應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

傳感器技術(shù)包括對敏感、傳感器機(jī)械的研究和分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和彈性元件材料、制造工藝和工藝設(shè)備、電路補(bǔ)償和調(diào)整、密封和穩(wěn)定性處理、測量性能的檢測和評估等。其突出特點(diǎn)是:技術(shù)含量高———設(shè)計(jì)和制造所涉及的技術(shù)與工藝內(nèi)容離散大,具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性等特點(diǎn),是多個(gè)學(xué)科、多種技術(shù)的交叉與融合;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(yùn)用和集成;管理要求嚴(yán)———國際建議、國家標(biāo)準(zhǔn)、國家計(jì)量檢定規(guī)程檢測項(xiàng)目多,質(zhì)量控制與批量生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)制程管理要求嚴(yán)格。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)自動化水平的提高,在自動稱重計(jì)量和在線稱重計(jì)量所用的電子稱重系統(tǒng)和電子衡器產(chǎn)品需求量不斷增加的強(qiáng)力牽引下,稱重傳感器技術(shù)與產(chǎn)品得到較快速的發(fā)展。今后各稱重傳感器制造廠商,在國內(nèi)外電子衡器市場上比拼的重點(diǎn)將是增加稱重傳感器的技術(shù)含量,提高準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性,降低生產(chǎn)成本,擴(kuò)大應(yīng)用范圍。1試驗(yàn)與研究現(xiàn)狀美、德等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的著名制造公司在應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝技術(shù)、生產(chǎn)工藝裝備與大批量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)制程管理水平、產(chǎn)品種類規(guī)格與市場占有率方面處于國際電子衡器市場的引導(dǎo)者地位。美國VISHAY(精密測量集團(tuán)公司),德國HBM(霍丁格包爾文電子測量技術(shù)有限公司)是典型的代表性企業(yè)。美國VISHAY公司旗下有專門研究、設(shè)計(jì)、制造應(yīng)變電阻合金箔材、電阻應(yīng)變計(jì)和靜動態(tài)應(yīng)變電測設(shè)備的MM、BLH、JP公司;有研究、設(shè)計(jì)、制造各種應(yīng)變式稱重與測力傳感器的Sensortronics、Tedea-Huntleigh、Celtron、Revere、BLH公司;有研究、設(shè)計(jì)、制造特種傳感器的Nobel公司;有研發(fā)稱重系統(tǒng)的BLH、Nobel、PM公司。德國HBM公司有多個(gè)技術(shù)研發(fā)部門,主要有電阻應(yīng)變計(jì)、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(biāo)定軟件、數(shù)字稱重系統(tǒng)、扭矩、位移、壓力傳感器等。處于國際電子衡器市場引導(dǎo)者地位企業(yè)的研究成果和創(chuàng)新產(chǎn)品,基本代表了當(dāng)前國際應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)發(fā)展潮流,有些研究課題引入了多個(gè)學(xué)科的新技術(shù)發(fā)展和新功能,屬于戰(zhàn)略前沿技術(shù),值得處于國際電子衡器市場挑戰(zhàn)者和追隨者地位的企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒。當(dāng)今國際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;開拓新領(lǐng)域從傳統(tǒng)型向無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)需要的全新型(如無線型、微型化、低功耗、低成本)轉(zhuǎn)型發(fā)展的競爭。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。1.1稱重傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀從近幾年國際衡器工業(yè)展覽會上展出的產(chǎn)品和對多家處于國際電子衡器市場引導(dǎo)者地位企業(yè)產(chǎn)品的分析,可以得出這些企業(yè)研制產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是:載荷引入方式和彈性元件結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計(jì)更合理;彈性元件材質(zhì)更精良;電阻應(yīng)變計(jì)、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;制造工藝和性能檢測更精細(xì);電路補(bǔ)償與調(diào)整工藝更完善;外觀質(zhì)量更完美。這些企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理的共同理念和實(shí)施方法如下:(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,做到基礎(chǔ)研究與預(yù)先研究、共性關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用技術(shù)研究、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(jì)、應(yīng)變粘結(jié)劑、補(bǔ)償元器件、防護(hù)與密封材料和制造工藝的可重復(fù)性等)一直處于世界領(lǐng)先地位。(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,做到工藝裝備最先進(jìn)。(3)瞄準(zhǔn)世界稱重傳感器技術(shù)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、效益增值性,始終保持稱重傳感器技術(shù)和預(yù)先研究課題的領(lǐng)先地位。(4)重視稱重傳感器的可靠性設(shè)計(jì)、控制與管理,嚴(yán)格設(shè)計(jì)符合性控制和工藝可靠性控制,努力做到生產(chǎn)工藝的科學(xué)性、合理性和可重復(fù)性,使工藝兌現(xiàn)率達(dá)到百分之百。(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(diǎn),以改進(jìn)和創(chuàng)新產(chǎn)品為基礎(chǔ),實(shí)施創(chuàng)新競爭戰(zhàn)略。(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(gè)產(chǎn)品都符合國際建議和國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。正因?yàn)槿绱?這些企業(yè)的稱重傳感器品種繁多,規(guī)格齊全,合金鋼、鋁合金、不銹鋼、鈹青銅制品應(yīng)有盡有。水下與鉆井下測量、耐壓防爆、抗輻射、耐腐蝕的特種產(chǎn)品;微小和超大量程;多參數(shù)測量與動態(tài)稱量;集成化與模塊化結(jié)構(gòu)任用戶選購,并做到產(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(gè)別產(chǎn)品的外形已融入人性化設(shè)計(jì)。1.2稱重傳感器制造技術(shù)的進(jìn)展稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性是重要的質(zhì)量指標(biāo),同時(shí)也是用戶最關(guān)心的問題。對此,處于國際電子衡器市場引導(dǎo)者地位的企業(yè),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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)行了許多研究與試驗(yàn)工作,歸納起來其研究方向和主要課題是:(1)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算過程中,引入計(jì)算機(jī)擬實(shí)技術(shù)進(jìn)行動態(tài)仿真,優(yōu)化結(jié)構(gòu)確定尺寸參數(shù);在工藝設(shè)計(jì)過程中引入計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù),對彈性元件生產(chǎn)工藝進(jìn)行模擬和檢驗(yàn),得出科學(xué)合理的制造工藝。(2)近幾年,有的企業(yè)在稱重傳感器研發(fā)過程中采用了先進(jìn)的三維數(shù)字設(shè)計(jì)與制造技術(shù),即設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化,利用最新的三維計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)稱重傳感器開發(fā)全過程。在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)輔助下通過稱重傳感器數(shù)據(jù)模型,全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析、裝配、制造等過程。(3)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)。(4)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(yàn)工序,并對大批量生產(chǎn)工藝流程實(shí)施計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。(5)改進(jìn)、創(chuàng)新工藝裝備,實(shí)現(xiàn)高效智能電路補(bǔ)償,建立全自動快速檢測系統(tǒng),提高大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的抽檢合格率。(6)移植先進(jìn)的穩(wěn)定處理技術(shù)與裝備,實(shí)施振動時(shí)效或共振時(shí)效處理新工藝,提高稱重傳感器的工作可靠性和長期穩(wěn)定性。(7)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。1.3稱重組件化設(shè)計(jì)處于國際電子衡器市場引導(dǎo)者地位的企業(yè)都有自己的核心競爭技術(shù)、工藝和產(chǎn)品,近幾年的研發(fā)成果主要有:(1)美國VISHAY公司:高準(zhǔn)確度不銹鋼3柱、4柱高溫稱重傳感器;多種規(guī)格馬鞍環(huán)與鏈環(huán)引入載荷的雙剪梁型稱重傳感器;高準(zhǔn)確度全密封中心環(huán)型稱重傳感器;低外形彎曲環(huán)型稱重傳感器;自動定心復(fù)位的圓柱式數(shù)字稱重傳感器;軸銷剪切式稱重傳感器;PUS型具有大氣壓力補(bǔ)償功能的拉壓兩用的稱重傳感器;組件化設(shè)計(jì)的“即插即用”型新式稱重模塊等。(2)美國斯凱梅公司研制出新一代高準(zhǔn)確度不銹鋼F60X系列5~5000kg全密封稱重傳感器,準(zhǔn)確度6000d,用于濕度大且腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中。(3)美國THI公司研制出1410型5~30kg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)裝特制的黏性阻尼器,保證稱量時(shí)有較快的穩(wěn)定時(shí)間,一般低于50ms。(4)德國HBM公司:采用正負(fù)蠕變電橋的“0蠕變”稱重傳感器;無滯后軸對稱彎曲環(huán)和六方環(huán)稱重傳感器;自動復(fù)位圓柱式稱重傳感器;整體型和分離型數(shù)字式智能稱重傳感器;多種結(jié)構(gòu)動態(tài)稱重?cái)?shù)字傳感器;C2A、C16A兩種不同結(jié)構(gòu)的1~100t具有“耐壓外殼”保護(hù)的防爆稱重傳感器等。(5)德國塞特內(nèi)爾公司研制出以鈹青銅為彈性元件材料,快速稱重用200型稱重傳感器,準(zhǔn)確度可達(dá)4000d。其特點(diǎn)是線性好,固有頻率高,動態(tài)響應(yīng)快。獨(dú)創(chuàng)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。(6)加拿大MassLoad公司:剪切型稱重板;空心閉合截面模塊化稱重梁;線接觸鏈環(huán)式稱重傳感器組件;車載秤稱重傳感器組件等。2稱重傳感器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)發(fā)展大體經(jīng)歷了四個(gè)階段:第一階段是引進(jìn)、消化、吸收國外稱重傳感器設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。當(dāng)時(shí)全國有20多個(gè)企業(yè),共投資8000萬元人民幣和1300萬美元,先后引進(jìn)美國、德國、日本等國家的稱重傳感器與電子衡器技術(shù)和樣機(jī),仿制生產(chǎn)有代表性的符合國內(nèi)市場需求的產(chǎn)品;第二階段是在領(lǐng)會、掌握國外設(shè)計(jì)技術(shù)與制造工藝的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)電子衡器市場需求,獨(dú)立自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)稱重傳感器;第三階段是在獨(dú)立設(shè)計(jì)彈性元件結(jié)構(gòu)與制造工藝流程的基礎(chǔ)上,完善生產(chǎn)工藝裝備,更新檢測儀表和規(guī)范技術(shù)性能測試方法,結(jié)合國內(nèi)外市場的需求,小、中批量生產(chǎn)各種規(guī)格的稱重傳感器;第四階段是設(shè)計(jì)力量較強(qiáng),工藝裝備、檢測手?jǐn)嗤晟?建立多條質(zhì)量控制嚴(yán)格、制程穩(wěn)定生產(chǎn)線的少數(shù)企業(yè),為國外企業(yè)貼牌加工或向國外批量出口各種規(guī)格的稱重傳感器。其中以中航電測儀器股份有限公司、寧波柯力傳感科技股份有限公司、浙江南洋傳感器制造有限公司等最具有代表性,這些企業(yè)有多個(gè)型號多種規(guī)格的稱重傳感器通過國際OIML認(rèn)證、美國NTEP認(rèn)證、歐洲CE認(rèn)證。進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國稱重傳感器行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)是大、中、小企業(yè)并舉,集團(tuán)化、專業(yè)化生產(chǎn)與多品種、小規(guī)模生產(chǎn)并存。稱重傳感器研究、設(shè)計(jì)、制造企業(yè)已從20世紀(jì)80年代的30多家發(fā)展到現(xiàn)今的200余家,專營、兼營銷售稱重傳感器的公司也有100多家。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算技術(shù)、制造技術(shù)與工藝技術(shù)、自動流水生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)工藝技術(shù)及統(tǒng)計(jì)制程管理技術(shù)都取得很大進(jìn)步。根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計(jì)的2012年和2013年家用、商業(yè)、工業(yè)電子衡器出口數(shù)量推算,僅出口電子衡器產(chǎn)品配套一項(xiàng),家用秤用稱重傳感器年生產(chǎn)量分別達(dá)到2.77億和2.88億只;電子計(jì)價(jià)秤用稱重傳感器年產(chǎn)量分別為609萬和710萬只;工業(yè)電子衡器用稱重傳感器年產(chǎn)量分別超過1700萬和1990萬只。如果按國內(nèi)銷售的稱重傳感器數(shù)量與電子衡器配套出口的稱重傳感器數(shù)量相當(dāng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),家用秤用稱重傳感器年產(chǎn)量約為5.8億只;電子計(jì)價(jià)秤用稱重傳感器年產(chǎn)量約為1400萬只;工業(yè)電子衡器用稱重傳感器年產(chǎn)量為4000萬只(中國衡器協(xié)會2013年衡器行業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營情況通報(bào)公布的稱重傳感器產(chǎn)量為4354萬只)。上述數(shù)據(jù)說明我國是名副其實(shí)的稱重傳感器生產(chǎn)大國,但不是研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)強(qiáng)國。做稱重傳感器的生產(chǎn)大國,同時(shí)也是生產(chǎn)強(qiáng)國應(yīng)該是我國稱重傳感器生產(chǎn)企業(yè)的奮斗目標(biāo)。我國50余家具有規(guī)?；a(chǎn)能力的稱重傳感器制造企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售情況,基本反映出我國稱重傳感器設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用技術(shù)水平和發(fā)展概況,代表了我國稱重傳感器技術(shù)發(fā)展方向。以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝裝備與制造工藝技術(shù)的進(jìn)步,新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用,基本反映出我國稱重傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。2.1稱重傳感器的研制和發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì)以來,國內(nèi)大多數(shù)稱重傳感器制造企業(yè),稱重傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算,完全擺脫了傳統(tǒng)的以理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊等為設(shè)計(jì)依據(jù)的半理論、半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式。逐步開展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),建立較為復(fù)雜的力學(xué)模型,采用有限元程序包進(jìn)行計(jì)算和分析。并在傳統(tǒng)的就現(xiàn)象論現(xiàn)象的分析方法中,引入建立數(shù)學(xué)模型分析和推算稱重傳感器相關(guān)誤差的新方法,發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理某些不可避免的缺陷甚至錯(cuò)誤,保證彈性元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理化、最優(yōu)化,提高了彈性元件與引入載荷的壓頭、壓墊、底座等設(shè)計(jì)的精確性、可靠性,保證使用過程中稱重傳感器性能波動最小。近年來,稱重傳感器新產(chǎn)品與自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)成果,突出地反映了我國稱重傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步,主要研發(fā)成果如下:(1)數(shù)字化和數(shù)字式稱重傳感器。20世紀(jì)90年代中期以來,國內(nèi)多家稱重傳感器制造企業(yè)先后開發(fā)出數(shù)字稱重傳感器,并成功地應(yīng)用在數(shù)字化大型電子汽車衡中。梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司,批量生產(chǎn)數(shù)字式稱重傳感器,突破了模擬式稱重傳感器準(zhǔn)確度極限,最大檢定分度數(shù)可達(dá)10000分度,在數(shù)字稱重傳感器全自動測試和數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與工藝中均有重大突破。(2)高溫稱重傳感器。20世紀(jì)90年代中期,江蘇申大衡器有限公司和余姚太平洋稱重工程有限公司,分別攻克了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高溫材料及元器件篩選、高溫溫度補(bǔ)償裝備與工藝、高溫密封材料試驗(yàn)與灌裝密封工藝、高溫性能試驗(yàn)與測試等工藝難關(guān),研制出安全極限溫度為250℃,工作溫度為200℃的多種結(jié)構(gòu)和規(guī)格的高溫稱重傳感器,滿足了冶金行業(yè)需求。(3)防爆稱重傳感器。國內(nèi)許多稱重傳感器企業(yè)都能生產(chǎn)本質(zhì)安全型防爆稱重傳感器,并有多種系列產(chǎn)品經(jīng)國家儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗(yàn)站檢驗(yàn)合格,取得防爆合格證。中國航天科技集團(tuán)公司六院11所和上海大和衡器有限公司都研制出隔爆型稱重傳感器,即在稱重傳感器本體外,再安裝一個(gè)隔爆防爆外殼,使帶有電橋電路的稱重傳感器處于隔爆外殼的內(nèi)腔中。外殼隔爆接合面的長度和間隙應(yīng)完全符合GB3836.2—2000隔爆型電氣設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn)要求。(4)新型結(jié)構(gòu)的十字梁稱重傳感器。浙江南洋傳感器制造有限公司,在分析了雙剪梁型稱重傳感器并聯(lián)組秤重心高,剛度不對稱,彈性元件與底座為分體結(jié)構(gòu)等固有缺點(diǎn)后,研究設(shè)計(jì)出新型結(jié)構(gòu)的十字梁型稱重傳感器。其十字梁彈性元件采用模鍛新工藝,將40CrNiMoA合金鋼棒料模鍛成十字梁毛坯,使十字應(yīng)變梁與底座成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu),固有線性好,剛度對稱,抗偏心、側(cè)向載荷能力強(qiáng),組秤重心低穩(wěn)定性好。采用活動式三滾珠壓頭引入載荷,保證稱重傳感器只感受軸向載荷,不傳遞側(cè)向載荷,特別適合組裝大型電子汽車衡和各種電子平臺秤。(5)新型自動定心圓柱式稱重傳感器。近年來,國內(nèi)以東莞市華蘭海電子有限公司、浙江南洋傳感器制造有限公司、寧波柯力傳感科技股份有限公司為代表的一些企業(yè),分析了雙剪梁型稱重傳感器不是整體結(jié)構(gòu),組合件制造和裝配的不一致性,連接件之間的摩擦和位移都可以引起非線性和離散性;頂球式傳遞載荷平移和旋轉(zhuǎn)自由度小,承載器受載和溫度變形時(shí),使鋼球沿球碗爬坡,離開對中準(zhǔn)確的中心點(diǎn)而產(chǎn)生稱量誤差,并影響承載器回零等缺點(diǎn)后,研制出多種自動定位、復(fù)位的新型圓柱式稱重傳感器,成為較理想的雙剪梁型稱重傳感器替代品,取得了較好的應(yīng)用效果。(6)新型軌墊式稱重傳感器。杭州錢江稱重技術(shù)有限公司、鐵道科學(xué)研究院北京路通公司,分別研發(fā)出低外形剪切型軌墊式系列稱重傳感器,為不斷軌軌道衡的更新?lián)Q代產(chǎn)品,并取得多項(xiàng)國家專利。該系列稱重傳感器具有線性好、剛度大、抗側(cè)向力能力強(qiáng)、耐沖擊、抗振動、響應(yīng)速度快、防水性能好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。其主要應(yīng)用特點(diǎn)是取消軌道衡的承載器結(jié)構(gòu),與鋼結(jié)構(gòu)軌枕和連結(jié)件組成一個(gè)剛性結(jié)構(gòu),不切斷原有軌道上的鋼軌,從而使列車平穩(wěn)通過,無沖擊現(xiàn)象,提高了被檢車輛過衡速度和稱量準(zhǔn)確度。(7)高準(zhǔn)確度稱重傳感器。中航電測儀器股份有限公司充分利用多年來鋁合金稱重傳感器研制和產(chǎn)品認(rèn)證中積累的豐富經(jīng)驗(yàn),在彈性元件、電阻應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變膠粘劑、制造工藝、電路補(bǔ)償、防護(hù)密封等方面進(jìn)行了大量研究和攻關(guān),掌握了制造高準(zhǔn)確度鋁合金稱重傳感器的關(guān)鍵技術(shù),并突破了幾道瓶頸工序。批量生產(chǎn)出C5級鋁合金稱重傳感器,改變了以往高準(zhǔn)確度稱重傳感器只能從大量常規(guī)產(chǎn)品中篩選的落后模式。(8)稱量、數(shù)據(jù)處理、示值顯示一體化的稱重傳感器。此類產(chǎn)品屬于功能集成的稱重傳感器,它是指將重量信息采集、放大、變換、傳輸、處理和顯示功能都集于稱重傳感器本體內(nèi)或本體上。寧波柯力傳感科技股份有限公司研發(fā)的ILE-XS型數(shù)字一體化稱重傳感器,就是此類功能集成化稱重傳感器的典型代表。它采用高抗干擾單片微處理器,配合高精度△-∑A/D轉(zhuǎn)換技術(shù),嵌入稱重傳感器內(nèi)部,顯示直觀方便。(9)網(wǎng)絡(luò)化稱重傳感器。隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更是得到快速發(fā)展,引起人們的極大關(guān)注。日月科技發(fā)展集團(tuán)蚌埠日月儀器研究所有限公司研制出多種無線數(shù)字化傳感器,利用無線傳感器通信終端組建本地?zé)o線測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。即利用無線數(shù)字稱重傳感器,通過本地?zé)o線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)字化稱重傳感器通信終端與筆記本電腦相連,在無線稱重傳感器測試軟件支持下,完成工業(yè)現(xiàn)場自動化遠(yuǎn)程測試、控制重量信息等任務(wù)。該公司研制的各種無線數(shù)字化傳感器已應(yīng)用到石油工業(yè)數(shù)字化油井等多個(gè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場自動化遠(yuǎn)程無線測試。(10)超大量程、微小量程測力與稱重傳感器的研發(fā)與應(yīng)用。對于世界各國稱重傳感器制造企業(yè)來說,超大量程和微小量程測力與稱重傳感器的研制都是較困難的課題。以浙江南洋傳感器制造有限公司為代表的幾家企業(yè),在彈性元件材料選擇和熱處理工藝、結(jié)構(gòu)與邊界條件設(shè)計(jì)、非線性補(bǔ)償、防護(hù)密封、試驗(yàn)測試等環(huán)節(jié),均有技術(shù)創(chuàng)新和工藝突破。先后研制出拉伸型1000t圓筒式、壓縮型3000t單圓筒式和三圓筒并聯(lián)組合式測力與稱重傳感器,在軍事工程和石油鉆井平臺取得非常好的應(yīng)用效果。(11)新型稱重模塊。為使稱重模塊盡快應(yīng)用于國內(nèi)各類電子衡器和電子稱重系統(tǒng),國內(nèi)許多稱重傳感器制造企業(yè)都研制出與多種稱重傳感器配套的各種稱重模塊,供用戶組裝電子衡器時(shí)選用。其中梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司的配有完全數(shù)字化稱重傳感器的稱重模塊,將料罐稱重提升到新水平。數(shù)字稱重傳感器將環(huán)境補(bǔ)償與預(yù)防性維護(hù)等功能相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)非常簡單的安裝,能真正防止物料損失,控制不合格批次或停止生產(chǎn)過程。(12)清華大學(xué)研制成功一種基于石英諧振器應(yīng)變敏感效應(yīng)的數(shù)字式力與稱重傳感器。研究了敏感元件的力敏特性、諧振器的應(yīng)變敏感效應(yīng)與諧振頻率、諧波次數(shù)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系,保證了良好的頻率穩(wěn)定性。研制了專用膠粘劑,解決了影響力與稱重傳感器蠕變和滯后性能的關(guān)鍵工藝,提高了力與稱重傳感器性能指標(biāo)及合格率。在國內(nèi)外首創(chuàng)開發(fā)了系列化的下游應(yīng)用產(chǎn)品———各類石英電子衡器。2.2重傳感器制造企業(yè)應(yīng)關(guān)注的幾個(gè)問題在自主設(shè)計(jì)制造稱重傳感器的實(shí)踐中,許多稱重傳感器制造企業(yè)都取得了設(shè)置生產(chǎn)工序、編制生產(chǎn)工藝流程的經(jīng)驗(yàn),充分認(rèn)識到工藝裝備和檢測手段在稱重傳感器研制、生產(chǎn)過程中的決定性作用,真正體會到“從工藝看水平,從裝備看質(zhì)量”的深刻內(nèi)涵。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對稱重傳感器研制生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)設(shè)施(如彈性元件清洗設(shè)備、粘貼電阻應(yīng)變計(jì)用凈化間、零點(diǎn)溫度測量與補(bǔ)償設(shè)備等)和檢測設(shè)備(如力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)及配套的高低溫試驗(yàn)箱、6位半以上數(shù)字電壓表、絕緣電阻測量儀等)都作了明確規(guī)定,并在申請制造計(jì)量器具許可證時(shí),對生產(chǎn)設(shè)施、檢測設(shè)備逐項(xiàng)核對審查,全部合格后才具備申請條件。外因通過內(nèi)因起作用,對稱重傳感器制造企業(yè)的客觀要求和其主觀認(rèn)識都集中到必須重視和改善生產(chǎn)工藝裝備、提高制造工藝水平上。近些年來,在生產(chǎn)企業(yè)與裝備制造企業(yè)的共同努力下,一批質(zhì)量好、功能全、叫得響、用得住的稱重傳感器生產(chǎn)工藝裝備,在各企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,主要工藝裝備如下:2.2.1多重保護(hù)功能采用計(jì)算機(jī)控制的液壓全自動疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī),能采集分析稱重傳感器檢測控制過程的所有狀態(tài),適時(shí)采集檢測數(shù)據(jù)并加以分析處理和打印,還能對異常狀態(tài)迅速作出響應(yīng),具有多重保護(hù)功能。為了檢測不需要編程研制過程中的稱重傳感器,還配備了手動功能,它是自動功能的備份和補(bǔ)充。液壓全自動疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的傳力精度±0.02%FS(實(shí)測精度);加載穩(wěn)定性:采樣時(shí)穩(wěn)定0.4s,穩(wěn)定精度±0.001%FS;每30min或大于30min,穩(wěn)定精度±0.004%FS;力值分辨力優(yōu)于±0.005%FS。按完成預(yù)加載荷三次、進(jìn)回程測試加載3次、打印出表格化檢測數(shù)據(jù)、繪制出階梯公差帶誤差曲線、卸下全部載荷的工作程序計(jì)算時(shí)間,檢測一只稱重傳感器只需要15min。2.2.2敏度轉(zhuǎn)換眾所周知,數(shù)字式稱重傳感器組裝數(shù)字電子秤是通過靈敏度(mV/V)的轉(zhuǎn)換,來測量被稱物體的重量,它的最底層的溯源器不是標(biāo)準(zhǔn)砝碼而是標(biāo)準(zhǔn)力源,因此對力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的力值準(zhǔn)確度要求很高。一般多采用5×102.2.3群控靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)為提高小、中量程模擬式或數(shù)字式稱重傳感器的生產(chǎn)效率,梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司等企業(yè),在其生產(chǎn)線上分別設(shè)置了50kg、500kg、2000kg群控靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)。它由多臺靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)、高低溫試驗(yàn)箱和控制系統(tǒng)組成,具有拉伸、壓縮雙向加載功能。該控制系統(tǒng)按程序?qū)来a和動橫梁通過光電傳感器進(jìn)行位置控制,由PLC和計(jì)算機(jī)通過軟件完成整個(gè)控制程序,實(shí)現(xiàn)對單臺靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)單獨(dú)控制和多臺靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)同時(shí)控制。由于此種群控靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具有活動橫梁,在將砝碼全部掛上后,通過動橫梁可進(jìn)行一次性的快速加載或卸載,滿足快速三次預(yù)載試驗(yàn)和蠕變試驗(yàn)加載要求,提高了檢測效率。2.2.4多點(diǎn)智能靈敏度溫度補(bǔ)償測試系統(tǒng)20世紀(jì)80年代只有少數(shù)企業(yè)配備了自動測試零點(diǎn)溫度補(bǔ)償裝備,現(xiàn)在絕大多數(shù)企業(yè)或外購或自主研制,均配備了高效智能零點(diǎn)溫度補(bǔ)償測試系統(tǒng),大批量生產(chǎn)的企業(yè)已配備了十多套,有的公司還配備了多點(diǎn)智能靈敏度溫度補(bǔ)償測試系統(tǒng)。秦皇島市協(xié)力科技開發(fā)有限公司研制生產(chǎn)的WB-Ⅲ型稱重傳感器高效智能零點(diǎn)溫度補(bǔ)償測試系統(tǒng)的硬件由接口單元、高低溫試驗(yàn)箱及箱內(nèi)的接線單元、高穩(wěn)定度激勵(lì)電源、數(shù)據(jù)采集單元、微機(jī)系統(tǒng)和打印機(jī)構(gòu)成。稱重傳感器零點(diǎn)和靈敏度溫度補(bǔ)償軟件,可根據(jù)各自的溫度補(bǔ)償工藝特點(diǎn)選用和自行編制。每套系統(tǒng)最多可使用7組數(shù)據(jù)采集單元與7組激勵(lì)電源、接線箱等組成420個(gè)零點(diǎn)溫度補(bǔ)償測試點(diǎn)。如是多種類型稱重傳感器可以設(shè)置不同的系統(tǒng)編號,以便歸檔和數(shù)據(jù)查詢。2.2.5電阻應(yīng)變計(jì)系統(tǒng)進(jìn)入21世紀(jì)以來,對大批量生產(chǎn)的稱重傳感器,特別是平行梁結(jié)構(gòu)的稱重傳感器,為提高生產(chǎn)效率和電阻應(yīng)變計(jì)定位準(zhǔn)確度,梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司和寧波柯力傳感科技股份有限公司,研制出具有本公司制造工藝特點(diǎn)的自動粘貼電阻應(yīng)變計(jì)系統(tǒng)。既提高了電阻應(yīng)變計(jì)定位準(zhǔn)確度和工作效率,又減輕了操作者的勞動強(qiáng)度。2.2.6固化、后固化模具設(shè)計(jì)日產(chǎn)5000~6000只各種稱重傳感器的寧波柯力傳感技術(shù)股份有限公司,為確保工藝質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,研制出粘貼電阻應(yīng)變計(jì)固化、后固化工藝用的隧道式自動化加溫控溫烘道,在多條生產(chǎn)線上使用。隧道式加溫控溫烘道,控溫精度高,工作段溫度均勻性好,固化、后固化完成后應(yīng)變膠粘劑物理和機(jī)械性能的均一性好,為提高稱重傳感器的工作可靠性和長期穩(wěn)定性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2.3稱重傳感器制造工藝與裝備的關(guān)系稱重傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)是以制造工藝為基礎(chǔ),并依賴于制造工藝而發(fā)展起來的。制造工藝不僅是基礎(chǔ)的工藝技術(shù),而且是稱重傳感器生產(chǎn)過程中起核心作用的專業(yè)技術(shù),稱重傳感器的質(zhì)量和成本都與制造技術(shù)和工藝過程密切相關(guān)。稱重傳感器制造工藝與工藝裝備是相輔相成的促進(jìn)與帶動關(guān)系,科學(xué)合理可重復(fù)的制造工藝必須有與其對應(yīng)功能的測量準(zhǔn)確的工藝裝備做支撐;反之,高效智能的工藝裝備又能促使制造技術(shù)與制造工藝擺脫傳統(tǒng)方法束縛,形成現(xiàn)代制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造工藝相結(jié)合,技術(shù)與管理相結(jié)合的新型現(xiàn)代制造工藝系統(tǒng)。近些年來,我國稱重傳感器核心制造工藝的進(jìn)步,明顯地提高了稱重傳感器的總體質(zhì)量水平。更可喜的是在提高核心制造工藝的過程中,改變了一些從業(yè)者“稱重傳感器制造工藝必然存在手工作坊痕跡”的錯(cuò)誤認(rèn)識。近年來,稱重傳感器核心制造工藝的進(jìn)步較大地提升了我國稱重傳感器的總體質(zhì)量水平,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:2.3.1稱重傳感器的計(jì)量特性在彈性元件應(yīng)變區(qū)粘貼電阻應(yīng)變計(jì)是核心制造工藝中的要害工序,其工作環(huán)境、粘貼質(zhì)量直接影響稱重傳感器的計(jì)量特性。經(jīng)過認(rèn)證、取證和國際交流,各企業(yè)普遍認(rèn)識到粘貼電阻應(yīng)變計(jì)工作環(huán)境對粘貼質(zhì)量的影響,或購置標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的凈化間、凈化工作臺,或自建溫度、濕度、潔凈度、照明和防靜電措施都符合要求的凈化間,保證了模擬和數(shù)字稱重傳感器電阻應(yīng)變計(jì)粘貼、數(shù)字模塊安裝質(zhì)量。2.3.2采用彈性元件膠片組橋后整體清洗工藝稱重傳感器的故障80%是工藝問題,而在工藝問題中的一部分是電阻應(yīng)變計(jì)焊點(diǎn)引出線、內(nèi)外引線的焊接和清洗問題。國際著名稱重傳感器制造企業(yè),普遍采用彈性元件貼片焊線組橋后整體清洗工藝,清除焊點(diǎn)及其周圍的焊劑和污物,然后