發(fā)展。當(dāng)前，我國重點開發(fā)的新一代傳感器主要有：MEMS（微電子與微機械結(jié)合）的新一代微結(jié)構(gòu)傳感 器；MEMS與微光學(xué)結(jié)合（MOMES）的微光學(xué)傳感器；MEMS與CPU、信息控制技術(shù)結(jié)合的智能傳感器；MEMS與生物、電化學(xué)技術(shù)結(jié)合的生物化學(xué)傳感器；MEMS與 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化傳感器；納米技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合的納米傳感器。2.傳感器制造工藝發(fā)展重點微電子與微機械結(jié)合（MEMS）工藝、新一代固態(tài)傳感器微結(jié)構(gòu)制造工藝、無應(yīng)力封裝工

18、藝、多芯片組裝 工藝。應(yīng)用這些工藝可制造各種微傳感器、微硅電容 傳感器、汽車專用壓力和加速度傳感器等。集成工藝和多變量復(fù)合傳感器微結(jié)構(gòu)集成制造工藝。如：工業(yè)控制用的壓力、靜壓、溫度三變量傳感器；氣壓、風(fēng)力、溫度、濕度四變量傳感器等。智能化技術(shù)與智能傳感器信號有線或無線探測、變換處理、功能計算、雙向通訊、邏輯判斷等智能化技術(shù)。可制造智能多變量傳感器、各種智能傳感器、變送器。網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化傳感器，使傳感器具有工業(yè)化標準接口和協(xié)議功能。3.傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式。要加速從傳感器研究開發(fā)到 生產(chǎn)一條龍的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，走自主創(chuàng)新和國際合 作相結(jié)合的跨越式發(fā)展道路。傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向全

19、面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品品種 向高技術(shù)、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種。企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模（年生產(chǎn)能力）向規(guī)模經(jīng)濟或適宜規(guī)模 經(jīng)濟發(fā)展。生產(chǎn)格局向?qū)I(yè)化發(fā)展。專業(yè)化生產(chǎn)的內(nèi)涵為： 生產(chǎn)傳感器門類少而精； 專門生產(chǎn)某領(lǐng)域、某系列產(chǎn)品，市場占有率高； 各傳感器企業(yè)的專門化合作生產(chǎn)。傳感器大生產(chǎn)技術(shù)向制度化方向發(fā)展。傳感器門類、 品種繁多，敏感元件材料、結(jié)構(gòu)各異，決定了其制 造技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性。綜觀當(dāng)前傳感器生產(chǎn)工 藝概況，應(yīng)首先實現(xiàn)單道工序自動化，其次盡量實 現(xiàn)生產(chǎn)工藝流程自動化、網(wǎng)絡(luò)化。企業(yè)的重點技術(shù)改造應(yīng)加強從依賴引進技術(shù)向引進 技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉(zhuǎn)移。企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場

20、為主向國內(nèi)與國外兩個 市場相結(jié)合的國際化方向跨越發(fā)展。企業(yè)結(jié)構(gòu)將向“大、中、小并舉”、“集團化、專業(yè)化 生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展。 六、稱重傳感器的特性 1. 一般傳感器的特性（包括總特性和工作特性） 與測量系統(tǒng)的匹配性：指與后接儀器組成測量系統(tǒng)時，應(yīng)能滿足輸入、輸出的匹配性。 機械特性：運輸和安裝時，防止震動沖擊的性能。 工作特性：可分為靜態(tài)特性、動態(tài)特性、環(huán)境特性。 可靠性：指傳感器的無故障工作時間，即可靠壽命。 2.稱重傳感器的特性（是指靜態(tài)計量性能） 因主要用于質(zhì)量測量，所以稱重傳感器國家標準 和檢定規(guī)程規(guī)定主要是靜態(tài)計量性能和靜態(tài)評定方法。 用允許的誤差包絡(luò)線表征稱重傳感器的特征，能夠平

21、 衡對整個測量誤差有貢獻的每個因素。稱重傳感器的準確度、穩(wěn)定性、可靠性直接決定了電子稱重系統(tǒng)或電子衡器產(chǎn)品的質(zhì)量。描準國際稱重傳感器發(fā)展潮流和戰(zhàn)略前沿技術(shù)確立發(fā)展方向、選擇研究課題。根據(jù)我國稱重傳感器技術(shù)發(fā)展的總體水平和與工業(yè)發(fā)達國家同類產(chǎn)品的主要差距，應(yīng)將研究開發(fā)的重點確立為： 共性關(guān)鍵技術(shù)與工藝研究； 稱重傳感器產(chǎn)品工程化研究； 穩(wěn)定性與可靠性技術(shù)與工藝研究； 新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品開發(fā)； 稱重傳感器應(yīng)用技術(shù)研究。 第2節(jié) 應(yīng)變式稱重傳感器發(fā)展簡史 發(fā)現(xiàn)： 1856年英國Kelvin發(fā)現(xiàn)金屬絲應(yīng)變與電阻變化存 在函數(shù)關(guān)系，可用電橋測量電阻變化，由此確立了應(yīng) 變電測技術(shù)的基本原理。 發(fā)明：

22、1938年美國Simmons 和Ruge分別發(fā)明絲繞式紙基可 粘貼型電阻應(yīng)變計，為研制應(yīng)變式傳感器打下理論與物質(zhì)基礎(chǔ)。1940年美國BLH 和Revere公司發(fā)明應(yīng)變式負荷傳感器，為電子稱重技術(shù)和研制電子衡器打下理論與物質(zhì)基礎(chǔ)。 創(chuàng)新： 1952年英國Jackson研制出以環(huán)氧樹脂為基底，采用 全新工藝制造的金屬箔式電阻應(yīng)變計，大幅度的提 高了負荷傳感器的準確度和穩(wěn)定性。 1954年C.S.Smith（史密斯）發(fā)現(xiàn)硅和鍺半導(dǎo)體的壓 阻效應(yīng)，1957年研制出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變計，并逐漸 用于各種傳感器。 1963年美國空間協(xié)會制訂了NA942電阻應(yīng)變計標準。 19711973年美國 Haggstom

23、 和 Hollistem分別研 制出切應(yīng)力負荷傳感器，形成了一個新的發(fā)展潮流。 1972年美國Stein建立數(shù)學(xué)模型設(shè)計、計算應(yīng)變式負 荷傳感器。 1973年德國Edom利用有限元分析、設(shè)計應(yīng)變式負荷 傳感器。1974年日本大井光四郎應(yīng)用有限元法分析應(yīng)變傳遞 原理，設(shè)計框狀端頭電阻應(yīng)變計，減少了滯后誤差。1975年前后美國KChatters、日本寺崗公司研制出 鋁合金平行梁負荷傳器用于電子計價秤，形成了負荷傳感器又一個新的發(fā)展潮流。1976年原蘇聯(lián)學(xué)者.研制出蠕變自補償電阻應(yīng)變計，推動了鋁合金負荷傳感器的快速發(fā)展。1978年我國航天部研制出S形切應(yīng)力負荷傳感器，用于同時進行拉、壓對稱載荷的試驗

24、測量。1979年瑞典Flintab（弗林特阿比）公司研制出雙剪 梁型負荷傳感器，用于電子吊車秤，安裝在吊鉤滑 輪組上。1979年美國Ned Sneed研制出彎曲型稱重軌，在工 字型鋼軌底部粘貼電阻應(yīng)變計進行測量，是世界上 第一臺集成化稱重軌負荷傳感器。1985年OIML頒發(fā)R60稱重傳感器計量規(guī)程國際 建議，從此將負荷傳感器中的測力與稱重傳感器分開。20世紀80年代中期，美國TOLEDO(現(xiàn)METTLER TOLEDO)公司把數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)的應(yīng)變式傳感器技 術(shù)相結(jié)合，研制出數(shù)字稱重傳感器，突破模擬式稱重 傳感器的局限性，開創(chuàng)了數(shù)字稱重新時代。 20世紀80年代，研制出軸對稱扭轉(zhuǎn)環(huán)、彎曲環(huán)式稱重

25、 傳感器和整體型稱重軌（剪切式）、稱重板、稱重鉤、 稱重環(huán)等集成化稱重傳感器。 20世紀90年代初期，研制出分離型數(shù)字智能稱重傳感 器（即數(shù)字接線盒）。 1992年美國STS公司研制出整體三柱、四柱稱重傳感 器，是正應(yīng)力柱式稱重傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計的重大突破。 20世紀90年代末期，美國BLH公司研制出組件化設(shè)計 的“即插即用” 新式稱重模塊。 2000年OIML R60首次納入裝有電子裝置的稱重傳感 器，首次引入族和組、分配系數(shù)PLc范圍等新概念。 上述創(chuàng)新都在應(yīng)變式稱重傳感器發(fā)展史上引起過 較大或重大變革，并產(chǎn)生了深遠影響。 第3節(jié) 應(yīng)變式稱重傳感器發(fā)展概況 一、國外發(fā)展概況20世紀90年代以來

26、，在電子稱重技術(shù)快速發(fā)展的強力 牽引下，應(yīng)變式稱重傳感器進入了大發(fā)展時期。 應(yīng)變式稱重傳感器的設(shè)計與制造技術(shù)，產(chǎn)品的種類和 市場占有率，美、德等工業(yè)發(fā)達國家的著名制造公司 處于國際市場引導(dǎo)者的領(lǐng)先地位。我國具有一定規(guī)模的稱重傳感器制造公司處于國際市 場挑戰(zhàn)者地位，一些產(chǎn)品已達到國際水平。我國大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)是處于國內(nèi)外市場追隨者地位。家庭電子秤用稱重傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)中心在中國， 制造技術(shù)、工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量逐年提高。 處于國際市場引導(dǎo)地位企業(yè)：美國Vishay Measurements Group Vishay MicroMeasurements ：MM JP BLH Vishay Trans

27、ducers ：Sensortronics TedeaHuntleigh Celtron Revere BLH Vishay System ： BLH Nobel PM德國HBM公司 過去分為四個公司：稱重計量公司 工業(yè)計量公司 標準計量公司 電測技術(shù)公司 現(xiàn)不分公司致力于：電阻應(yīng)變計 測力與稱重傳感器 測量儀表 信號調(diào)整與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 分析與標定軟件 數(shù)字稱重系統(tǒng) 扭矩、位移、壓力傳感器等研發(fā) 國外稱重傳感器技術(shù)發(fā)展特點：重視基礎(chǔ)技術(shù)和共性關(guān)鍵技術(shù)的研究，保證基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)工藝一直處于世界領(lǐng)先地位；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，作到工藝裝備最先進；描準世界稱重傳感器技術(shù)的

28、發(fā)展潮流和戰(zhàn)略前沿技術(shù)，確定研究課題和產(chǎn)品開發(fā)方向；重視稱重傳感器的可靠性設(shè)計、控制與管理，努力使工藝兌現(xiàn)率達到百分之百；重視市場競爭，加強市場調(diào)查與分析，快速響應(yīng)市場；重視相關(guān)法規(guī)和規(guī)程的學(xué)習(xí)，全面理解并認真執(zhí)行，保證生產(chǎn)的每一個產(chǎn)品都符合要求。 二、國內(nèi)發(fā)展概況20世紀80年代我國20多家企業(yè)，先后引進美國、日本、德國的設(shè)計與制造技術(shù)，通過學(xué)習(xí)、消化、吸收，經(jīng)過仿制、試制后小批量生產(chǎn)稱重傳感器。20世紀80年代末、90年代初國內(nèi)一些企業(yè)，開始自行設(shè)計并較大批量產(chǎn)生稱重傳感器，產(chǎn)品技術(shù)與工藝水平都有很大提高，質(zhì)量和數(shù)量基本滿足國內(nèi)市場需求。當(dāng)時的稱重傳感器市場是多品種、小批量；低成本、高收益

29、；投資小、見效快。于是導(dǎo)致各系統(tǒng)的企業(yè)紛紛進入此行業(yè)，生產(chǎn)廠迅速增加到160多個。20世紀90年代中期開始的價格大戰(zhàn)，一直沿襲至今日，使得企業(yè)一味降價、一味讓利，沒有資本的原始積累，無法研究新技術(shù)、新工藝，開發(fā)新產(chǎn)品。盡管獨資、合資企業(yè)的產(chǎn)品一直保持較高質(zhì)量水平， 但迫于市場壓力，只能減少內(nèi)銷量，主要靠國外定單。有些企業(yè)嚴格執(zhí)行R60國際建議，產(chǎn)品具有國際水平 的質(zhì)量和國際市場需求的結(jié)構(gòu)，中、小批量出口。有些企業(yè)工藝裝備、檢測手段比較先進、完善，為國 外知名企業(yè)，中、小批量貼牌生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)和規(guī)格的 稱重傳感器。一些有一定影響的民營企業(yè)，在工藝裝備、人力資源 都有保障的前提下，靠大批量生產(chǎn)，低價

30、銷售取勝。各種家用秤的鋁合金稱重傳感器的研發(fā)、設(shè)計、制造、 生產(chǎn)中心在中國，主要是在廣東。 第4節(jié)國際計量組織及美、歐等國衡器協(xié)會 國際三大計量組織： 國際計量局（BIPM） 國際法制計量組織（OIML） 國際計量測試聯(lián)合會（IMEKO） 1.國際法制計量組織（OIML） 是一個從事法制計量工作的政府間組織。1955年10 月12日美、德等24個國家在巴黎簽署的國際法制計量 組織公約成立。 最高權(quán)利機構(gòu)是國際法制計量大會（CGML）， 一般每四年召開一次。 領(lǐng)導(dǎo)和咨詢機構(gòu)是法制計量委員會（CIML）， 每兩年召開一次。 常設(shè)機構(gòu)是國際法制計量局（BIML）地址巴黎。 OIML的主要任務(wù)：收集各

31、國法制計量機構(gòu)及法制計量器具的文獻和情報，確定法制計量的一般原則；制定并推薦國際性計量技術(shù)法規(guī)，組織新檢定方法和國際交流；協(xié)調(diào)國際間制造、使用和檢定計量器具中出現(xiàn)的計量和管理問題；推動國際計量立法的一致，促進國際貿(mào)易，促進成員國主管法制計量部門的聯(lián)系。 OIML向成員國推薦的技術(shù)法規(guī)：國際建議國際文件按課題建立技術(shù)委員會（TC）和分技術(shù)委員會（SC），由各成員國分別承擔(dān)TC和SC秘書處工作。OIML共有18個技術(shù)委員會，其中TC9為質(zhì)量和密度技術(shù)委員會，起草過R60 2000稱重傳感器計量規(guī)程。我國于1985年4月25日成為OIML第50個成員國。2. 國際計量測試聯(lián)合會（IMEKO）是一個非

32、政府間的國際計量測試技術(shù)學(xué)術(shù)組織，主要討論研究反映當(dāng)代計量測試和儀器制造發(fā)展動態(tài)與趨勢的應(yīng)用計量測試技術(shù)。IMEKO與聯(lián)合國科教文組織（UNIDO）具有協(xié)商地位?；咀谥际谴龠M測量與儀器領(lǐng)域中科技信息的國際交流，加強本領(lǐng)域內(nèi)科技人員間的國際合作。主要活動是召開IMEKO大會和技術(shù)委員會，組織學(xué)術(shù)討論會，出版論文集、教材、術(shù)語集等。1961年我國以“中國計量技術(shù)與儀器制造學(xué)會籌備委 員會”名義參加IMEKO，后改由中國計量測試學(xué)會為 代表我國的IMEKO成員。1991年9月在北京召開了IMEKO第12屆大會。 3.美、歐、日等國衡器協(xié)會： 美國國際稱重與測量協(xié)會（ISWM） 美國國家工業(yè)衡器協(xié)會

33、（NISA） 美國衡器制造者協(xié)會（SMA） 歐洲衡器生產(chǎn)企業(yè)協(xié)會（CECIP） 德國機械設(shè)備制造聯(lián)合會（VDMA） 日本計量機器工業(yè)連合會（JMIF）第5節(jié) 應(yīng)變式稱重傳感器的特點 應(yīng)變式稱重傳感器是知識密集型、技術(shù)密集型和技巧密集型的高技術(shù)產(chǎn)品， “高”就高在它的： 高技術(shù)性技術(shù)密集程度高，邊緣學(xué)科色彩濃，是多 種學(xué)科和技術(shù)相互交叉、相互滲透的結(jié)晶。 高技巧性工藝復(fù)雜，難度較大，對工藝裝備、檢測 手段、職工素質(zhì)要求高。 高綜合性研制和生產(chǎn)所涉及內(nèi)容多、離散大，是多學(xué) 科技術(shù)的運用與集成 ，必須運用綜合技術(shù)與 工藝方法分析和解決故障及制程出現(xiàn)的問題。 高滲透性功能多樣，性能極好，產(chǎn)品系列、種類

34、繁 多，向其它領(lǐng)域滲透能力強。 應(yīng)變式稱重傳感器研究、設(shè)計、制造、應(yīng)用 特點可概括為：技術(shù)特點：設(shè)計和制造所涉及的技術(shù)與工藝內(nèi)容離 散大，是多學(xué)科、多種技術(shù)的交叉融合。工藝特點：工藝難度大，是支持工藝、基礎(chǔ)工藝、 核心工藝、特殊工藝的科學(xué)運用和集成。管理特點：法規(guī)、標準、規(guī)程多，難度大，質(zhì)量 控制與管理要求嚴格。應(yīng)用特點：準確度、穩(wěn)定性和可靠性是用戶關(guān)心 的重要質(zhì)量指標。研發(fā)特點：電子稱重技術(shù)和電子衡器的需要是稱重 傳感器研發(fā)、創(chuàng)新的永久性課題。競爭基礎(chǔ)制造技術(shù)、制造工藝、創(chuàng)新產(chǎn)品和自 主識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。競爭焦點切合實際的市場開拓方式，國內(nèi)、外 市場的響應(yīng)速度。理論發(fā)展尚沒有比應(yīng)變電阻轉(zhuǎn)換（電阻應(yīng)

35、變 式）更好、更適用、更經(jīng)濟的原理。 發(fā)展戰(zhàn)略創(chuàng)新竟爭戰(zhàn)略，創(chuàng)新被譽為21世紀的企 業(yè)發(fā)展與競爭戰(zhàn)略。 創(chuàng)新標準技術(shù)先導(dǎo)性、工藝先進性、產(chǎn)品適用 性、市場擴散性。 對于稱重傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝而言，除原創(chuàng)型設(shè)計外，移植型設(shè)計、嫁接型設(shè)計、集成 型設(shè)計也是創(chuàng)新。 第2章 應(yīng)變式稱重傳感器工作原理在傳感器通用術(shù)語國家標準（GB766687）中，傳感器定義為：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 被測量 中間量 電量 電信號 敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 測量電路 傳感器的機理是基于各種物理的、化學(xué)的、生物的效應(yīng)，并受相應(yīng)的定律和法則所支配，

36、 進行能量和信息轉(zhuǎn)換。稱重傳感器利用的是表示物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律虎克定律。 第1節(jié) 應(yīng)變式稱重傳感器工作原理 一、工作原理1.力學(xué)原理虎克定律 或 ，E E為材料的彈性模量，代表在外力作用下材料對彈性變形的抵抗能力。 虎克定律的適用條件： （1）應(yīng)力不超過材料的比例極限； （2）計算L時，P、E、A均應(yīng)為常數(shù)。 2.物理學(xué)原理即應(yīng)變電阻轉(zhuǎn)換原理。它是基于 金屬導(dǎo)線的應(yīng)變電阻效應(yīng)。 由 可導(dǎo)出 式中K為電阻應(yīng)變敏感材料的靈敏系數(shù)，其物理意 義為單位應(yīng)變的電阻變化率。 在外力作用下，K受兩個因素的影響： 其一敏感材料幾何形狀變化引起的（1+2）項； 其二敏感材料電阻率變化引起的（1/）（d/）項

37、。的變化是由于材料產(chǎn)生應(yīng)變時，自由電子的活動能力和數(shù)量發(fā)生變化而引起的，至今對其變化規(guī)律還沒有深入研究，所以K值只能從實驗求得。 3.電學(xué)原理惠斯通電橋電路。 由四個電阻R1、R2、R3、R4連成四邊形組成的電路稱為惠斯通電橋電路，AC對角線連接直流電源，稱為供橋端，Ui稱為供橋電壓；BD對角線連接測量儀表，稱為輸出端，U0稱為輸出電壓。惠斯通電橋的作用是將橋臂的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓輸出。測得此電壓輸出即可完成稱重計量任務(wù)。 在供橋端AC施加供橋電壓Ui后，便在輸出端BD有一個初始電壓U0，若橋臂的電阻發(fā)生變化，則輸出電壓也相應(yīng)變化為U0+U0。 惠斯通電橋用于應(yīng)變式稱重傳感器時有如下特點：起始

38、狀態(tài)（橋臂電阻未發(fā)生變化）時，輸出電壓U0可以為零。工作時，以輸出電壓從零開始的變化量U0反映電阻的變化量，可以達到較高的分辨率，對放大、顯示、記錄十分有利；溫度變化等影響通過全橋連接可以相互抵消；如果電阻應(yīng)變計粘貼位置、方向和組橋合理，可以消除或減少偏心載荷、側(cè)向載荷的影響；容易進行各項電路補償與調(diào)整。 二、電壓輸出電橋 利用歐姆定律和克?；舴蚨?，得因為 I1 I2所以 U0 下面討論應(yīng)變式稱重傳感器常用的全橋式等臂電橋。 設(shè)各橋臂的初始電阻為R1R2R3R4R，因此滿足平衡條件，電橋初始處于平衡狀態(tài)。 當(dāng)四個橋臂電阻分別變化為 R+R1、R+R2、R+R3、R+R4時，代入上式可得 或改

39、寫為 （1） 因為稱重傳感器是采用相同型號和規(guī)格的電阻應(yīng) 變計，其電阻變化率與各應(yīng)變之間的關(guān)系為 代入（1）式可得 （2） 由于 比1小得多，可忽略不計， 則（1）和（2）式可簡化為 （3） （4） 下面重點對（2）式進行分析。 （2）式說明：在一般情況下，恒壓電橋的輸出電壓與彈性元件上應(yīng)變之間是非線性關(guān)系，這樣，載荷與輸出電壓之間也呈非線性關(guān)系。 只有使彈性元件上電阻應(yīng)變計的安裝定位和電橋接線滿足下列要求，即 1=3=；2=4=- （5） （2）式中的 此時（2）式就成為 U0=UiK （6） （6）式說明，只要彈性元件上安裝的電阻應(yīng)變計所感受的應(yīng)變值，滿足（5）式的要求時，電橋的輸出電壓與

40、彈性元件的應(yīng)變呈線性關(guān)系。 為了得到較大的輸出電壓U0，可采取如下措施：增大電橋電壓Ui。但應(yīng)變計的工作電流也大，將使稱重 傳感器產(chǎn)生蠕變和零漂，因此不要超過電阻應(yīng)變計的最 大工作電流。對于全等臂電橋，其最大橋壓為 Ui（max）2RImax （7） 式中 R電橋的單臂電阻，即電阻應(yīng)變計電阻； Imax電阻應(yīng)變計的最大工作電流。 例如Imax=20mA ，則Ui（max）23500.02=14V增大橋臂電阻或減小通過應(yīng)變計的電流。增大應(yīng)變計的靈敏系數(shù)K值。在彈性元件上粘貼應(yīng)變計及組焊電橋時，應(yīng)使應(yīng)變1、3和2、4的符號相反，這樣式（2）中分子值就大。 三、電橋的靈敏度 電橋的輸出電壓與被測應(yīng)變

41、在電橋一個橋臂上引起 的電阻變化率之間的比值，稱為電橋的靈敏度Su。 令 則 式中n為電橋的工作臂系數(shù)。單臂工作電橋 只有R1為工作橋臂，電阻變化為R+R，其余各臂為固定電阻R，且R2=R3=R4=0，則（3）式變?yōu)殡p臂（相鄰臂或相對臂）工作電橋 以相鄰臂為例，電橋的R1、R2為工作橋臂，且有電阻增量R1=R、R2=R，R3、R4橋臂為固定電阻R，其增量R3=R4=0，則（3）式變?yōu)樗谋酃ぷ麟姌?為全橋差動電路。R1、R2、R3、R4皆為工作臂， 其電阻增量R1=R3=R，R2=R4=R，則（3）式變?yōu)?由上述推導(dǎo)，可以得出四臂工作電橋的靈敏度是雙 臂工作電橋的2倍，是單臂工作電橋的4倍。 應(yīng)

42、變式稱重傳感器多采用全橋式等臂電橋，其原因 是電橋的工作臂系數(shù)n4，電橋的靈敏度最高。等臂 電橋的各橋臂參數(shù)一致，各種干擾造成的影響容易相 互抵消。 第2節(jié) 應(yīng)變式稱重傳感器并聯(lián)輸出原理 一、稱重傳感器組秤的聯(lián)接方式及特點 1.稱重傳感器串聯(lián)組秤 將參預(yù)組秤的稱重傳感器的輸出端依次串聯(lián)，輸入端各自單獨給電橋施加激勵電壓為串聯(lián)輸出。 U0Ui1Ui2Ui3Uin在稱重顯示控制器分辨率比較低的條件下，可以得到 較精確的測量結(jié)果，其總輸出是參預(yù)串聯(lián)組秤的稱重 傳感器單電橋電路輸出之和。串聯(lián)組秤增大了稱重傳感器總的輸出電阻容易引入共 模干擾，共模電壓可能擾亂低電平的應(yīng)變信號電壓。特別是每一個稱重傳感器

43、一定要有單獨的供橋穩(wěn)壓電 源，否則將完全破壞電橋電路原有的關(guān)系，這就增加 了系統(tǒng)的復(fù)雜性。要把幾個單獨的穩(wěn)壓電源做得一樣是比較困難的，如 果是直流那就更困難了，所以串聯(lián)輸出很少被采用。 2.稱重傳感器并聯(lián)組秤 將參預(yù)組秤的稱重傳感器的輸出端依次并聯(lián)后與稱重儀表相連接，輸入端依次并聯(lián)共用一個供橋電源為并聯(lián)輸出。U0Ui 稱重傳感器并聯(lián)組秤特點：參預(yù)并聯(lián)的各稱重傳感器共用一臺穩(wěn)壓電源給電橋 施加激勵電壓，即節(jié)省設(shè)備，簡化系統(tǒng)，又提高稱 量可靠性；并聯(lián)后還可以減小總的輸出電阻，增強系統(tǒng)抗干擾 能力；并聯(lián)輸出利用的是平均值電路原理，所以對稱重傳 感器靈敏系數(shù)公差和輸出電阻分散度要求較嚴格， 在目前的工

44、藝條件下這些要求都是很容易作到的， 因此稱重傳感器并聯(lián)組秤得到了廣泛應(yīng)用。 3.稱重傳感器混聯(lián)組秤稱重傳感器混聯(lián)組秤是上述串聯(lián)和并聯(lián)輸出電路的綜 合，即有串聯(lián)又有并聯(lián)。以4只稱重傳感器參預(yù)組秤為例，有每兩只先串聯(lián)后 再并聯(lián)和每兩只先并聯(lián)后再串聯(lián)兩種混聯(lián)類型。先串聯(lián)后并聯(lián)的混聯(lián)輸出電路，仍需要4個單獨的供 橋穩(wěn)壓電源，電橋總的輸出電壓或總電流均為單電橋 輸出的兩倍；先并聯(lián)后串聯(lián)的混聯(lián)輸出電路，只需要2個供橋穩(wěn)壓 電源，電橋輸出的總電壓或總電流也為單電橋輸出的 兩倍，混聯(lián)輸出電路也很少被采用。 二、應(yīng)變式稱重傳感器并聯(lián)輸出原理 1.并聯(lián)輸出電路分析惠斯通電橋電路可簡化為一個電勢和一個內(nèi)阻組成 的等

45、效電源電路，電勢相當(dāng)于稱重傳感器的靈敏度 S，內(nèi)阻相當(dāng)于稱重傳感器的輸出電阻R0。 n只稱重傳感器并聯(lián)的等效電路，為n個單只稱重傳 感器等效電路的并聯(lián)。在實際應(yīng)用中，各稱重傳感器的靈敏度S和輸出電阻R0不可能做到絕對一致，總是存在一定的公差。因此應(yīng)設(shè)法求出此公差對并聯(lián)輸出電壓的影響，以確定靈敏度和輸出電阻公差的大小。 2.并聯(lián)輸出電路原理 在并聯(lián)輸出等效電路中，設(shè)4個電源內(nèi)阻不相等，即相當(dāng)于4只稱重傳感器的輸出電阻不相等，分別為 R1R（1-a）、R2R（1-b） R3R（1-c）、R4R（1-d） 其中a、b、c、d分別為輸出電阻公差的相對值，它們的輸出電壓分別為 e1、e2、e3、e4。

46、為簡化計算，先討論2只稱重傳感器并聯(lián)的稱重系統(tǒng)。根據(jù)全電路歐姆定律，等效電路中1、2之間的電流為 （1） 等效電路的開路電壓，即并聯(lián)輸出電壓為 （2） 將式（1）代入式（2），得 （3） 將輸出電阻及公差值代入式（3），得 （4） 將式（4）右邊分子、分母同乘以2+a+b，則 整理后，略去最小項，得 （5） 式（5）為2只稱重傳感器并聯(lián)，輸出電阻存在公差時，總輸出電壓的計算公式。 同樣可推導(dǎo)出3只稱重傳感器并聯(lián)輸出電壓為 （6） 4只稱重傳感器并聯(lián)輸出電壓為 （7） 在式（5）、（6）、（7）中，當(dāng)各只稱重傳感器輸出電阻的公差都為零或相等時，即abcd0 或 abcd時，則 2只稱重傳感器并聯(lián)

47、輸出電壓為 （8） 3只稱重傳感器并聯(lián)輸出電壓為 （9） 4只稱重傳感器并聯(lián)輸出電壓為 （10） n只稱重傳感器并聯(lián)輸出電壓 （11） 在此基礎(chǔ)上，再使靈敏度公差為零或相等時，則總輸出電壓與每個稱重傳感器單獨輸出電壓的關(guān)系為 2只稱重傳感器并聯(lián)時 3只稱重傳感器并聯(lián)時 4只稱重傳感器并聯(lián)時 n只稱重傳感器并聯(lián)時 （12） 式（12）說明，當(dāng)負載端開路時，由于n個電源 的電動勢相等，即n個稱重傳感器的靈敏度S相等，n 個電源的內(nèi)阻相等，即n個稱重傳感器的輸出電阻R0相 等，所以電路中沒有電流，因此并聯(lián)輸出電壓等于每 一個稱重傳感器的輸出電壓，其等效內(nèi)阻為每一個稱 重傳感器內(nèi)阻的1/n。 結(jié)論：n

48、只稱重傳感器并聯(lián)時，由于靈敏度S和輸 出電阻R0的公差為零或相等，所以并聯(lián)輸出電壓沒有 誤差。當(dāng)靈敏度S和輸出電阻R0公差較大時，并聯(lián)輸出 電壓將產(chǎn)生較大的附加誤差。 第3節(jié) 應(yīng)變式稱重傳感器并聯(lián)輸出誤差 根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，互相獨立的各種誤差對并聯(lián)后 的合成誤差都有影響，合成誤差分布的方差可用下式 表達： 合成誤差的標準偏差為： 以n誤差限為依據(jù)的各個誤差也可用同樣的方式組合起來，即 有了上述基礎(chǔ)，就可以討論n個稱重傳感器誤差的合成問題。 設(shè)：a1、a2、a3、an為1n個稱重傳感器的合成 誤差（絕對單位）； aT為n個稱重傳感器并聯(lián)后的總誤差（絕對單位）； W1、W2、W3、Wn為每個稱重傳感

49、器的額定 容量； WT為并聯(lián)稱重傳感器系統(tǒng)的總?cè)萘俊?由上式有 在一個由同樣準確度的n個稱重傳感器并聯(lián)組成 的稱重系統(tǒng)內(nèi)，隨機誤差的分布是相同的，即 a1a2a3ana 一般，n個稱重傳感器系統(tǒng)是由同樣量程的稱重傳感器并聯(lián)組成，所以有 W1W2W3WnW W1+W+W3+WnnWWT 綜合兩式得 將上式兩邊除以并聯(lián)稱重傳感器系統(tǒng)的總量程，就把絕對誤差轉(zhuǎn)換為相對誤差，即 應(yīng)用上式，得 令 則 式中eTn個稱重傳感器并聯(lián)系統(tǒng)總的相對誤差； ec每個稱重傳感器的相對合成誤差。 由上式可以得出，n個稱重傳感器并聯(lián)輸出總的 相對誤差為單個稱重傳感器相對合成誤差的1/ 倍，也就是說，在由n個稱重傳感器并聯(lián)

50、組成的稱重 系統(tǒng)內(nèi)，與單個稱重傳感器合成誤差a/W相比，總的 誤差減至1/ 。 結(jié)論：稱重傳感器除固有的非線性等系統(tǒng)誤差外，所有 別的誤差均為隨機誤差，其值有正有負通常按高 斯定律分布。根據(jù)誤差理論可推導(dǎo)出n只稱重傳感器并聯(lián)總的 相對誤差為單個稱重傳感器相對合成誤的 。并聯(lián)“電模擬”試驗證明：靈敏度S公差 0.1%， 輸出電阻R0分散度0.29%，為并聯(lián)輸出的重要 條件。第3章 應(yīng)變式稱重傳感器用電阻應(yīng)變計第1節(jié) 電阻應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)與工作原理 一、基本結(jié)構(gòu) 敏感柵、基底、復(fù)蓋層、膠粘劑、引線， 要求敏感柵、基底、復(fù)蓋層結(jié)為一個整體。4321 1引線 2覆蓋層 3基底 4敏感柵 敏感柵：用金屬細絲

51、繞制或金屬箔材蝕刻成柵形，其作用是將彈性元件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量?；祝褐С置舾袞?，使其保持規(guī)定的幾何形狀，并保證敏感柵與彈性元件之間有很高的絕緣性能。覆蓋層：保護敏感柵不受機械損傷，增強敏感柵與基底的粘結(jié)力。扁平引線：從敏感柵引出的扁平金屬線，其作用是將電阻應(yīng)變計與測量電橋電路相連接。 二、工作原理 在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，有 ，若已知R、 K，只要測量出 ， 就可推導(dǎo)出試件或彈性元件的 軸向應(yīng)變L 。三、應(yīng)變傳遞原理 由于彈性元件、基底、膠粘劑都是面接觸，故變形能有效傳遞。其變形以剪切的形式依次傳遞到基底、敏感柵上，基底兩端的位移最大，所以剪應(yīng)力最大；中間截面處位移為零，故剪應(yīng)力為零，兩端剪

52、應(yīng)力符號相反。 L0為等效長度。 剪應(yīng)力拉壓力Laa敏感柵基底膠粘劑層彈性元件XL0敏感柵所受的軸向力沿X軸分布，兩端力為零，并 以指數(shù)曲線上升至一定值。在等效長度L0內(nèi)應(yīng)變均勻分布，但參加變形的長度 減小了2a，造成R減小，而R不變，故R/R變 小，使感受彈性元件應(yīng)變的靈敏度降低了，這就是 電阻應(yīng)變計的端部效應(yīng)。 分析應(yīng)變傳遞得出： （1）通過剪應(yīng)力的傳遞作用，拉、壓敏感柵實現(xiàn)應(yīng)變傳遞，即敏感柵中心剪應(yīng)力為零，兩端呈指數(shù)曲線上升至最大值，稱為剪應(yīng)力傳遞區(qū)。（2） 彈性元件的應(yīng)變經(jīng)基底傳遞到敏感柵中，其大部分區(qū)域是單向應(yīng)力狀態(tài)，傳遞的應(yīng)變基本等于彈性元件應(yīng)變，故稱為應(yīng)變正常傳遞區(qū)。（3） 對應(yīng)

53、于剪應(yīng)力傳遞區(qū)的敏感柵部分，應(yīng)變隨x增大而減少，端部為零，應(yīng)變傳遞在此區(qū)域滯后。 為了減少端部效應(yīng)影響，應(yīng)合理選擇電阻應(yīng)變計 和應(yīng)變膠粘劑，其選擇原則是： 盡量選擇框狀端頭的電阻應(yīng)變計； 基底邊緣至端頭要有足夠距離，厚度25m最好； 選擇柵或絲時應(yīng)越薄或越細越好； 膠粘劑層越薄越好，膠粘劑彈性模量和剪切彈性模 量越大越好，有利減小滯后和蠕變誤差。-t- 第2節(jié)應(yīng)變電阻合金箔材軋制工藝 一、 粗軋工藝1.熔煉為了獲得不同的電阻溫度系數(shù)，康銅被熔煉成 不同成份的應(yīng)變電阻合金；卡瑪則被熔煉成標 準成份的應(yīng)變電阻合金。2.重熔采用電渣重熔冶煉法，去除氧化物和其它非金 屬內(nèi)含物，細化電阻合金晶粒，是防止

54、箔材軋 制過程中由于針孔引起斷裂的關(guān)鍵工序。重熔 后加工成直徑14英寸，重量約1t的鑄錠。3.高溫滲透為使合金組織均勻，對鑄錠進行高溫滲透4.鍛造將電阻合金鑄錠鍛打成厚鈑，鍛打有助于組織 結(jié)構(gòu)進一步細化，并提供熱軋的截面形狀。5.表面加工通過研磨去除厚鈑表面缺陷，保證表面 質(zhì)量，為箔材軋制打好基礎(chǔ)。6.熱軋將厚鈑重新熱處理，軋制成大卷帶材，通常 稱為熱帶材，一般厚0.2英寸（5.08mm)，寬 12英寸(304.8mm)，長100英尺(30.48m)以上。7.冷軋將熱帶材去除氧化皮、酸洗后，冷軋至厚度 為0.15英寸(3.81mm)。8.碾壓對帶材進行碾壓，實際上是第二次表面處 理，目的是消除

55、軋制過程中殘留的表面缺陷。9.再次冷軋將大卷帶材冷軋至厚度為1/16英寸 (1.59mm)。10.退火處理為使大卷帶材軟化，在有保護性氣體的 退火爐中連續(xù)進行退火處理。 二、精軋工藝 1.森吉米爾20型高速軋機的特點世界上應(yīng)變電阻合金超簿帶材，幾乎全部由森吉米爾20輥高速軋機軋制完成。扎機的電控系統(tǒng)由外圍電控設(shè)備和計算機控制系統(tǒng)組成，完成對關(guān)鍵參數(shù)（軋制速度、帶材張力、帶材厚度）的自動控制。特別是厚度控制采用前饋反饋控制方法，厚度公差小、帶材均勻度高。前饋控制用于修正入口的來料厚度變化；反饋控制通過檢測出口測厚儀的厚度偏差信號，對軋制量進行反饋控制。系統(tǒng)按照計算出的前饋控制量及反饋控制量，通過

56、伺服閥控制壓下裝置的動作進行調(diào)節(jié)。 2.美國HPM公司精軋工藝 對合金成份純度和潔凈度要求高，是應(yīng)變電阻合金箔材精軋工藝的最大特點。其工藝流程如下： 應(yīng)變電阻合金成份、尺寸、表面質(zhì)量檢查。 酸洗為保證軋制時的潔凈度，對帶材進行酸洗 處理，去除帶材殘留的表面缺陷和氧化皮。 冷軋在森吉米爾20型高速軋機上對帶材進行冷 軋，直至中間厚度（箔材最終厚度的10倍)。 清洗除去冷軋過程中產(chǎn)生的表面污物。 退火處理在有保護性氣體的爐中進行退火處理， 使帶材軟化。 碾壓將冷軋的中間厚度的帶材，在箔材軋制機上 碾壓至厚度為0.00010.0002英寸（2.5 5m），厚度變化小于0.00001英寸 （0.25m

57、）。 清洗除去碾壓加工過程中產(chǎn)生的表面污物。 剪裁將大卷帶材剪裁至應(yīng)變計箔材要求的寬度。 箔材質(zhì)量檢查 在試驗室檢測b、 0.2 、E、等機械 性能和電阻率、電阻溫度系數(shù)、熱膨脹系數(shù) 、熱導(dǎo)率等特性。所有檢測信息將與箔材一起 提供給電阻應(yīng)變計制造商。 第3節(jié)箔式電阻應(yīng)變計傳統(tǒng)制造工藝 1.圖形設(shè)計 根據(jù)名義阻值、基長、基寬、箔材厚度、電阻率進行計算，確定柵條、橫柵尺寸和焊點端部形狀、面積。 2.刻圖 按敏感柵參數(shù)放大50200倍，先繪制草圖，再用刻圖機在刻圖模上刻出敏感柵圖形，這就是照像制版用的 200倍負圖。 3.制版 用負圖經(jīng)縮小20倍攝影成為大10倍正版圖，再經(jīng)縮小10倍攝影制成敏感柵圖

58、形，并拼成一個版面上有數(shù)十個敏感柵的負圖版。 4.箔材準備（檢查、裁剪、清洗） 根據(jù)制造工藝要求，將檢查合格的箔材裁剪成長方形小塊，并逐塊清洗干凈。 5.箔材退火處理 箔材在多次軋制、碾壓過程中，晶格產(chǎn)生位錯、 滑移、空位、破裂等缺陷，其附近的原子處于熱力學(xué) 上的不穩(wěn)定狀態(tài)，是電學(xué)性能不穩(wěn)定的重要原因。因 此必須進行穩(wěn)定性處理，即退火處理。在達到退火溫 度時這些原子吸收熱能產(chǎn)生擴散，使晶格缺陷遷移和 消失，電阻率和電阻溫度系數(shù)趨于定。退火溫度、保 溫時間、循環(huán)次數(shù)是穩(wěn)定性處理的三要素。 6.制基底膜（涂基底膠） 在箔材的一面涂基底膠，一般應(yīng)在高性能離心式勻膠機上進行，保證厚度（ 0.020.0

59、3mm ）均勻和版與版之間的一致性。特別要保證膠層固化充分。 7.涂光刻膠 在箔材的另一面涂上一層光致抗蝕劑，此劑在光 線照射下，分子會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生抵抗腐蝕的性 能，保護處于下面的箔材。 8.光刻 用爆光及顯影的方法，使圖形保留在箔材表面， 除去其余部分光刻膠，裸露出箔材，以便進行蝕刻。 9.粗蝕刻 目的是除掉裸露的箔材留下箔柵，為了蝕刻均 勻用三氯化鐵蝕刻液鹽酸和甲醇進行蝕刻。蝕 刻液成份、蝕刻方式、蝕刻時間是關(guān)鍵。 10.細蝕刻 可人工用毛筆蘸蝕刻液逐片進行涂刷蝕刻， 此工藝較費事、效率低，也可在智能蝕刻機上進 行蝕刻。如果粗蝕刻箔柵電阻值大小及分散度符 合工藝要求，可減掉此工序。

60、如采用智能型蝕刻機，可省去此工序。 11.蝕刻質(zhì)量檢查 蝕刻質(zhì)量檢查方法對應(yīng)變計質(zhì)量的影響較大，傳 統(tǒng)應(yīng)變計生產(chǎn)工藝的蝕刻質(zhì)量檢查為人工放大鏡檢 查，不科學(xué)、不嚴格，人為的因素對產(chǎn)品合格率影響 較大，有些應(yīng)變計生產(chǎn)企業(yè)的合格率高達90 左右。 12.調(diào)阻 機械調(diào)阻法 用金相砂紙研磨敏感柵表面，提高電阻值使其達到規(guī)定的標準，實際是一種冷加工，不僅損壞敏感柵表面，而且在敏感柵表面產(chǎn)生較大 預(yù)應(yīng)力，造成阻值緩慢變化；溫度特性變差；阻值分散度增大；勞動強度較大，工作效率不高。 化學(xué)調(diào)阻法 利用蝕刻液的化學(xué)蝕刻作用，改變敏感柵絲的 寬度調(diào)整電阻值，多為人工手動涂刷蝕刻液。其特 點是：不產(chǎn)生予應(yīng)力，不會造