稱重傳感器的發(fā)展歷史

      美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院教授E.Simmons和麻省理工學(xué)院教授A.Ruge分別同時(shí)研制出紙基絲繞式電阻應(yīng)變計(jì)，命名為SR-4型，由美國(guó)BLH公司專利生產(chǎn)，同時(shí)也使BLH公司成為利用SR-4型電阻應(yīng)變計(jì)制造傳感器的創(chuàng)始者。1940年美國(guó)軍事工程部門和Revere公司總工程師A.Thurston分別把電阻應(yīng)變計(jì)技術(shù)應(yīng)用于軍事工程的電子測(cè)力和稱重計(jì)量領(lǐng)域，研制出應(yīng)變式負(fù)荷傳感器。1942年在美國(guó)應(yīng)變式負(fù)荷傳感器已經(jīng)大量生產(chǎn)，至今已有60多年歷史。這期間經(jīng)過(guò)種種改進(jìn)和發(fā)展，負(fù)荷傳感器的準(zhǔn)確度從研制初期的百分之幾量級(jí)提高到千分之幾、萬(wàn)分之幾量級(jí)，并以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、準(zhǔn)確度高、頻率響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、工作壽命長(zhǎng)、幾乎不用維修等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種測(cè)力裝置和電子稱重系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)60多年的變遷，盡管負(fù)荷傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)、幾何形狀和尺寸發(fā)生了不小變化，原材料、元器件，制造技術(shù)與工藝都有較大改進(jìn)和提高，應(yīng)用研究也取得了許多成就，但其基本構(gòu)思、基本原理和基本工藝仍然證明是合理的可靠的。負(fù)荷傳感器技術(shù)的幾個(gè)發(fā)展時(shí)期和起決定性作用的技術(shù)創(chuàng)新是值得認(rèn)真研究和總結(jié)的，它對(duì)未來(lái)稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展和確立技術(shù)研究課題都有指導(dǎo)作用。

        1952年英國(guó)學(xué)者杰克遜首先研制出金屬箔式電阻應(yīng)變計(jì)，為負(fù)荷傳感器提供較理想的轉(zhuǎn)換元件。并創(chuàng)造了用熱固膠粘貼電阻應(yīng)變計(jì)的新工藝，提高了負(fù)荷傳感器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，促進(jìn)了負(fù)荷傳感器技術(shù)的發(fā)展。

        1974年日本學(xué)者大井光四郎利用平面問(wèn)題的有限單元法分析電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變傳遞，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。德國(guó)學(xué)者埃多姆和美國(guó)學(xué)者斯坦因分別利用建立彈性體力學(xué)模型，采用有限單元計(jì)算分析彈性體的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)，求得最佳化設(shè)計(jì)，為利用現(xiàn)代化科技手段設(shè)計(jì)與計(jì)算負(fù)荷傳感器開(kāi)辟了新途徑。
        1975年前后，為滿足低容量電子計(jì)價(jià)秤發(fā)展的需要，美、日等國(guó)研制出鋁合金不變彎矩原理的平行梁結(jié)構(gòu)負(fù)荷傳感器。雖然它利用的是平行梁表面的彎曲應(yīng)力，應(yīng)屬于正應(yīng)力類型，但因其不變彎矩原理使靈敏度對(duì)加力點(diǎn)變化不敏感，拉向和壓向靈敏度對(duì)稱，它又具備了切應(yīng)力負(fù)荷傳感器的特點(diǎn)。并且量程小，剛度大，便于調(diào)整四角誤差，很快就形成了負(fù)荷傳感器的又一個(gè)發(fā)展潮流。
        蠕變是高精度電阻應(yīng)變計(jì)和負(fù)荷傳感器經(jīng)常遇到和必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。70年代末，前蘇聯(lián)學(xué)者H.科洛考娃通過(guò)對(duì)一維力學(xué)模型和應(yīng)變傳遞系數(shù)的分析，提出控制應(yīng)變計(jì)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(yīng)變計(jì)的理論，并成功的研制出系列蠕變補(bǔ)償電阻應(yīng)變計(jì)。對(duì)低容量鋁合金負(fù)荷傳感器減小蠕變誤差，提高準(zhǔn)確度等級(jí)起到了至關(guān)重要的作用，使商用和家用電子秤的負(fù)荷傳感器多品種、大批量生產(chǎn)成為可能。
        由于電子稱重技術(shù)和工業(yè)、商業(yè)電子衡器的迅速發(fā)展，負(fù)荷傳感器的性能指標(biāo)和評(píng)定方法，已不能滿足采用階梯公差帶評(píng)定準(zhǔn)確度等級(jí)的電子衡器的需要，急需準(zhǔn)確度評(píng)定比較統(tǒng)一的計(jì)量規(guī)程。80年代初，國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）質(zhì)量測(cè)量指導(dǎo)秘書處為適應(yīng)電子衡器的誤差評(píng)定方法，決定將用于電子稱重的稱重傳感器與測(cè)力傳感器徹底分開(kāi)，由美國(guó)負(fù)責(zé)的第8報(bào)告秘書處起草《稱重傳感器計(jì)量規(guī)程》。經(jīng)過(guò)OIML成員國(guó)書面表決后，在1984年10月第7屆法制計(jì)量大會(huì)上正式批準(zhǔn)，并于1985年以O(shè)IML，R60國(guó)際建議頒布，下發(fā)到各成員國(guó)。目前各國(guó)正在執(zhí)行的是R60的2000年版。由于新計(jì)量規(guī)程把計(jì)量性能與溫度性能綜合考慮，增加了研究開(kāi)發(fā)與大批量生產(chǎn)的難度，逼迫企業(yè)完善工藝準(zhǔn)備，改進(jìn)制造工藝，使稱重傳感器的綜合性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性均有較大提高，保證了電子秤的質(zhì)量。
        80年代中期，隨著數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，為滿足電子衡器數(shù)字化、智能化的要求和用數(shù)字稱重系統(tǒng)突破模擬稱重系統(tǒng)局限性的構(gòu)想，美國(guó)TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德國(guó)HBM公司等先后研制出整體型和分離型數(shù)字式智能稱重傳感器，并以其輸出信號(hào)大，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，易實(shí)現(xiàn)智能控制等特點(diǎn)成為數(shù)字式電子衡器和自動(dòng)稱重計(jì)量與控制系統(tǒng)的必選產(chǎn)品，并形成了一個(gè)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。
        從上述技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)重要階段不難看出，電子稱重技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展，而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為稱重傳感器的研發(fā)提供了技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。