稱重傳感器技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
如果說(shuō)20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)的各種剪切梁式切應(yīng)力稱重傳感器和低容量鋁合金平行梁式稱重傳感器，與傳統(tǒng)的柱、筒、環(huán)、梁型正應(yīng)力稱重傳感器形成了三大發(fā)展潮流，開創(chuàng)了稱重傳感器全面發(fā)展時(shí)期，那么90年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)過(guò)程控制自動(dòng)化水平的提高，工業(yè)、商業(yè)和家用電子秤不斷增加，對(duì)稱重傳感器的品種、產(chǎn)量、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都提出了許多新要求，促進(jìn)了新產(chǎn)品開發(fā)和常規(guī)產(chǎn)品工程化大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)量逐年上升，可以說(shuō)進(jìn)入了稱重傳感器的大發(fā)展時(shí)期。
吸取工程化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的擬實(shí)技術(shù)和虛擬技術(shù)，加快稱重傳感器開發(fā)速度，減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。稱重傳感器設(shè)計(jì)中的擬實(shí)技術(shù)是指面向彈性體的結(jié)構(gòu)和性能分析技術(shù)，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、性能和成本為目標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)選擇、尺寸確定，強(qiáng)度、剛度有限元計(jì)算，受載分析，動(dòng)態(tài)仿真等。主要是建立較為復(fù)雜的力學(xué)模型，采用交互、高交互有限元程序包，深入分析彈性體的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。許多企業(yè)都有自己獨(dú)創(chuàng)的較為成熟的計(jì)算軟件，均取得了很好的計(jì)算和應(yīng)用效果。稱重傳感器設(shè)計(jì)中的虛擬技術(shù)是指面向彈性體生產(chǎn)過(guò)程的模擬和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)彈性體的可加工性，加工方法和工藝的合理性，以優(yōu)化制造工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本為目標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還可利用有限元分析模擬彈性體加、卸載過(guò)程，計(jì)算出載荷增加、減少時(shí)的接觸應(yīng)力，分析出接觸摩擦系數(shù)變化的影響及彈性體變形的縱橫比，評(píng)定稱重傳感器的滯后。稱重傳感器擬實(shí)化和虛擬化設(shè)計(jì)的核心是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)仿真軟件來(lái)模擬真實(shí)受載情況，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝的合理性，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中不易發(fā)現(xiàn)的缺陷和錯(cuò)誤。
現(xiàn)代制造技術(shù)專家吉川教授指出：世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)，主要是制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，在各個(gè)國(guó)家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用往往占60％左右。稱重傳感器行業(yè)更是如此，制造技術(shù)已不是傳統(tǒng)觀念中的“作坊手藝”，而是一個(gè)集機(jī)械、電子、信息、材料、自控和管理為一體的新型交叉學(xué)科和綜合技術(shù)。在稱重傳感器行業(yè)誰(shuí)掌握了現(xiàn)代制造技術(shù)，誰(shuí)就能占領(lǐng)較大的市場(chǎng)份額。稱重傳感器多品種、大批量生產(chǎn)特點(diǎn)決定了只有采用先進(jìn)制造技術(shù)，才能把以時(shí)間為核心的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)三要素時(shí)間、質(zhì)量、成本之間的矛盾有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使三者達(dá)到統(tǒng)一。國(guó)際上年產(chǎn)20-40萬(wàn)支，甚至60萬(wàn)支的稱重傳感器企業(yè)都引入了先進(jìn)的制造技術(shù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和模擬技術(shù)確定工藝規(guī)范，優(yōu)化工藝方案，預(yù)測(cè)加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷和防止措施。從單臺(tái)機(jī)床、單道工序、單個(gè)工具生產(chǎn)效率的提高，發(fā)展到普遍采用加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS）等整體效率的提高。90年代以來(lái)，稱重傳感器企業(yè)流行的制造系統(tǒng)是把計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，由計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)加工中心以及工件、刀具傳送裝置等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)化，形成柔性制造系統(tǒng)，達(dá)到多品種、大批量生產(chǎn)，穩(wěn)定質(zhì)量、提高效率、降低成本的綜合目的。使彈性體加工從單元技術(shù)發(fā)展到集成化技術(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。濟(jì)南金鐘電子衡器股份有限公司就采用了柔性制造系統(tǒng)（FMS）對(duì)傳統(tǒng)的制造技術(shù)進(jìn)行改造并通過(guò)驗(yàn)收。這對(duì)彈性體加工尚處于單機(jī)制造或單機(jī)自動(dòng)化、剛性自動(dòng)化的生產(chǎn)企業(yè)是值得認(rèn)真學(xué)習(xí)和借鑒的。
應(yīng)變式稱重傳感器生產(chǎn)工藝的主要問題是手工操作與控制成份大，人為的因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，生產(chǎn)效率低，不適合多品種、大批量生產(chǎn)。稱重傳感器生產(chǎn)工藝創(chuàng)新的方向是在保證設(shè)計(jì)符合性控制和工藝可靠性控制的基礎(chǔ)上，盡量減少手工操作和人為控制，增加自動(dòng)化和半自動(dòng)化工序。例如采用計(jì)算機(jī)控制或人機(jī)一體化工藝系統(tǒng)減少手工操作，增加自動(dòng)控制，保證工藝兌現(xiàn)率。國(guó)際上年產(chǎn)量大的生產(chǎn)企業(yè)都自行研究設(shè)計(jì)出網(wǎng)絡(luò)化的制造工藝與測(cè)試系統(tǒng)，稱為制造測(cè)試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化或生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化。它是稱重傳感器彈性體從分類編號(hào)打印條形代碼開始，經(jīng)過(guò)全部生產(chǎn)工藝過(guò)程到包裝入庫(kù)為止，實(shí)時(shí)控制與測(cè)試基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。包括貼片組橋，固化和后固化烘箱控制系統(tǒng)，零點(diǎn)和靈敏度溫度補(bǔ)償測(cè)試與計(jì)算系統(tǒng)，各種穩(wěn)定處理測(cè)試與控制系統(tǒng)，性能測(cè)試與檢定自動(dòng)控制系統(tǒng)等。各生產(chǎn)工序和控制系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)均為自動(dòng)采集，不能人為輸入、任意修改，保證測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。也有采用總線型兩極分布式信息系統(tǒng)，把稱重傳感器生產(chǎn)監(jiān)控作為一個(gè)子系統(tǒng)，主要有質(zhì)量監(jiān)督功能，設(shè)備監(jiān)督功能，生產(chǎn)能力調(diào)整功能，生產(chǎn)支持系統(tǒng)功能和生產(chǎn)工藝過(guò)程監(jiān)督功能等。美國(guó)VT特迪亞—亨特利（北京）電子有限公司，自行研制設(shè)計(jì)了稱重傳感器制造工藝與測(cè)試網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)，并調(diào)試成功投入使用，使年產(chǎn)量達(dá)到40多萬(wàn)支。中航電測(cè)儀器有限公司也建立了稱重傳感器網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)。
在上述設(shè)計(jì)、制造和工藝技術(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，研發(fā)出許多技術(shù)含量高、工藝難度大的新產(chǎn)品，豐富了稱重傳感器市場(chǎng)。
美國(guó)Revere（里維爾）公司研制的PUS型罐式拉、壓兩用稱重傳感器，其外殼由涂有環(huán)氧樹脂的合金鋼構(gòu)成，內(nèi)部安裝一個(gè)低位移的具有大氣壓力補(bǔ)償功能的拉壓式彈性元件。適用于高精度的檢驗(yàn)平臺(tái)、稱重平臺(tái)和料斗秤、容器秤等。量程100-300000Ib（45-136000kg），準(zhǔn)確度C3級(jí)，工作溫度可達(dá)400°F（240℃）。
德國(guó)HBM公司研制的C2A和C16A兩種不同結(jié)構(gòu)系列，量程均為1-100t的稱重傳感器，都具有“耐壓外殼”保護(hù)的防爆功能，其“耐壓外殼”保護(hù)結(jié)構(gòu)符合歐洲EN50014易爆區(qū)域電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)和EN50018易爆區(qū)域電氣設(shè)備耐壓外殼“d”級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。焊接外殼均經(jīng)過(guò)高壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密封性能，試驗(yàn)壓力20Pa(帕）。
美國(guó)Scaime（斯凱梅）公司研制出新一代高準(zhǔn)確度不銹鋼F60X系列，量程5-5000kg的稱重傳感器，準(zhǔn)確度可達(dá)6000d。主要用于濕度大、腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中，而且防水。達(dá)到如此高的準(zhǔn)確度等級(jí)主要是制造技術(shù)與制造工藝有新突破，例如不銹鋼的熱處理制度、多次回火工藝、大氣壓保護(hù)下的氣冷和深冷工藝等。
德國(guó)Seitner（塞特內(nèi)爾）公司為快速稱重計(jì)量系統(tǒng)研制的200型鈹青銅稱重傳感器，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(guò)載保護(hù)為一體，使稱量時(shí)稱重傳感器的衰變時(shí)間快，速度高，工作壽命長(zhǎng)。組裝成3-30kg電子平臺(tái)秤其準(zhǔn)確度可達(dá)4000d。
美國(guó)THI公司為快速稱重計(jì)量的旋轉(zhuǎn)式定量包裝機(jī)研制出THI1410型單點(diǎn)式鋁合金稱重傳感器，量程為5-30kg，準(zhǔn)確度C3級(jí)。與普通稱重傳感器最大不同是它可以承受離心力和機(jī)械振動(dòng)，內(nèi)部裝有特制的粘性阻尼器，保證稱量時(shí)有較快的穩(wěn)定時(shí)間和較小的測(cè)量誤差。THI-900型5-150kg稱重傳感器，稱量時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間低于50ms，稱重準(zhǔn)確度也是C3級(jí)。
美國(guó)VT-BLH公司，Metter-Toledo公司都開發(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。是用新技術(shù)面對(duì)電子稱重系統(tǒng)新挑戰(zhàn)的具有代表性的產(chǎn)品。稱重模塊以其出廠后可“即扦即用”，安裝與校驗(yàn)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性和可靠性高等特點(diǎn)，在各種電子衡器設(shè)計(jì)中被廣泛采用。例如美國(guó)VT-BLH公司KIS-2和KIS-3型不銹鋼模塊可自動(dòng)調(diào)節(jié)承載位置，減少由于偏載、振動(dòng)、熱效應(yīng)影響或偶然超載引起的稱量誤差。Z-BLOK型承載模塊可以承受由于攪拌、振動(dòng)、其它外力引起的偏心載荷，并不受地震或颶風(fēng)的影響。美國(guó)Toledo公司的D-35353模塊采用整體型特種鋼殼體，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，尺寸緊湊，具有多種過(guò)載保護(hù)功能。
此外，Dacom West（戴康 韋斯特）公司開發(fā)的利用可編程序減少非線性誤差，補(bǔ)償靈敏度溫度誤差的可編程MLX90308稱重傳感器接口；Kern（科恩）公司研制的低容量（36kg）、高分辨率（0.5g）、高準(zhǔn)確度（7200d）DS36K0.5型電子平臺(tái)秤用稱重傳感器，都有很高的技術(shù)含量和應(yīng)用價(jià)值。德國(guó)HBM公司研制的SSC型各種容器偏心稱重計(jì)量專用稱重傳感器，可將容器或平臺(tái)偏心載荷集中到一個(gè)稱重傳感器上，變?nèi)ХQ重傳感器為一支進(jìn)行稱重計(jì)量，已在拉圾車上得到很好驗(yàn)證。
上述各項(xiàng)新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品適應(yīng)了電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向快速稱重、低速動(dòng)態(tài)稱重和動(dòng)態(tài)稱重的發(fā)展趨勢(shì)，較好的體現(xiàn)了技術(shù)的先導(dǎo)性、工藝的先進(jìn)性和產(chǎn)品的適應(yīng)性等創(chuàng)新產(chǎn)品和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)原則，非常值得我國(guó)稱重傳感器制造企業(yè)研究、借鑒。更多稱重傳感器文章請(qǐng)見http://m.nfgnbcv.cn
