应变式称重传感器的技术集成性与环境适应性

　　一、前言

　　自从 1938 年美国加利福尼亚理工学院教授 E.Simmons(西蒙斯) 和麻省理工学院教授 A.Ruge(鲁奇) 发明电阻应变计以来，1940 年美国 BLH公司和 Revere 公司发明应变式负荷传感器已经 70多年。因为服务对象和计量性能评定方法不同，将用于力值测量和质量测量的负荷传感器分开，分别称为测力传感器和称重传感器已经近30 年。这期间应变式称重传感器 (以下简称“称重传感器”) 经过种种改进、创新和发展，其工作原理、制造技术与制造工艺相当成熟，大幅度提高称重传感器准确度的必要性已相对减弱，作为一个应用性很强的器件，即电子衡器和电子称重系统的核心部件，解决它在应用过程中出现的种种问题，提高环境适应性，是近年来称重传感器技术发展的明显特点。其主要研究方向和课题是称重传感器与承载压头、底垫、安装平台进行技术密集型组合，各部件的结构形状、制造材料、加工方法、热处理工艺等均应经过合理的匹配，使得各类称重组件或称重模块可对诸如倾斜载荷、振动载荷、温度影响等具有自动修正能力;研究称重传感器的零点温度漂移、灵敏度温度影响、蠕变等性能如何受外界多种环境条件作用，以及通过壳体、防护与密封涂层、自然温度梯度、电阻应变计类型所造成的影响;在测试与应用中，开展力标准机、称重传感器及有关压头、底垫间至今尚不完全清楚其机理的“寄生效应”研究;在内在机理上较苛刻的指标是称重传感器的稳定性和可靠性，长期以来一直是各生产商致力于解决的主要技术关键问题。因此必须重视称重传感器的耐环境设计，可靠性设计、控制和管理，加强防护与密封技术的研究，提高环境适应性，并研究称重传感器的准确度如何受到所用环境条件和性能特征的限制。

　　二、称重传感器的技术集成性

　　称重传感器的结构设计与理论计算是基于外载荷作用线与弹性元件加荷轴线一致的前提，且载荷是均匀的沿着轴线传递。事实上，称重传感器所承受的载荷，既不同轴也不均匀传递，因此会产生干扰影响。对此影响的敏感程度取决于称重传感器弹性元件的结构形状，压头、底垫和安装平台等附件的性能。其测量信号必定与称重传感器的下列因素有关：

　　(1) 相对于载荷轴线的倾斜位置;

　　(2) 应变区的面积效应;

　　(3) 压头和底垫的表面形状及硬度;

　　(4) 接触面大小和材料性质、接触表面粗糙度;

　　(5) 接触面、接触带或接触点的变形。

　　加强上述干扰量、影响量等问题的研究，对于称重传感器的结构设计、理论计算和生产出一贯符合国家标准的产品至关重要。称重传感器在应用过程中与其引入载荷的压头，承受载荷的底垫和安装平台密不可分，必须将其进行技术密集型组合，研究各部件的结构形状、制造材料、加工方法和热处理工艺等对引入载荷的影响以及它们之间的匹配关系，才能使得称重传感器的准确度和其他性能充分发挥出来，保证电子称重系统的称量准确度。