四、近年來稱重傳感器技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

    國(guó)際上主要有兩種發(fā)展途徑：以美國(guó)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(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(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。

    國(guó)際稱重傳感器技術(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)與制造技術(shù)支持下，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。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(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極高的稱重效率，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(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，保證制造工藝最佳化。

    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(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，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，最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(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，抗干擾能力強(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完全符合此定義。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。

    最后希望我國(guó)稱重傳感器行業(yè)，盡快結(jié)束瘋狂的價(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，站得住的名牌產(chǎn)品，盡快融入國(guó)際市場(chǎng)，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。