在工业过程控制中,由于生产的连续运转,对设备的可靠性有着较高的要求,采用了很多冗余技术来保证测量和控制的可靠.除了DCS系统的冗余外，对现场的传感器也提出了冗余的要求，DCS系统希望能及时了解各个传感器工作状态，并及时发现故障。这样，传统的称重方式由于多个模拟传感器的信号经过接线盒并接后成为一路信号，每个传感器的信号就不再是可独立辨别的，仪表无法在线发现问题，进行故障定位，就很难满足连续生产中高可靠性的要求。
梅特勒-托利多的数字称重传感器内部有微处理器，可以对自身进行诊断，每个都有自己的地址，仪表能够在线监测各个传感器输出并进行智能处理，不但大大提高了称重系统的可靠性，而且可以轻松解决一些模拟传感器很难实现的如大皮重小秤量、偏载检测等要求。再加上自己独特的高精度高速A/D转换技术、全面的传感器数字补偿技术以及远程高速防爆通信能力，使得性能超越了模拟传感器的极限，达到了OIML C6的精度，通过了多项国际认证，是真正的数字称重传感器。十多年来，梅特勒-托利多的数字称重传感器在全球各地广泛应用达到50万只以上。
与模拟传感器相比，数字称重传感器的如下特点更好地满足了过程控制的要求：
可靠性高,抗干扰能力强，防雷性能好
模拟传感器由仪表供电，其电桥的激励电压就等于外界仪表的供电。在工业现场，仪表与传感器之间易受强电干扰和浪涌影响，会造成数据不稳，甚至瞬时烧毁传感器。
数字传感器采用全密封不锈钢激光焊接技术，内充氦气保护内部电路可靠工作，防护等级达到IP68。增加了各种保护电路和防雷击设计，对仪表提供的电源先进行处理，稳压后再用于电桥的激励，就消除了来自电源和雷电的浪涌干扰，使得传感器输出稳定的信号，保证了传感器的正常工作。
不间断工作
数字称重系统能保障生产的连续性，实现不间断工作，仪表不但时刻监测着各个数字传感器的工作状况，而且在发现某个传感器故障时，仪表可以自动启动不间断工作方式，仍然能保障一定时间一定精度下的称重，不至于造成生产停机。同时仪表会发出信号给用户，定位故障传感器要求更换。
模拟传感器系统一旦传感器有故障就无法称重，从而造成停工停产的重大事件。
免标定
在生产现场进行标定是一件很麻烦的事情，许多料罐系统很难加重量或无法挂砝码进行标定，使用数字传感器就可以进行免标定。这是因为数字传感器在生产中，已用标准测力机对传感器输出进行了标定，其输出的数字量与标准力值是一一对应的，仪表读取到的就是数字传感器实际测量到的重量值，中间没有任何损耗，因此可以实现免标定。
而模拟传感器和称重仪表是分别生产分别标定的，在组成模拟称重系统时连线的各个环节都会有信号的损耗，仪表最后测量的信号并不完全等于传感器的输出信号，因此在应用时必须进行系统的现场标定。
传输距离远 通信速度快 防作弊效果显著
模拟式传感器的mV级信号太小，易受射频干扰和电磁干扰。而且在传输中由于电缆电阻的影响会有所损失,所以信号传输距离较短。模拟式称重作弊极其容易，很难控制。
数字传感器输出数字信号，不但电平要高出模拟式百倍，不易受到干扰，而且是按照Bifbus现场总线通信协议传输，通信速度是普通RS485的十倍，高速且具通信纠错能力，保证了数据快速可靠。由于协议的保密现场无法作弊。
角差容易调整
一个模拟传感器组成的秤体，由于信号的不可辨别，校准时需在每个传感器上加砝码并利用接线盒中的电位器进行角差调整，由于各个传感器间存在着相互作用，因而需反复多次调整，耗时费力。
由数字传感器组成的秤体，其角差的调整容易得多。由于仪表可以读取到四角每个传感器的受力情况，因此只要在各角加一遍载荷，仪表即可计算出各点的角差系数，可自动进行秤的角差调整，免去了反复加载砝码的麻烦，提高了效率。一遍加载即可完成角差调整，非常简便快捷。
维护方便
模拟传感器在生产时是连电缆线一起进行温度补偿的，这样才能消除电缆线电阻的温度影响。如果模拟传感器电缆线损坏后随意连接，就会造成测量误差。所以在距离较长时，传感器都需要专门定制。在更换传感器时需重新穿线，在实际使用时很不方便。
数字传感器使用军标的航空插头，不但保证了IP68的防护等级，使得传感器与电缆线成为两个独立的器件，更换传感器或电缆更方便，不用穿电缆线。由于传输的是数字信号，电缆线的长度可根据需要改变，不会影响测量精度。数字传感器更换时只需将相关参数输入新传感器，无需进行系统的重新标定。
系统整体成本低
从系统成本的角度来看，虽然数字传感器增加了电路板，但由于数字传感器在应用中减少了调试及应用成本（如调试角差方便），能够进行免标定，更换传感器不需重新标定等，而且数字传感器的自诊断、不间断工作等功能提高了系统可靠性，降低了停机时间。因此，系统总体成本是比模拟传感器系统要降低的。
2009年3月29日
浅析影响称重传感器迟滞性的因素
摘要：作为传感器的重要特性参数之一，迟滞性误差的改善直接影响传感器的整体误差，要想能够准确控制必须先了解哪些因素起到了影响作用。
关键词：传感器 迟滞性 因素控制
一、迟滞性的定义
灵敏度
以上面的图形为模型介绍迟滞性的定义：横轴为载荷，纵轴为灵敏度输出，在测试传感器的特性时一般将额定载荷等分成五份，从0到100％逐级加载并读取相应的输出值，将五个读数点连成光滑曲线，这条曲线如图中粗实线，称之为加载曲线，也叫进程曲线。利用直线插入法计算75％点的相应数据，以零点和75％点划一条直线，图中点线，这条直线称为理想直线，加载曲线与理想直线的误差称之为非线性误差。从100％到0分五等份逐级减载，并读取相应数据，将这五组数据连成光滑曲线，如图中粗虚线，称之为减载曲线，也叫回程曲线，减载曲线与加载曲线之间的误差称之为迟滞性误差。
迟滞性误差反映的是传感器精度的主要指标之一，误差的大小直接影响计量精度，所以在传感器的生产过程中必须严格控制影响迟滞性的各种因素。同时也要保证在安装传感器的不同条件下尽量避免影响迟滞性的因素存在。
以下详细介绍影响迟滞性的部分因素。
二、影响迟滞性的因素分析
1、原材料
弹性体：任何一种金属材料，因为其内部的组织结构关系的复杂性，受到外力加压后在微小晶粒之间产生微应变，在外力消失后，微应变随之消失，但是是否完全消失恢复到原始状态，不同的材料则有完全不一样的表现。在图1中，我们可以看到加载过程中的应变曲线ε1与卸载过程中的应变曲线ε2不重合，其差值△=ε2-ε1称之为迟滞性，差值的大小主要取决于材料本身成分的稳定性、均匀性、热处理后的金相组织等。作为称重传感器的关键元件——弹性体对此要求则更为明显，可以通过不同的热处理方式提高弹性极限，以减少迟滞性。目前国内市场上常用的材料为40CrNiMoA，该种材料经过合理的热处理能取得理想的综合机械性能。
应变计：金属应变计的典型结构为敏感栅，基底，被覆层和引线组成。在传感器的应用中，通过敏感栅的电阻应变效应，将弹性体的应变转变为阻值变化，根据材料本身存在的迟滞性来看，应变计本身也存在迟滞性。目前世界上著名的应变计厂在制造应变计时充分考虑了迟滞性的自补偿，使其在传感器的应用中的影响量减到最小。所以在选择应变计时要考虑到这种因素。
密封胶：在传感器的生产过程中要使用大量的密封胶，主要作用为固定线路和密封。从表面上看，一般在胶固化后是比较软的，相对弹性体的强度几乎可以忽略不记。但是对小量程产品，必须要加以考虑。小量程的产品，变形区相对薄弱，密封胶厚度的影响程度明显增加。
图2所示为胶层厚度一定时，迟滞性与量程的变化关系。函数关系近似为：
Y=K*e-Xa
式中：Y——传感器的迟滞性
K——密封胶完全固化后的迟滞性
Xa——传感器的额定载荷
图3所示为量程一定时，迟滞性与胶层厚度的变化关系。函数关系近似为：
Y=K*（1-e-Xb）
式中：Y——传感器的迟滞性
K——密封胶的完全固化后的迟滞性
Xb——密封胶的厚度
不同品质的胶也有不同的表现，如果胶的硬度随着时间的增加胶层的硬度也发生变化，则产品的迟滞性也会随之变化。所以在选用密封胶时一定选择固化后胶质稳定的胶。
2、安装条件
所谓的安装条件，一方面是指称重传感器在安装特殊配件（如桥式传感器的底座）的边界条件。这种边界条件的影响，在《衡器》杂志上有详细的分析说明，如表面状况，安装扭力等是最大的影响因素，在这里不作特别说明。另一方面是指称重传感器在使用现场的安装条件，根据与不同应用的客户研究分析，发现下列情况影响传感器或者说是整机的迟滞性，如表面状况、接触面积、安装扭力、螺栓强度、承载面硬度等均会影响。这些影响因素有时会被误诊为传感器的品质不良。
表面状况：是指秤台与传感器的接触面的质量，如粗糙度，平行度等。表面过于粗糙，在长时间使用时会使紧固螺栓松动并影响性能。如果平行度偏大，加载后会使传感器产生不必要的分力，直接影响产品精度，同时也无法体现传感器的真实精度。有的企业为了降低成本直接将一定厚度的钢板裁成合适的尺寸焊接到秤台上，不经过任何加工处理，使用初期不会有问题，随着时间的延长精度会越来越差。
接触面积：是指传感器与秤台固定的接触面积。如图4所示，(a)接触面过小，(b)接触面过大。不同公司的产品，由于结构和工艺的不同，接触面的大小也是有些差别，所以在传感器的生产过程中必须加以确定，并同时在传感器的安装使用说明书中详细定义，以保证客户能按照最佳条件安装使用。可以参考威世特迪亚的3410产品，将安装控制线标到传感器上，如图4(c)所示。
安装扭力：在《衡器》杂志上曾经介绍过桥式传感器的安装扭力与迟滞性的关系，在接触面一定的条件下，安装扭力越大，迟滞性越小。同样的道理，如果将传感器安装在不同的设备上，安装扭力的大小也直接影响产品的真实精度。传感器按照不同受力结构分为单点式，悬臂梁式，桥式，“S”式，轮辐式，柱式等六大类。安装扭力的影响规律对不同结构的产品是不一样的。例如悬臂梁传感器，安装扭力在100Nm时，能得到最佳的迟滞性。扭力过大或过小，迟滞性都会变差（不同公司的产品安装扭力最佳值会不一样，必须经过实验才能确定）。轮辐式传感器的迟滞性对安装扭力更为敏感，所以在使用时一定要依照生产厂商的安装使用说明书进行安装，以保证产品质量。
螺栓强度：螺栓的强度影响与安装扭力是一样的，如果强度不足，在产品安装使用一段时间之后，锁紧力则会变松，进而影响精度。
安装面硬度：以悬臂梁传感器来说明，因其固定端的接触面较小，如果硬度过低，则在使用过程中随使用次数的增加，受力支点则会移动，如图5，受力支点从a点移到b点，则精度会有不同程度的变化。
上面所讲述的影响因素直接与传感器接触，容易理解，还有一些其他因素看起来与传感器关系不大，但却影响传感器的精度。比如秤台强度，基础坚固性，防尘防水等因素。秤台强度的影响：以平台秤为例，一般采用悬臂梁称重传感器4只，安装在四个角上，如图6(a)所示：
图6(b)为平台秤的侧视简图及受力模型，如果秤台的强度不足，可以导致秤台中心凹陷，如图6(d)，这种结果会导致传感器受侧向力的影响。而且侧向力的大小随被测物的重量增加而增加，但其增加的幅度却是非线性关系，以图6(c)为模型简化受力，可以用下列公式估算出传感器的受力与载荷的关系：
F=G/2cosα=G/2cos(G·L2/4·E·I）
式中：F——传感器荷重端受力
G——秤台载荷
E——秤台刚度
L——传感器固定端与秤台中心的距离
I——秤台转性惯距
α——秤台受力与变形角度
从公式看出，如果秤台强度足够强，可以忽略秤台变形，即α=0，cosα=1，故而F=G/2，如果秤台的强度越差，α角度随载荷增加而变大，从而使F与G的非线性度越
在实际应用过程中，安装地脚有固定式地脚如图6(e)和活动式地脚图6(f)两种。固定式地脚的结构由螺杆、底座和减振橡胶组成。活动式地脚由螺杆、钢球、底座和防滑垫组成。如果平台秤的安装地脚为固定式地脚，其受力结构还要考虑地脚倾斜后支点变化的影响。如图7(b)所示。如果采用活动地脚，则可以减少因地脚变形而带来的负面影响。
除平台秤以外，如果汽车衡台面的强度不足不但影响产品的精度同时也影响标定。
基础的影响：这里面的基础是指汽车衡或轨道衡的传感器的安装基础，如一台载荷为八十吨的汽车衡，一般使用6只或8只称重传感器。传感器通过底座与基础的预埋件固定。单只传感器的接触面积约有250cm2，单位面积的压力达到0.40～0.58kN/cm2。如果基础不牢固，使用一段时间后，基础产生变化后，传感器的特性则无法完全真实表现出来。与初装标定时的条件会有较大的变化。
灰尘和水的影响：这两种因素在保养条件比较好的条件下不会产生影响，但是在室外使用的衡器，如汽车衡，轨道衡等要特别注意。我们以水泥厂或矿山厂的汽车衡为例说明其影响：水泥厂的环境一般很恶劣，过往全是重型汽车，随车带起来的灰尘大部分属于水泥成分，长时间会沉积在裸露的传感器表面及配件间隙内，经过雨季或处在周围环境潮湿的现场，传感器表面或配件间隙的灰尘会硬化，使原本活动的配件变成固定式的，如果配件在传感器的变形敏感区域，则传感器的线性和迟滞性明显变差。另一方面单从水或潮气讲，主要是腐蚀传感器表面，使接触点产生变化，特别是含有配件的产品，生锈后会使配件与传感器“锈死”在一起，而影响精度。
曾经遇到过一个特殊案件：客户在夏天6月左右安装一台80t的汽车衡，使用6只30t的桥式传感器，现场在北方。由于在安装过程中，现场人员将传感器中间部位的密封条刮破，并没有作相应的改善，标定后交付使用。到11月份，用户反映汽车衡数据不准，早晨测试的数据明显低于中午测量的数据8～10t，开始怀疑传感器的温度补偿出现问题，经过多次确认分析没有找到问题所在。根据问题出现在早上的条件，建议用户用热风机给传感器加热，半小时后再次确认问题消失。后来发现密封条刮破的那只传感器的变形间隙里面全是水，早晨是固态的冰，中午是水，也就是说在早晨，变形间隙内固态的冰阻止了传感器受力后变形，而这只传感器的输出很小，影响输出结果。
针对灰尘的影响，有经验的厂商会采用适当的防护措施，如增加密封罩，表面涂适量的黄油等保护。
上述的影响因素，或多或少都会影响使用精度，在建造基础和安装过程中尽量避免，以保证长期使用的稳定性能。
关键词：传感器 迟滞性 因素控制
一、迟滞性的定义
灵敏度
以上面的图形为模型介绍迟滞性的定义：横轴为载荷，纵轴为灵敏度输出，在测试传感器的特性时一般将额定载荷等分成五份，从0到100％逐级加载并读取相应的输出值，将五个读数点连成光滑曲线，这条曲线如图中粗实线，称之为加载曲线，也叫进程曲线。利用直线插入法计算75％点的相应数据，以零点和75％点划一条直线，图中点线，这条直线称为理想直线，加载曲线与理想直线的误差称之为非线性误差。从100％到0分五等份逐级减载，并读取相应数据，将这五组数据连成光滑曲线，如图中粗虚线，称之为减载曲线，也叫回程曲线，减载曲线与加载曲线之间的误差称之为迟滞性误差。
迟滞性误差反映的是传感器精度的主要指标之一，误差的大小直接影响计量精度，所以在传感器的生产过程中必须严格控制影响迟滞性的各种因素。同时也要保证在安装传感器的不同条件下尽量避免影响迟滞性的因素存在。
以下详细介绍影响迟滞性的部分因素。
二、影响迟滞性的因素分析
1、原材料
弹性体：任何一种金属材料，因为其内部的组织结构关系的复杂性，受到外力加压后在微小晶粒之间产生微应变，在外力消失后，微应变随之消失，但是是否完全消失恢复到原始状态，不同的材料则有完全不一样的表现。在图1中，我们可以看到加载过程中的应变曲线ε1与卸载过程中的应变曲线ε2不重合，其差值△=ε2-ε1称之为迟滞性，差值的大小主要取决于材料本身成分的稳定性、均匀性、热处理后的金相组织等。作为称重传感器的关键元件——弹性体对此要求则更为明显，可以通过不同的热处理方式提高弹性极限，以减少迟滞性。目前国内市场上常用的材料为40CrNiMoA，该种材料经过合理的热处理能取得理想的综合机械性能。
应变计：金属应变计的典型结构为敏感栅，基底，被覆层和引线组成。在传感器的应用中，通过敏感栅的电阻应变效应，将弹性体的应变转变为阻值变化，根据材料本身存在的迟滞性来看，应变计本身也存在迟滞性。目前世界上著名的应变计厂在制造应变计时充分考虑了迟滞性的自补偿，使其在传感器的应用中的影响量减到最小。所以在选择应变计时要考虑到这种因素。
密封胶：在传感器的生产过程中要使用大量的密封胶，主要作用为固定线路和密封。从表面上看，一般在胶固化后是比较软的，相对弹性体的强度几乎可以忽略不记。但是对小量程产品，必须要加以考虑。小量程的产品，变形区相对薄弱，密封胶厚度的影响程度明显增加。
图2所示为胶层厚度一定时，迟滞性与量程的变化关系。函数关系近似为：
Y=K*e-Xa
式中：Y——传感器的迟滞性
K——密封胶完全固化后的迟滞性
Xa——传感器的额定载荷
图3所示为量程一定时，迟滞性与胶层厚度的变化关系。函数关系近似为：
Y=K*（1-e-Xb）
式中：Y——传感器的迟滞性
K——密封胶的完全固化后的迟滞性
Xb——密封胶的厚度
不同品质的胶也有不同的表现，如果胶的硬度随着时间的增加胶层的硬度也发生变化，则产品的迟滞性也会随之变化。所以在选用密封胶时一定选择固化后胶质稳定的胶。
2、安装条件
所谓的安装条件，一方面是指称重传感器在安装特殊配件（如桥式传感器的底座）的边界条件。这种边界条件的影响，在《衡器》杂志上有详细的分析说明，如表面状况，安装扭力等是最大的影响因素，在这里不作特别说明。另一方面是指称重传感器在使用现场的安装条件，根据与不同应用的客户研究分析，发现下列情况影响传感器或者说是整机的迟滞性，如表面状况、接触面积、安装扭力、螺栓强度、承载面硬度等均会影响。这些影响因素有时会被误诊为传感器的品质不良。
表面状况：是指秤台与传感器的接触面的质量，如粗糙度，平行度等。表面过于粗糙，在长时间使用时会使紧固螺栓松动并影响性能。如果平行度偏大，加载后会使传感器产生不必要的分力，直接影响产品精度，同时也无法体现传感器的真实精度。有的企业为了降低成本直接将一定厚度的钢板裁成合适的尺寸焊接到秤台上，不经过任何加工处理，使用初期不会有问题，随着时间的延长精度会越来越差。
接触面积：是指传感器与秤台固定的接触面积。如图4所示，(a)接触面过小，(b)接触面过大。不同公司的产品，由于结构和工艺的不同，接触面的大小也是有些差别，所以在传感器的生产过程中必须加以确定，并同时在传感器的安装使用说明书中详细定义，以保证客户能按照最佳条件安装使用。可以参考威世特迪亚的3410产品，将安装控制线标到传感器上，如图4(c)所示。
安装扭力：在《衡器》杂志上曾经介绍过桥式传感器的安装扭力与迟滞性的关系，在接触面一定的条件下，安装扭力越大，迟滞性越小。同样的道理，如果将传感器安装在不同的设备上，安装扭力的大小也直接影响产品的真实精度。传感器按照不同受力结构分为单点式，悬臂梁式，桥式，“S”式，轮辐式，柱式等六大类。安装扭力的影响规律对不同结构的产品是不一样的。例如悬臂梁传感器，安装扭力在100Nm时，能得到最佳的迟滞性。扭力过大或过小，迟滞性都会变差（不同公司的产品安装扭力最佳值会不一样，必须经过实验才能确定）。轮辐式传感器的迟滞性对安装扭力更为敏感，所以在使用时一定要依照生产厂商的安装使用说明书进行安装，以保证产品质量。
螺栓强度：螺栓的强度影响与安装扭力是一样的，如果强度不足，在产品安装使用一段时间之后，锁紧力则会变松，进而影响精度。
安装面硬度：以悬臂梁传感器来说明，因其固定端的接触面较小，如果硬度过低，则在使用过程中随使用次数的增加，受力支点则会移动，如图5，受力支点从a点移到b点，则精度会有不同程度的变化。
上面所讲述的影响因素直接与传感器接触，容易理解，还有一些其他因素看起来与传感器关系不大，但却影响传感器的精度。比如秤台强度，基础坚固性，防尘防水等因素。秤台强度的影响：以平台秤为例，一般采用悬臂梁称重传感器4只，安装在四个角上，如图6(a)所示：
图6(b)为平台秤的侧视简图及受力模型，如果秤台的强度不足，可以导致秤台中心凹陷，如图6(d)，这种结果会导致传感器受侧向力的影响。而且侧向力的大小随被测物的重量增加而增加，但其增加的幅度却是非线性关系，以图6(c)为模型简化受力，可以用下列公式估算出传感器的受力与载荷的关系：
F=G/2cosα=G/2cos(G·L2/4·E·I）
式中：F——传感器荷重端受力
G——秤台载荷
E——秤台刚度
L——传感器固定端与秤台中心的距离
I——秤台转性惯距
α——秤台受力与变形角度
从公式看出，如果秤台强度足够强，可以忽略秤台变形，即α=0，cosα=1，故而F=G/2，如果秤台的强度越差，α角度随载荷增加而变大，从而使F与G的非线性度越
在实际应用过程中，安装地脚有固定式地脚如图6(e)和活动式地脚图6(f)两种。固定式地脚的结构由螺杆、底座和减振橡胶组成。活动式地脚由螺杆、钢球、底座和防滑垫组成。如果平台秤的安装地脚为固定式地脚，其受力结构还要考虑地脚倾斜后支点变化的影响。如图7(b)所示。如果采用活动地脚，则可以减少因地脚变形而带来的负面影响。
除平台秤以外，如果汽车衡台面的强度不足不但影响产品的精度同时也影响标定。
基础的影响：这里面的基础是指汽车衡或轨道衡的传感器的安装基础，如一台载荷为八十吨的汽车衡，一般使用6只或8只称重传感器。传感器通过底座与基础的预埋件固定。单只传感器的接触面积约有250cm2，单位面积的压力达到0.40～0.58kN/cm2。如果基础不牢固，使用一段时间后，基础产生变化后，传感器的特性则无法完全真实表现出来。与初装标定时的条件会有较大的变化。
灰尘和水的影响：这两种因素在保养条件比较好的条件下不会产生影响，但是在室外使用的衡器，如汽车衡，轨道衡等要特别注意。我们以水泥厂或矿山厂的汽车衡为例说明其影响：水泥厂的环境一般很恶劣，过往全是重型汽车，随车带起来的灰尘大部分属于水泥成分，长时间会沉积在裸露的传感器表面及配件间隙内，经过雨季或处在周围环境潮湿的现场，传感器表面或配件间隙的灰尘会硬化，使原本活动的配件变成固定式的，如果配件在传感器的变形敏感区域，则传感器的线性和迟滞性明显变差。另一方面单从水或潮气讲，主要是腐蚀传感器表面，使接触点产生变化，特别是含有配件的产品，生锈后会使配件与传感器“锈死”在一起，而影响精度。
曾经遇到过一个特殊案件：客户在夏天6月左右安装一台80t的汽车衡，使用6只30t的桥式传感器，现场在北方。由于在安装过程中，现场人员将传感器中间部位的密封条刮破，并没有作相应的改善，标定后交付使用。到11月份，用户反映汽车衡数据不准，早晨测试的数据明显低于中午测量的数据8～10t，开始怀疑传感器的温度补偿出现问题，经过多次确认分析没有找到问题所在。根据问题出现在早上的条件，建议用户用热风机给传感器加热，半小时后再次确认问题消失。后来发现密封条刮破的那只传感器的变形间隙里面全是水，早晨是固态的冰，中午是水，也就是说在早晨，变形间隙内固态的冰阻止了传感器受力后变形，而这只传感器的输出很小，影响输出结果。
针对灰尘的影响，有经验的厂商会采用适当的防护措施，如增加密封罩，表面涂适量的黄油等保护。
上述的影响因素，或多或少都会影响使用精度，在建造基础和安装过程中尽量避免，以保证长期使用的稳定性能。
2009年3月28日
应变式称重传感器的稳定性及其处理工艺
中国运载火箭技术研究院第七○二研究所 刘九卿
【摘 要】 本文探讨了作为称重传感器重要质量指标的长期稳定性及其评定方法，在分析影响称重传感器稳定性各种因素的基础上，得出提高稳定性的有效途径就是采取各种技术措施与工艺手段，使称重传感器在生产过程中基本渡过初始不稳定期，把性能波动减至最小。并简要介绍了几种常用的稳定性处理工艺。
【关键词】 称重传感器 准确度 稳定性 可靠性 制造工艺 残余应力 稳定性处理 性能波动
一 概述
准确度、稳定性和可靠性是称重传感器的重要质量指标，是广大用户最关心的三大问题，同时也是我国称重传感器与工业发达国家同类产品相比较的主要差距。其中稳定性是基础，没有稳定性谈何称量准确度和工作可靠性。业内人士有一个共同体会，即在目前条件下研制一个高准确度的称重传感器并不困难，但研制一个长期稳定性好的称重传感器却十分困难；小批量生产称重传感器的质量尚可控制，大批量生产却难以控制。近些年来，国家质量监督检验检疫总局委托国家传感器质量监督检验中心，对称重传感器产品质量的多次国家监督抽查结果充分说明了这一点。
称重传感器的稳定性分为三个时期，即初始不稳定期、稳定期和疲劳不稳定期。在初始不稳定期内称重传感器的性能波动较大，主要表现在零点和灵敏度的不稳定。这是因为弹性元件经过毛坯锻造、机械加工、热处理、表面处理、表面打磨、电阻应变计粘贴和加压固化等工艺过程，在其内部和胶层之中产生残余应力，随着时间的增加残余应力逐渐释放，造成称重传感器在使用早期性能不稳定。一般都是在称重传感器出厂前，通过各种技术措施与工艺手段模拟使用条件，进行各种稳定性处理（也称人工老炼试验）使其在生产过程中基本渡过初始不稳定期，把性能波动减至最小，流通到用户组秤调试时已进入稳定工作时期。
二 称重传感器的稳定性
称重传感器的稳定性对于各类电子衡器和电子称重系统是至关重要的，它决定了整个产品和系统的稳定性。目前国内外对称重传感器的稳定性尚无统一的评定标准和测试方法，世界各国的称重传感器生产企业都承认稳定性是称重传感器的重要质量指标，但在产品样本和使用说明书中却很少给出稳定性指标。许多企业因称重传感器是采用焊接密封抽真空充氮工艺，就注明防护密封等级为IP68；采用聚氨酯等灌封胶实施盲孔灌封，就注明防护密封等级为IP67，以此来提示用户本称重传感器可以较长时期工作。只有极少数企业给出了在半年或一年内，称重传感器灵敏度变化的最大允许误差。不给出稳定性指标不等于稳定性不重要，事实上各国的称重传感器生产企业，都在设计和制造的全过程中，采取各种技术措施和工艺手段不断提高称重传感器的稳定性。那么究竟如何认识和理解称重传感器的稳定性呢？就是在一定时间内和相同条件下其特性变化的程度，主要是零点和灵敏度的变化程度，也可以说是零点和灵敏度的稳定性。
所谓零点的稳定性，就是称重传感器在一定时间内和相同条件下，零点输出的最大变化量。零点输出稳定性ZW用%FS/三个月，%FS/半年，%FS/年等表示，可用下式计算：
ZW= %
式中：Z2—在规定时间内零点输出的最大值；
Z1—在规定时间内零点输出的最小值；
Z0—零点输出的标称值
所谓灵敏度的稳定性，就是称重传感器在一定时间内和相同条件下，灵敏度的最大相对变化量。灵敏度稳定性SW用%/三个月，%/半年，%/年等表示，可用下式计算
SW= %
式中：S2—在规定时间内灵敏度最大值；
S1—在规定时间内灵敏度最小值。
测试零点和灵敏度稳定性时，在规定的测试时间内，至少应有时间间隔基本相等的10次以上测试数据，然后再取其中的最大值和最小值进行计算。若每次测试时温度无法保持相同，允许根据实测的零点和灵敏度温度系数进行计算修正。
在实际应用中，称重传感器灵敏度稳定性的最大允许误差，可根据用途、使用环境、准确度等级及其它条件进行规定，一般在半年或一年使用时间内，灵敏度变化不超过该称重传感器准确度等级的最大允许误差最为理想，但这是比较困难的。通常要求在半年或一年使用时间内，灵敏度变化不超过该称重传感器准确度最大允许误差的2倍，就是稳定性比较好的称重传感器。
三 影响称重传感器稳定性的因素
影响称重传感器稳定性的因素较多，归纳起来主要有：
1．称重传感器的结构
称重传感器的弹性元件、外壳、膜片及上压头、下压垫的设计，都必须保证受载后在结构上不产生性能波动，或性能波动很小。为此在称重传感器设计时，应尽量作到应变区受力单一，应力均匀一致；贴片部位最好为平面；在结构上保证具有一定的抗偏心载荷和侧向载荷的能力；安装力远离应变区，测量时应避免载荷支承点的位移。尽管称重传感器属于装配制造产品，但为了保证具有最佳技术性能和长期稳定性，尽可能将它设计成一个整体结构。
2．弹性元件的金属材料
弹性元件的金属材料对称重传感器的综合性能和长期稳定性起关键作用。应选择强度极限和弹性极限高，弹性模量的时间、温度稳定性好，弹性滞后小，机械加工和热处理产生的残余应力小的材料。有资料表明：只要材料淬火后的塑性好，它在机械加工和热处理后的残余应力就小。还要特别重视弹性模量随时间的稳定性，要求在称重传感器使用寿命期间内材料的弹性模量不发生变化。
3．机械加工与热处理工艺
弹性元件在机械加工过程中，由于表面变形的不均匀产生较大的残余应力，切削用量越大，残余应力就越大，磨削加工产生的残余应力最大。因此应制订合理的加工工艺和规定适当的切削用量。弹性元件在热处理过程中，由于冷却温度不均匀和金属材料相变等原因，在芯部和表层产生方向不同的残余应力，其芯部为拉应力，表层为压应力。必须通过回火处理工艺，在其内部产生方向相反的应力，与残余应力相互抵消，减少残余应力的影响。
4．电阻应变计与应变粘结剂
电阻应变计应具有最佳性能，要求灵敏系数稳定性好，热输出小，机械滞后和蠕变小，应变量为1000×10-6时疲劳寿命可达108，电阻值偏差小，批次质量均一性好等。应变粘结剂应具有粘结强度大，抗剪强度高；弹性模量较大且稳定；电绝缘性能好；具有与弹性元件相同或相近的热膨胀系数；蠕变和滞后小；固化时胶层体积收缩小等。粘贴电阻应变计时一定要严格控制胶层厚度，因为粘结强度随胶层厚度的增加而降低。这是由于薄的胶层需要更大的应力才能变形，不易产生流动和蠕变，界面上的内应力很小，产生气泡和缺陷的几率也比较小，应变传递性能好，只要防护密封合理就可达到较高的稳定性水平。
5．制造工艺流程
应变式称重传感器的工作原理和总体结构决定了，在生产工艺流程中有些工序必须手工操作，人为的因素对称重传感器的质量影响较大。因此必须制订科学合理并可重复的制造工艺流程，并在其中增加电子计算机控制的自动化或半自动化工序，尽量减少人为因素对产品质量的影响。
6．电路补偿与调整
应变式称重传感器属于装配制造，贴片组桥后就形成了产品，由于内部不可避免的产生一些缺陷和外界环境条件的影响，称重传感器的某些性能指标达不到设计要求，因此必须进行各项电路补偿与调整，提高称重传感器本身的稳定性和对外部环境条件的稳定性。完善而精细的电路补偿工艺，是提高称重传感器稳定性的重要环节。
7．防护与密封
防护与密封是称重传感器制造工艺流程中的要害工序，是称重传感器耐受客观环境和感应环境影响而能稳定可靠工作的根本保障。如果防护密封不良，粘贴在弹性元件上的电阻应变计及应变粘结剂胶层，都会吸收空气中的水分而产生增塑，造成粘结强度和刚度下降，引起零点漂移和输出无规律变化，直至称重传感器失效。因此有效的防护密封是称重传感器长期稳定工作的根本保证，否则将使各项工艺成果前功尽弃。
8．稳定性处理（人工老炼试验）
提高称重传感器的稳定性除处理好上述各种因素的影响外，最重要的途径就是采取各种技术措施和工艺手段，模拟使用条件进行有效的人工老炼试验，尽量多的释放残余应力使其性能波动减至最小。
四 称重传感器的稳定性处理工艺
由于弹性元件在毛坯锻造、机械加工、热处理、表面打磨、电阻应变计粘贴和加压固化等工艺过程中产生各种残余应力，随着时间和使用条件的变化不断松弛释放，而造成称重传感器的性能波动，主要表现在零点和灵敏度不稳定。为使称重传感器在生产过程中渡过初始不稳定期，采用工艺手段模拟各种使用条件进行试验，使其尽快稳定的工艺称为稳定性处理，也称人工老炼试验。
称重传感器释放残余应力的稳定性处理方法，除制造工艺流程中常用的温度老化和电老化处理外，主要有两种方法，即热处理法和机械法。
1．热处理法
多应用于铝合金称重传感器，在毛坯加工成弹性元件后进行，主要有反淬火法、冷热循环法和恒温时效法。
（1）反淬火法
国内也称深冷急热法。将铝合金弹性元件置于-196℃的液氮中，保温12小时后，迅速用新生的高速蒸汽喷射或放入沸水之中。因深冷与急热产生的应力方向相反而相互抵消，达到释放残余应力的目的。试验表明，采用液氮——高速蒸汽法可降低残余应力84%，采用液氮——沸水法可降低残余应力50%。
（2）冷热循环法
冷热循环稳定性处理工艺为-196℃×4小时/190℃×4小时，循环3次，可使残余应力下降90%左右，并且组织结构稳定，微量塑性变形抗力高，尺寸稳定性好。释放残余应力的效果如此明显，一是因为加热时原子热运动能量增加，点阵畸变减小或消失，内应力下降，上限温度越高，原子热运动越大塑性越好，越有利于残余应力释放。二是因为冷热温度梯度产生的热应力与残余应力相互作用，使其重新分布而获得残余应力下降的效果。
（3）恒温时效法
恒温时效即可消除机械加工产生的残余应力，又能消除热处理引入的残余应力。LY12硬铝合金在200℃高温下恒温时效时，残余应力释放与时效时间关系表明，保温24小时，可使残余应力下降50%左右。
2．机械法
机械法稳定性处理，多在称重传感器电路补偿与调整和防护密封后，基本形成产品时进行。主要工艺有脉动疲劳法、超载静压法和振动时效法。
（1）脉动疲劳法
将称重传感器安装在低频疲劳试验机上，施加下限为（1/5～1/3）额定载荷，上限为额定载荷或120%额定载荷，以每秒3～5次的频率进行5000～10000次的循环。可有效的释放弹性元件、电阻应变计、应变粘结剂胶层的残余应力，提高零点和灵敏度稳定性的效果极为明显。
（2）超载静压法
理论上适用于各种量程，但在实际生产中以铝合金小量程称重传感器应用较多。其工艺是：在专用的标准砝码加载装置中或简易的机械螺旋加载设备上，对称重传感器施加125%额定载荷，保持4～8小时，或施加110%额定载荷，保持24小时，两种工艺都可以达到释放残余应力，提高零点和灵敏度稳定性的目的。由于超载静压工艺所用设备简单，成本低，效果好，为铝合金称重传感器制造企业广泛采用。
（3）振动时效（Vibratory Sterss Reliering）法
将称重传感器安装在额定正弦推力满足振动时效要求的振动台上，根据称重传感器的额定量程估算频率，来决定施加的振动载荷、工作频率和振动时间。共振时效比振动时效释放残余应力的效果更好，但必须测量出称重传感器的固有频率。振动时效和共振时效工艺的特点是：能耗低，周期短，效果好，不损坏弹性元件表面，而且制作简单。
振动时效的机理，目前尚无定论。国外专家提出的理论和观点有：塑性变形理论、疲劳理论、晶格错位滑移理论、能量观点及材料力学观点等。只是作出了不同程度的解释，但都没有充分的、有说服力的、权威性的试验证明。这些理论和观点往往是相互交叉的，所以可认为振动时效的机理是一个复杂的过程。
经过振动时效的试验研究，有些专家倾向于用材料力学的重复应力过载的观点，解释振动时效的机理。即作用在弹性元件上的振动应力与其内部的残余应力相互作用，使残余应力松弛并释放。
五 结语
1．称重传感器的稳定性主要是灵敏度的稳定性，即在一定时间内和相同条件下灵敏度的最大相对变化量。
2．提高称重传感器稳定性的重要途径，就是采取各种技术措施和工艺手段，模拟使用条件进行试验，使其在生产过程中基本渡过初始不稳定期，把性能波动减至最小。
3．称重传感器的稳定性在一定程度上反映了制造工艺流程、电路补偿技术和稳定性处理工艺水平。确保称重传感器本身的稳定性和对外界环境条件的稳定性，必须在原材料、元器件的环境应力筛选，可重复的工艺流程和完善精细的电路补偿等方面下功夫。
4．称重传感器稳定性问题的研究方向，应主要放在工艺实施过程中如何防止或少产生残余应力上，其次才是如何释放和消除残余应力。
5．对于大批量生产的称重传感器必须严格进料、进片标准，稳定工艺流程和生产过程的质量控制。作到弹性元件材料、机械加工、热处理、关键制造工艺、补偿原材料元器件的一致性。
6．根据称重传感器弹性元件的结构、金属材料、冷热加工情况，有选择的应用上述稳定性处理工艺，并不是应用的工艺越多越好，而是释放残余应力效率高，处理工艺越简单越好。
【摘 要】 本文探讨了作为称重传感器重要质量指标的长期稳定性及其评定方法，在分析影响称重传感器稳定性各种因素的基础上，得出提高稳定性的有效途径就是采取各种技术措施与工艺手段，使称重传感器在生产过程中基本渡过初始不稳定期，把性能波动减至最小。并简要介绍了几种常用的稳定性处理工艺。
【关键词】 称重传感器 准确度 稳定性 可靠性 制造工艺 残余应力 稳定性处理 性能波动
一 概述
准确度、稳定性和可靠性是称重传感器的重要质量指标，是广大用户最关心的三大问题，同时也是我国称重传感器与工业发达国家同类产品相比较的主要差距。其中稳定性是基础，没有稳定性谈何称量准确度和工作可靠性。业内人士有一个共同体会，即在目前条件下研制一个高准确度的称重传感器并不困难，但研制一个长期稳定性好的称重传感器却十分困难；小批量生产称重传感器的质量尚可控制，大批量生产却难以控制。近些年来，国家质量监督检验检疫总局委托国家传感器质量监督检验中心，对称重传感器产品质量的多次国家监督抽查结果充分说明了这一点。
称重传感器的稳定性分为三个时期，即初始不稳定期、稳定期和疲劳不稳定期。在初始不稳定期内称重传感器的性能波动较大，主要表现在零点和灵敏度的不稳定。这是因为弹性元件经过毛坯锻造、机械加工、热处理、表面处理、表面打磨、电阻应变计粘贴和加压固化等工艺过程，在其内部和胶层之中产生残余应力，随着时间的增加残余应力逐渐释放，造成称重传感器在使用早期性能不稳定。一般都是在称重传感器出厂前，通过各种技术措施与工艺手段模拟使用条件，进行各种稳定性处理（也称人工老炼试验）使其在生产过程中基本渡过初始不稳定期，把性能波动减至最小，流通到用户组秤调试时已进入稳定工作时期。
二 称重传感器的稳定性
称重传感器的稳定性对于各类电子衡器和电子称重系统是至关重要的，它决定了整个产品和系统的稳定性。目前国内外对称重传感器的稳定性尚无统一的评定标准和测试方法，世界各国的称重传感器生产企业都承认稳定性是称重传感器的重要质量指标，但在产品样本和使用说明书中却很少给出稳定性指标。许多企业因称重传感器是采用焊接密封抽真空充氮工艺，就注明防护密封等级为IP68；采用聚氨酯等灌封胶实施盲孔灌封，就注明防护密封等级为IP67，以此来提示用户本称重传感器可以较长时期工作。只有极少数企业给出了在半年或一年内，称重传感器灵敏度变化的最大允许误差。不给出稳定性指标不等于稳定性不重要，事实上各国的称重传感器生产企业，都在设计和制造的全过程中，采取各种技术措施和工艺手段不断提高称重传感器的稳定性。那么究竟如何认识和理解称重传感器的稳定性呢？就是在一定时间内和相同条件下其特性变化的程度，主要是零点和灵敏度的变化程度，也可以说是零点和灵敏度的稳定性。
所谓零点的稳定性，就是称重传感器在一定时间内和相同条件下，零点输出的最大变化量。零点输出稳定性ZW用%FS/三个月，%FS/半年，%FS/年等表示，可用下式计算：
ZW= %
式中：Z2—在规定时间内零点输出的最大值；
Z1—在规定时间内零点输出的最小值；
Z0—零点输出的标称值
所谓灵敏度的稳定性，就是称重传感器在一定时间内和相同条件下，灵敏度的最大相对变化量。灵敏度稳定性SW用%/三个月，%/半年，%/年等表示，可用下式计算
SW= %
式中：S2—在规定时间内灵敏度最大值；
S1—在规定时间内灵敏度最小值。
测试零点和灵敏度稳定性时，在规定的测试时间内，至少应有时间间隔基本相等的10次以上测试数据，然后再取其中的最大值和最小值进行计算。若每次测试时温度无法保持相同，允许根据实测的零点和灵敏度温度系数进行计算修正。
在实际应用中，称重传感器灵敏度稳定性的最大允许误差，可根据用途、使用环境、准确度等级及其它条件进行规定，一般在半年或一年使用时间内，灵敏度变化不超过该称重传感器准确度等级的最大允许误差最为理想，但这是比较困难的。通常要求在半年或一年使用时间内，灵敏度变化不超过该称重传感器准确度最大允许误差的2倍，就是稳定性比较好的称重传感器。
三 影响称重传感器稳定性的因素
影响称重传感器稳定性的因素较多，归纳起来主要有：
1．称重传感器的结构
称重传感器的弹性元件、外壳、膜片及上压头、下压垫的设计，都必须保证受载后在结构上不产生性能波动，或性能波动很小。为此在称重传感器设计时，应尽量作到应变区受力单一，应力均匀一致；贴片部位最好为平面；在结构上保证具有一定的抗偏心载荷和侧向载荷的能力；安装力远离应变区，测量时应避免载荷支承点的位移。尽管称重传感器属于装配制造产品，但为了保证具有最佳技术性能和长期稳定性，尽可能将它设计成一个整体结构。
2．弹性元件的金属材料
弹性元件的金属材料对称重传感器的综合性能和长期稳定性起关键作用。应选择强度极限和弹性极限高，弹性模量的时间、温度稳定性好，弹性滞后小，机械加工和热处理产生的残余应力小的材料。有资料表明：只要材料淬火后的塑性好，它在机械加工和热处理后的残余应力就小。还要特别重视弹性模量随时间的稳定性，要求在称重传感器使用寿命期间内材料的弹性模量不发生变化。
3．机械加工与热处理工艺
弹性元件在机械加工过程中，由于表面变形的不均匀产生较大的残余应力，切削用量越大，残余应力就越大，磨削加工产生的残余应力最大。因此应制订合理的加工工艺和规定适当的切削用量。弹性元件在热处理过程中，由于冷却温度不均匀和金属材料相变等原因，在芯部和表层产生方向不同的残余应力，其芯部为拉应力，表层为压应力。必须通过回火处理工艺，在其内部产生方向相反的应力，与残余应力相互抵消，减少残余应力的影响。
4．电阻应变计与应变粘结剂
电阻应变计应具有最佳性能，要求灵敏系数稳定性好，热输出小，机械滞后和蠕变小，应变量为1000×10-6时疲劳寿命可达108，电阻值偏差小，批次质量均一性好等。应变粘结剂应具有粘结强度大，抗剪强度高；弹性模量较大且稳定；电绝缘性能好；具有与弹性元件相同或相近的热膨胀系数；蠕变和滞后小；固化时胶层体积收缩小等。粘贴电阻应变计时一定要严格控制胶层厚度，因为粘结强度随胶层厚度的增加而降低。这是由于薄的胶层需要更大的应力才能变形，不易产生流动和蠕变，界面上的内应力很小，产生气泡和缺陷的几率也比较小，应变传递性能好，只要防护密封合理就可达到较高的稳定性水平。
5．制造工艺流程
应变式称重传感器的工作原理和总体结构决定了，在生产工艺流程中有些工序必须手工操作，人为的因素对称重传感器的质量影响较大。因此必须制订科学合理并可重复的制造工艺流程，并在其中增加电子计算机控制的自动化或半自动化工序，尽量减少人为因素对产品质量的影响。
6．电路补偿与调整
应变式称重传感器属于装配制造，贴片组桥后就形成了产品，由于内部不可避免的产生一些缺陷和外界环境条件的影响，称重传感器的某些性能指标达不到设计要求，因此必须进行各项电路补偿与调整，提高称重传感器本身的稳定性和对外部环境条件的稳定性。完善而精细的电路补偿工艺，是提高称重传感器稳定性的重要环节。
7．防护与密封
防护与密封是称重传感器制造工艺流程中的要害工序，是称重传感器耐受客观环境和感应环境影响而能稳定可靠工作的根本保障。如果防护密封不良，粘贴在弹性元件上的电阻应变计及应变粘结剂胶层，都会吸收空气中的水分而产生增塑，造成粘结强度和刚度下降，引起零点漂移和输出无规律变化，直至称重传感器失效。因此有效的防护密封是称重传感器长期稳定工作的根本保证，否则将使各项工艺成果前功尽弃。
8．稳定性处理（人工老炼试验）
提高称重传感器的稳定性除处理好上述各种因素的影响外，最重要的途径就是采取各种技术措施和工艺手段，模拟使用条件进行有效的人工老炼试验，尽量多的释放残余应力使其性能波动减至最小。
四 称重传感器的稳定性处理工艺
由于弹性元件在毛坯锻造、机械加工、热处理、表面打磨、电阻应变计粘贴和加压固化等工艺过程中产生各种残余应力，随着时间和使用条件的变化不断松弛释放，而造成称重传感器的性能波动，主要表现在零点和灵敏度不稳定。为使称重传感器在生产过程中渡过初始不稳定期，采用工艺手段模拟各种使用条件进行试验，使其尽快稳定的工艺称为稳定性处理，也称人工老炼试验。
称重传感器释放残余应力的稳定性处理方法，除制造工艺流程中常用的温度老化和电老化处理外，主要有两种方法，即热处理法和机械法。
1．热处理法
多应用于铝合金称重传感器，在毛坯加工成弹性元件后进行，主要有反淬火法、冷热循环法和恒温时效法。
（1）反淬火法
国内也称深冷急热法。将铝合金弹性元件置于-196℃的液氮中，保温12小时后，迅速用新生的高速蒸汽喷射或放入沸水之中。因深冷与急热产生的应力方向相反而相互抵消，达到释放残余应力的目的。试验表明，采用液氮——高速蒸汽法可降低残余应力84%，采用液氮——沸水法可降低残余应力50%。
（2）冷热循环法
冷热循环稳定性处理工艺为-196℃×4小时/190℃×4小时，循环3次，可使残余应力下降90%左右，并且组织结构稳定，微量塑性变形抗力高，尺寸稳定性好。释放残余应力的效果如此明显，一是因为加热时原子热运动能量增加，点阵畸变减小或消失，内应力下降，上限温度越高，原子热运动越大塑性越好，越有利于残余应力释放。二是因为冷热温度梯度产生的热应力与残余应力相互作用，使其重新分布而获得残余应力下降的效果。
（3）恒温时效法
恒温时效即可消除机械加工产生的残余应力，又能消除热处理引入的残余应力。LY12硬铝合金在200℃高温下恒温时效时，残余应力释放与时效时间关系表明，保温24小时，可使残余应力下降50%左右。
2．机械法
机械法稳定性处理，多在称重传感器电路补偿与调整和防护密封后，基本形成产品时进行。主要工艺有脉动疲劳法、超载静压法和振动时效法。
（1）脉动疲劳法
将称重传感器安装在低频疲劳试验机上，施加下限为（1/5～1/3）额定载荷，上限为额定载荷或120%额定载荷，以每秒3～5次的频率进行5000～10000次的循环。可有效的释放弹性元件、电阻应变计、应变粘结剂胶层的残余应力，提高零点和灵敏度稳定性的效果极为明显。
（2）超载静压法
理论上适用于各种量程，但在实际生产中以铝合金小量程称重传感器应用较多。其工艺是：在专用的标准砝码加载装置中或简易的机械螺旋加载设备上，对称重传感器施加125%额定载荷，保持4～8小时，或施加110%额定载荷，保持24小时，两种工艺都可以达到释放残余应力，提高零点和灵敏度稳定性的目的。由于超载静压工艺所用设备简单，成本低，效果好，为铝合金称重传感器制造企业广泛采用。
（3）振动时效（Vibratory Sterss Reliering）法
将称重传感器安装在额定正弦推力满足振动时效要求的振动台上，根据称重传感器的额定量程估算频率，来决定施加的振动载荷、工作频率和振动时间。共振时效比振动时效释放残余应力的效果更好，但必须测量出称重传感器的固有频率。振动时效和共振时效工艺的特点是：能耗低，周期短，效果好，不损坏弹性元件表面，而且制作简单。
振动时效的机理，目前尚无定论。国外专家提出的理论和观点有：塑性变形理论、疲劳理论、晶格错位滑移理论、能量观点及材料力学观点等。只是作出了不同程度的解释，但都没有充分的、有说服力的、权威性的试验证明。这些理论和观点往往是相互交叉的，所以可认为振动时效的机理是一个复杂的过程。
经过振动时效的试验研究，有些专家倾向于用材料力学的重复应力过载的观点，解释振动时效的机理。即作用在弹性元件上的振动应力与其内部的残余应力相互作用，使残余应力松弛并释放。
五 结语
1．称重传感器的稳定性主要是灵敏度的稳定性，即在一定时间内和相同条件下灵敏度的最大相对变化量。
2．提高称重传感器稳定性的重要途径，就是采取各种技术措施和工艺手段，模拟使用条件进行试验，使其在生产过程中基本渡过初始不稳定期，把性能波动减至最小。
3．称重传感器的稳定性在一定程度上反映了制造工艺流程、电路补偿技术和稳定性处理工艺水平。确保称重传感器本身的稳定性和对外界环境条件的稳定性，必须在原材料、元器件的环境应力筛选，可重复的工艺流程和完善精细的电路补偿等方面下功夫。
4．称重传感器稳定性问题的研究方向，应主要放在工艺实施过程中如何防止或少产生残余应力上，其次才是如何释放和消除残余应力。
5．对于大批量生产的称重传感器必须严格进料、进片标准，稳定工艺流程和生产过程的质量控制。作到弹性元件材料、机械加工、热处理、关键制造工艺、补偿原材料元器件的一致性。
6．根据称重传感器弹性元件的结构、金属材料、冷热加工情况，有选择的应用上述稳定性处理工艺，并不是应用的工艺越多越好，而是释放残余应力效率高，处理工艺越简单越好。
铲车称重仪表及传感器
装载机/铲车是在底盘的前方铰装由动臂、连杆机构和装载斗组成的工作装置，在行进中铲装、运送、卸载和平整作业的自走式土方机械。若换装相应的工作装置，还可以进行推土、起重、装卸木料及钢材等作业，是一种用途十分广泛的工程机械。
前 言
一、装载机的特点和称重计量
装载机自重大,轴距短,且始终处于流动作业状态,难以用固定位置的衡器对它所载货物进行称量,否则会影响工作效率,因此,寻找一种使其在工作过程中完成对货物称重的方法,才能较好地解决这一问题.一般来说,对货物计量的准确度要求越高越好，称重误差一般要求0.1%～0.5%左右。
装载机进行散堆货物装载时，初期采用测比重画线估算的方法来计算所装货物的重量，此法存在着误差大、随机性大、不便管理等特点。多装，会造成直接经济损失和超载运输；少装欠载，则会降低运输效能，损害客户利益。同时，因装载机无称量装置而使物料装卸还必须依赖于汽车转运过秤或使用地磅，装卸效率低下费用也很高。
随着铁路、汽车、港口、码头等物流装卸业的发展，装载上货效率、安全性和准确性的要求越来越高。需要一种先进的装载机称重系统来实现装载过程中对货物的自动准确计量，对于加强装载作业管理，防止超载和欠载，提高装卸作业效率和效益，保证车辆运输的安全性有着显著的实效。
二、称重系统介绍
工作原理：
装载机称重系统一般分为两个部份，信号采集部分和信号处理及显示部分。信号采集部分一般通过传感器或者变送器实现，信号采集的准确程度对装载机的称量的准确度至关重要。
装载机称重系统
1、静态称重系统
常用于对现有装载机或铲车的改装，由于现场没有适当的称量设备，而用户又需要进行计量以进行贸易结算时，鉴于用户对改装成本的需求，通常会选用静态计量方式。
静态计量称重设备组成：压力传感器（1个或2个，视精度要求而定）+普通称重显示仪表（必要时可选配打印机）+安装附件（引压管或过程接口等）。
静态称量的一般特点：
1）、每次称量时，称重斗的位置要求一致，以保证称量的准确性，从而影响了称重效率；
2）、设备功能较少，许多工作需要手工协助完成，如记录、计算等；
3）、适用于短期作业场所，不需要大量的数据处理；
4）、成本低，对一些个体经营单位或小单位比较适合；
5）、涉及的参数少，安装调试比较方便。
2、动态称重系统
对车站、港口等大型单位的装载计量，应选择动态称重系统，以满足快速、连续计量与大量数据管理的需求。
动态计量称重设备主要包括：压力传感器（2只）+动态控制仪表（带打印功能）+安装附件。
动态计量称重设备的主要功能特点：
1）、累计装载，重量设定、显示和超重报警功能；
2）、单斗重量称重和累计、显示功能；
3）、货车车型选择或输入功能，货车车号录入功能；
4）、操作者、装载机编号和装车站代号输入功能；
5）、作业时间(年,月,日,时,分)记录功能；
6）、作业基本数据存储、打印与查询功能；
7）、采用动态采样和模糊算法,实现动态标定和动态称量,无须停斗,举升过程中自动称重；
8）、使用装载机电源供电。
9）、采用双液压传感器及高精度A/D转换器，精度更高。
10）、可设置自动置零或手动置零。
三、适用范围
适用于装载机（包括铲车）自动称重计量、超载保护、工作量管理等。可称量煤或焦炭﹑有色矿﹑土方﹑花岗或大理石﹑砂子﹑碎石砖﹑工业及民用垃圾、挖掘材料及建筑添加料 等。应用场所：矿山、车站、港口、码头、工厂、货场等轮式装载机。
四、传感器的选择
根据装载机的作业特点，信号采集部分一般有称重传感器、压力（油压）传感器、压力（油压）变送器三种，需要强调一点的是传感器防过载、抗震动、绝缘性、抗干扰等性能要 比较好。
A> 称重传感器
一般是用传感器代替销轴使用同时达到称量的目的。该方案对传感器的结构设计和安装尺寸精度要求较高，所以在实际作业中经常会出现精度低、安装更换不方便等不良现象，甚至会出现安全事故，所以没有得到推广使用。
B> 压力（油压）传感器，通过液体压力转换为装载斗的重量来完成称重作业，它改装方便快捷，设备的测量精度相对使用称重传感器大大提高，安全性能得到了保证。
C>压力（油压）变送器
传感器输出的是mV信号，而小信号在传输和处理的时候容易受到干扰，折算出来的重量容易引起误差，对显示部分的要求比较高，在对称重精度要求比较高的系统中使用比较困难。变送器很好的解决了这些问题，它抗干扰能力强、输出信号大（一般为4~20mA或者0-10VDC、0-5VDC），这样对信号处理部分和显示部分要求大大降低，称重系统的准确度也相应增强。
下面介绍两种适用于装载机或铲车称重装置的压力传感器、变送器：
A1、溅射薄膜压力传感器（PPM-216A）
本产品采用溅射薄膜技术并结合装载机称重系统的特点设计，主要通过测量装载机油压进而转换成重量信号。
该产品的主要特点：
a、体积小、重量轻，可直接过程安装；
b、精度高、长期稳定性好；
c、抗震动、冲击、过载能力好；
d、耐腐蚀，耐高温，温度漂移小
A2、溅射薄膜压力（油压）变送器（PPM-241A）
PPM-241A同样通过测量油压采集重量信号，根据客户具体要求采用数字电路对传感器信号处理。
该产品的特点：
a、信号大，易换算。
b、精度高，稳定性好。
c、抗震动、冲击、过载能力好。
d、抗干扰能力强。
e、耐腐蚀，耐高温，温度漂移小
B1、电阻应变压力传感器（俗称贴片式传感器PPM-242L）
在装载机称量货物重量时，连接铲斗的油泵是不断运动的，油泵内的油（待测介质）经过多次高压后，温度会升高，PPM-242L传感器在应变片的选择上充分考虑了温度因素，采用高温应变片，在制作过程中采取相应措施让传感器温度漂移尽可能的小，<±0.03%FS，在安装时一般是通过引压管进行安装。这样，传感器承受的温度和冲击得到缓解，从而增加了设备的使用稳定性。
PPM-242L主要特点：
a、精度高，长期稳定性好。
b、密封好，耐腐蚀。
c、低成本，性价比高。
综上及跟据生产过程中积累的经验，和客户反映的情况来看，称重型传感器我们不推荐使用，油压传感器中PPM-242L是一款经济型传感器，PPM-216A传感器和PPM-241A变送器从性能、安装难易程度等角度上说是是两款很不错的传感器，其中PPM-241A型变送器，对后续信号处理和仪表显示部分要求很低，更容易配套使用。
五、安装注意事项
1、安装位置
说明：
左右两侧支撑臂油缸液压回路上。两侧各一个，如左图所示。
安装方法：
说明：
左右两侧支撑臂油缸液压回路上。两侧各一个，如左图所示。
安装方法：
1、通过油路转接块进行安装。
2、也可通过引压管安装连接。
2、安装注意事项
1）、螺纹安装应确保密封，安装时应采用密封胶或生料带等辅助用具；
2）、接线严格按照产品说明书执行，防止因误操作导致产品损坏；
3）、标定时应针对不同的方位、角度进行多参数测试，确保设备在各种状态下称量精度一致；
4）、如空间所限无法正常安装时，应考虑采用引压管引出安装的方式，调试完成后再固定好。
前 言
一、装载机的特点和称重计量
装载机自重大,轴距短,且始终处于流动作业状态,难以用固定位置的衡器对它所载货物进行称量,否则会影响工作效率,因此,寻找一种使其在工作过程中完成对货物称重的方法,才能较好地解决这一问题.一般来说,对货物计量的准确度要求越高越好，称重误差一般要求0.1%～0.5%左右。
装载机进行散堆货物装载时，初期采用测比重画线估算的方法来计算所装货物的重量，此法存在着误差大、随机性大、不便管理等特点。多装，会造成直接经济损失和超载运输；少装欠载，则会降低运输效能，损害客户利益。同时，因装载机无称量装置而使物料装卸还必须依赖于汽车转运过秤或使用地磅，装卸效率低下费用也很高。
随着铁路、汽车、港口、码头等物流装卸业的发展，装载上货效率、安全性和准确性的要求越来越高。需要一种先进的装载机称重系统来实现装载过程中对货物的自动准确计量，对于加强装载作业管理，防止超载和欠载，提高装卸作业效率和效益，保证车辆运输的安全性有着显著的实效。
二、称重系统介绍
工作原理：
装载机称重系统一般分为两个部份，信号采集部分和信号处理及显示部分。信号采集部分一般通过传感器或者变送器实现，信号采集的准确程度对装载机的称量的准确度至关重要。
装载机称重系统
1、静态称重系统
常用于对现有装载机或铲车的改装，由于现场没有适当的称量设备，而用户又需要进行计量以进行贸易结算时，鉴于用户对改装成本的需求，通常会选用静态计量方式。
静态计量称重设备组成：压力传感器（1个或2个，视精度要求而定）+普通称重显示仪表（必要时可选配打印机）+安装附件（引压管或过程接口等）。
静态称量的一般特点：
1）、每次称量时，称重斗的位置要求一致，以保证称量的准确性，从而影响了称重效率；
2）、设备功能较少，许多工作需要手工协助完成，如记录、计算等；
3）、适用于短期作业场所，不需要大量的数据处理；
4）、成本低，对一些个体经营单位或小单位比较适合；
5）、涉及的参数少，安装调试比较方便。
2、动态称重系统
对车站、港口等大型单位的装载计量，应选择动态称重系统，以满足快速、连续计量与大量数据管理的需求。
动态计量称重设备主要包括：压力传感器（2只）+动态控制仪表（带打印功能）+安装附件。
动态计量称重设备的主要功能特点：
1）、累计装载，重量设定、显示和超重报警功能；
2）、单斗重量称重和累计、显示功能；
3）、货车车型选择或输入功能，货车车号录入功能；
4）、操作者、装载机编号和装车站代号输入功能；
5）、作业时间(年,月,日,时,分)记录功能；
6）、作业基本数据存储、打印与查询功能；
7）、采用动态采样和模糊算法,实现动态标定和动态称量,无须停斗,举升过程中自动称重；
8）、使用装载机电源供电。
9）、采用双液压传感器及高精度A/D转换器，精度更高。
10）、可设置自动置零或手动置零。
三、适用范围
适用于装载机（包括铲车）自动称重计量、超载保护、工作量管理等。可称量煤或焦炭﹑有色矿﹑土方﹑花岗或大理石﹑砂子﹑碎石砖﹑工业及民用垃圾、挖掘材料及建筑添加料 等。应用场所：矿山、车站、港口、码头、工厂、货场等轮式装载机。
四、传感器的选择
根据装载机的作业特点，信号采集部分一般有称重传感器、压力（油压）传感器、压力（油压）变送器三种，需要强调一点的是传感器防过载、抗震动、绝缘性、抗干扰等性能要 比较好。
A> 称重传感器
一般是用传感器代替销轴使用同时达到称量的目的。该方案对传感器的结构设计和安装尺寸精度要求较高，所以在实际作业中经常会出现精度低、安装更换不方便等不良现象，甚至会出现安全事故，所以没有得到推广使用。
B> 压力（油压）传感器，通过液体压力转换为装载斗的重量来完成称重作业，它改装方便快捷，设备的测量精度相对使用称重传感器大大提高，安全性能得到了保证。
C>压力（油压）变送器
传感器输出的是mV信号，而小信号在传输和处理的时候容易受到干扰，折算出来的重量容易引起误差，对显示部分的要求比较高，在对称重精度要求比较高的系统中使用比较困难。变送器很好的解决了这些问题，它抗干扰能力强、输出信号大（一般为4~20mA或者0-10VDC、0-5VDC），这样对信号处理部分和显示部分要求大大降低，称重系统的准确度也相应增强。
下面介绍两种适用于装载机或铲车称重装置的压力传感器、变送器：
A1、溅射薄膜压力传感器（PPM-216A）
本产品采用溅射薄膜技术并结合装载机称重系统的特点设计，主要通过测量装载机油压进而转换成重量信号。
该产品的主要特点：
a、体积小、重量轻，可直接过程安装；
b、精度高、长期稳定性好；
c、抗震动、冲击、过载能力好；
d、耐腐蚀，耐高温，温度漂移小
A2、溅射薄膜压力（油压）变送器（PPM-241A）
PPM-241A同样通过测量油压采集重量信号，根据客户具体要求采用数字电路对传感器信号处理。
该产品的特点：
a、信号大，易换算。
b、精度高，稳定性好。
c、抗震动、冲击、过载能力好。
d、抗干扰能力强。
e、耐腐蚀，耐高温，温度漂移小
B1、电阻应变压力传感器（俗称贴片式传感器PPM-242L）
在装载机称量货物重量时，连接铲斗的油泵是不断运动的，油泵内的油（待测介质）经过多次高压后，温度会升高，PPM-242L传感器在应变片的选择上充分考虑了温度因素，采用高温应变片，在制作过程中采取相应措施让传感器温度漂移尽可能的小，<±0.03%FS，在安装时一般是通过引压管进行安装。这样，传感器承受的温度和冲击得到缓解，从而增加了设备的使用稳定性。
PPM-242L主要特点：
a、精度高，长期稳定性好。
b、密封好，耐腐蚀。
c、低成本，性价比高。
综上及跟据生产过程中积累的经验，和客户反映的情况来看，称重型传感器我们不推荐使用，油压传感器中PPM-242L是一款经济型传感器，PPM-216A传感器和PPM-241A变送器从性能、安装难易程度等角度上说是是两款很不错的传感器，其中PPM-241A型变送器，对后续信号处理和仪表显示部分要求很低，更容易配套使用。
五、安装注意事项
1、安装位置
说明：
左右两侧支撑臂油缸液压回路上。两侧各一个，如左图所示。
安装方法：
说明：
左右两侧支撑臂油缸液压回路上。两侧各一个，如左图所示。
安装方法：
1、通过油路转接块进行安装。
2、也可通过引压管安装连接。
2、安装注意事项
1）、螺纹安装应确保密封，安装时应采用密封胶或生料带等辅助用具；
2）、接线严格按照产品说明书执行，防止因误操作导致产品损坏；
3）、标定时应针对不同的方位、角度进行多参数测试，确保设备在各种状态下称量精度一致；
4）、如空间所限无法正常安装时，应考虑采用引压管引出安装的方式，调试完成后再固定好。
传感器技术指标翻译
压力传感器 pressure sensor
位移传感器 displacement sensor
角位移传感器angle displacement sensor
拉压力传感器Pull pressure sensor
称重传感器Weight sensor
扭矩传感器Torque sensor
温度传感器 Temperature sensor
热电偶 thermocouple
变送器 transmitter
放大器amplifier
显示控制仪表Display control measuring appliance
压力范围pressure range
量程范围Measuring range
过载能力Overload capacity
测量介质Measuring Medium
工作方式operating mode
额定电压Rated voltage
满程输出Full scale output
零位输出Zero position output
综合精度Comprehensive precision
迟滞hysteresis
重复性Repeatability
工作温度范围Operating temperature scope
补偿温度范围Compensation temperature scope
温度漂移Temperature drifting
外径Outer diameter
螺纹接口screw Connection
电气连接Electrical connection
线性度Linear
非线性度Non-linear
分辨率Resolution
电源电压Power voltage
交流电压Alternating voltage
振动vibration
冲击Impact
位移速度displacement velocity
线性行程Linear stroke
机械行程Mechanical stroke
固有频率inherent frequency
动态频率Dynamic frequency
灵敏度Sensitivity
启动力矩start Torque
温度系数Temperature Coefficient
额定载荷Rated Load
滞后Lag
绝缘电阻Insulation resistance
供桥电压bridge voltage
允许过载Permission overload
采样速度（频率）Sampling frequency
继电器输出Relay output
蜂鸣器报警howler alarm
通讯数据采集Communication data acquisition
馈电电源Feedback power
峰值保持Peak value hold
清零zero clearing
计量单位Measuring unit
面板尺寸console size
位移传感器 displacement sensor
角位移传感器angle displacement sensor
拉压力传感器Pull pressure sensor
称重传感器Weight sensor
扭矩传感器Torque sensor
温度传感器 Temperature sensor
热电偶 thermocouple
变送器 transmitter
放大器amplifier
显示控制仪表Display control measuring appliance
压力范围pressure range
量程范围Measuring range
过载能力Overload capacity
测量介质Measuring Medium
工作方式operating mode
额定电压Rated voltage
满程输出Full scale output
零位输出Zero position output
综合精度Comprehensive precision
迟滞hysteresis
重复性Repeatability
工作温度范围Operating temperature scope
补偿温度范围Compensation temperature scope
温度漂移Temperature drifting
外径Outer diameter
螺纹接口screw Connection
电气连接Electrical connection
线性度Linear
非线性度Non-linear
分辨率Resolution
电源电压Power voltage
交流电压Alternating voltage
振动vibration
冲击Impact
位移速度displacement velocity
线性行程Linear stroke
机械行程Mechanical stroke
固有频率inherent frequency
动态频率Dynamic frequency
灵敏度Sensitivity
启动力矩start Torque
温度系数Temperature Coefficient
额定载荷Rated Load
滞后Lag
绝缘电阻Insulation resistance
供桥电压bridge voltage
允许过载Permission overload
采样速度（频率）Sampling frequency
继电器输出Relay output
蜂鸣器报警howler alarm
通讯数据采集Communication data acquisition
馈电电源Feedback power
峰值保持Peak value hold
清零zero clearing
计量单位Measuring unit
面板尺寸console size
称重传感器选型
称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，它的性能在很大程度上决定了电子衡器的精度和稳定性，因此被喻为衡器的心脏。
一、灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量对应的输出信号值才比较大，有利于信号处理。但灵敏度高时，与被测量无关的外界噪声也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。
二、稳定性的选择
传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除其本身结构外，主要是使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择适合的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
环境对称重传感器会造成如下影响：
1.高温环境造成传感器的涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化。
2.露天粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。
3.在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响。
4.电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。
5.易燃、易爆环境必须选用特制的防爆传感器。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能经受住长时间的考验。
三、精度的选择
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就选用精度等级能满足要求的传感器。
精度选择满足下列两个条件：
1.满足仪表输入的要求。传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入信号。
2.满足整台电子秤精度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器精度选择的时候，应使传感器的精度略高于理论计算值。
四、对传感器数量和量程的选择
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。根据经验，一般应使传感器工作在其30%～70%量程内，但有较大冲击力的衡器，在选用传感器时，一般要使传感器工作在其量程的20%～30%之内，才能保证传感器的使用安全和寿命。
一、灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量对应的输出信号值才比较大，有利于信号处理。但灵敏度高时，与被测量无关的外界噪声也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。
二、稳定性的选择
传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除其本身结构外，主要是使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择适合的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
环境对称重传感器会造成如下影响：
1.高温环境造成传感器的涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化。
2.露天粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。
3.在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响。
4.电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。
5.易燃、易爆环境必须选用特制的防爆传感器。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能经受住长时间的考验。
三、精度的选择
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就选用精度等级能满足要求的传感器。
精度选择满足下列两个条件：
1.满足仪表输入的要求。传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入信号。
2.满足整台电子秤精度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器精度选择的时候，应使传感器的精度略高于理论计算值。
四、对传感器数量和量程的选择
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。根据经验，一般应使传感器工作在其30%～70%量程内，但有较大冲击力的衡器，在选用传感器时，一般要使传感器工作在其量程的20%～30%之内，才能保证传感器的使用安全和寿命。
应变式称重传感器技术动向和发展趋势
中国运载火箭技术研究院第702研究所 刘九卿
[摘要] 20世纪90年代以来，在电子称重技术与电子衡器产品快速发展的强力牵引下，称重传感器进入了大发展时期，设计与制造技术取得了令人瞩目的进步。本文从产品研发、强化企业竞争力和参与国际竞争的角度，结合称重传感器几个重要发展时期的技术创新和工艺进步，介绍了电阻应变计、称重传感器设计与制造技术的发展动向。在分析近年来称重传感器新技术、新工艺、新产品和电子称重技术新要求的基础上，展望称重传感器的发展趋势。
关键词：称重传感器 电阻应变计 虚拟设计 柔性制造 集成化 智能化 网络化
1.概述
1936～1938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）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计，命名为SR-4型，由美国BLH公司专利生产，同时也使BLH公司成为利用SR-4型电阻应变计制造传感器的创始者。1940年美国军事工程部门和Revere公司总工程师A.Thurston（瑟斯顿）分别把电阻应变计技术应用于军事工程的电子测力和称重计量领域，研制出应变式负荷传感器。1942年在美国应变式负荷传感器已经大量生产，至今已有60多年历史。这期间经过种种改进和发展，负荷传感器的准确度从研制初期的百分之几量级提高到千分之几、万分之几量级，并以其结构简单、使用方便、准确度高、频率响应快、稳定性好、工作寿命长、几乎不用维修等特点，广泛应用于各种测力装置和电子称重系统。经过60多年的变迁，尽管负荷传感器的弹性体结构、几何形状和尺寸发生了不小变化，原材料、元器件，制造技术与工艺都有较大改进和提高，应用研究也取得了许多成就，但其基本构思、基本原理和基本工艺仍然证明是合理的可靠的。负荷传感器技术的几个发展时期和起决定性作用的技术创新是值得认真研究和总结的，它对未来称重传感器技术的发展和确立技术研究课题都有指导作用。
1952年英国学者杰克逊首先研制出金属箔式电阻应变计，为负荷传感器提供较理想的转换元件。并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺，提高了负荷传感器的准确度和稳定性，促进了负荷传感器技术的发展。
1973年美国学者霍格斯特姆为克服利用拉伸、压缩和弯曲应力的正应力负荷传感器的诸多缺点，提出了不利用弹性体正应力，而利用切应力的理论，设计出圆截工字型截面悬臂剪切梁式负荷传感器，打破了传统的柱、筒、环、梁结构正应力负荷传感器的一统天下。剪切式负荷传感器以其灵敏度对加力点变化不敏感、拉向和压向灵敏度对称性好、抗偏心和横向负荷能力强、结构简单紧凑、尺寸小等特点形成了一个新的发展潮流，极大的推动了负荷传感器技术的发展。
1974年日本学者大井光四郎利用平面问题的有限单元法分析电阻应变计的应变传递，优化结构设计。德国学者埃多姆和美国学者斯坦因分别利用建立弹性体力学模型，采用有限单元计算分析弹性体的应力场、位移场，求得最佳化设计，为利用现代化科技手段设计与计算负荷传感器开辟了新途径。
1975年前后，为满足低容量电子计价秤发展的需要，美、日等国研制出铝合金不变弯矩原理的平行梁结构负荷传感器。虽然它利用的是平行梁表面的弯曲应力，应属于正应力类型，但因其不变弯矩原理使灵敏度对加力点变化不敏感，拉向和压向灵敏度对称，它又具备了切应力负荷传感器的特点。并且量程小，刚度大，便于调整四角误差，很快就形成了负荷传感器的又一个发展潮流。
蠕变是高精度电阻应变计和负荷传感器经常遇到和必须解决的关键问题。70年代末，前苏联学者H.科洛考娃通过对一维力学模型和应变传递系数的分析，提出控制应变计敏感栅的栅头宽度与栅丝宽度的比例，可以制出不同蠕变值电阻应变计的理论，并成功的研制出系列蠕变补偿电阻应变计。对低容量铝合金负荷传感器减小蠕变误差，提高准确度等级起到了至关重要的作用，使商用和家用电子秤的负荷传感器多品种、大批量生产成为可能。
由于电子称重技术和工业、商业电子衡器的迅速发展，负荷传感器的性能指标和评定方法，已不能满足采用阶梯公差带评定准确度等级的电子衡器的需要，急需准确度评定比较统一的计量规程。80年代初，国际法制计量组织（OIML）质量测量指导秘书处为适应电子衡器的误差评定方法，决定将用于电子称重的传感器与测力传感器彻底分开，由美国负责的第8报告秘书处起草《称重传感器计量规程》。经过OIML成员国书面表决后，在1984年10月第7届法制计量大会上正式批准，并于1985年以OIML，R60国际建议颁布，下发到各成员国。目前各国正在执行的是R60的2000年版。由于新计量规程把计量性能与温度性能综合考虑，增加了研究开发与大批量生产的难度，逼迫企业完善工艺准备，改进制造工艺，使称重传感器的综合性能和长期稳定性均有较大提高，保证了电子秤的质量。
80年代中期，随着数字技术和信息技术的发展，为满足电子衡器数字化、智能化的要求和用数字称重系统突破模拟称重系统局限性的构想，美国TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德国HBM公司等先后研制出整体型和分离型数字式智能称重传感器，并以其输出信号大，抗干扰能力强，信号传输距离远，易实现智能控制等特点成为数字式电子衡器和自动称重计量与控制系统的必选产品，并形成了一个开发热点。
从上述技术创新和技术发展的几个重要阶段不难看出，电子称重技术的进步促进了称重传感器技术的发展，而现代科学技术的发展又为称重传感器的研发提供了技术和物质基础。
90年代以来，为了适应不断纳入高新技术的电子称重系统和电子衡器产品的新需求，称重传感器进入了设计、制造与工艺技术不断创新，产量大幅度提高的大发展时期。这一时期称重传感器技术发展动向和今后一个时期的技术发展趋势，就是本文所要阐述和回答的问题。
2.电阻应变计技术发展动向
电阻应变计是称重传感器的核心器件，其敏感栅结构、基底材料、灵敏系数稳定性、机械滞后、蠕变和热输出等技术性能直接影响称重传感器的准确度和稳定性。许多企业都把应变计的生产列入称重传感器的基础工艺。国内外著名称重传感器企业稳定批量生产质量都是从电阻应变计这一源头抓起，或建立与自己产品配套的电阻应变计生产部门，或经过考察确立长期供货的电阻应变计生产企业。90年代以来，以美国HPM公司、VMM公司为代表的应变计敏感栅箔材轧制企业和以美国VMM公司、德国HBM公司为代表的电阻应变计生产企业，在箔材轧制、热处理和电阻应变计设计技术与制造工艺研究上都取得了突破性进展，主要成果简介如下。
为满足称重传感器小型化、微型化的要求，特别是电子秤用能耗小、发热低、稳定性好的称重传感器用大阻值应变计的需要，美国VMM公司和HPM公司分别研制出2m、2.5m厚的超薄型康铜箔材，为研制微型应变计和大阻值应变计提供了物质基础。目前此产品尚未供应中国市场。
美国VMM公司和德国HBM公司电阻应变计的结构设计普遍采用一维、二维和三维有限单元法，建立相应的力学模型，分析应变计的应变传递系数，提出应变计结构设计原则。利用二维有限单元法计算和分析粘贴在弹性体上应变计的应变传递，得出大部分区域是单向应力状态，基本没有应变传递滞后现象，而接近栅丝末端的一小段是剪应力传递区域，剪应力急剧变化，正应力降为零而产生应变传递滞后现象。因此提出设计框状端头，把栅丝应变均匀分布区域作为工作区，将应变传递滞后区域与工作区域隔离开，减小应变计的滞后，这正是称重传感器用应变计所需要的。
建立三维有限单元六面体力学模型，取一万多个节点，在大容量电子计算机上进行计算，其目的是深入研究应变计结构，主要解决应变计复盖层的力学效果，敏感栅端部结构的力学效应，基底、敏感栅、复盖层厚度对机械滞后的影响，敏感栅结构与蠕变自补偿问题。保证应变计结构形状、几何尺寸、基底和复盖层厚度最合理。
尽管电阻应变计原理和结构设计都无可挑剔，但其制造工艺决定了它必然存在一些固有的工艺缺陷，传统制造工艺中刻图制片、涂胶光刻、基底制作、粗细腐蚀、阻值调整、引线焊接、涂复盖层、质量检查等工序多为手工操作和控制，人为的因素对产品质量影响很大，而且应变计成功率低，均一性差。而美国VMM公司和德国HBM公司的应变计生产工艺，自动化程度都很高，几乎每道工序都采用计算机自动控制和处理，关键工序如基底制作、光刻腐蚀、精细调阻，引线焊接、质量检测等都在自动化程度很高的专用设备上进行，制造工艺的可重复性好，工艺兑现率高。因此应变计的各项技术指标优良，一致性和稳定性好，批次产品质量几乎无差别。特别是称重传感器专用应变计在灵敏系数稳定性、阻值分散性、机械滞后、蠕变和热输出等技术指标的控制更加严格，为大批量生产C3级称重传感器创造了条件。
灵敏系数是电阻应变计的重要参数，许多生产厂家都采用等应力悬臂梁进行测试，其结果是灵敏系数分散大，准确度低。我们了解到的国外应变计生产企业，特别重视应变计生产工艺的两头，即开头的结构设计与刻图制版和最后的性能检测与灵敏系数测定。由于电阻应变计不能二次粘贴使用，所以灵敏系数测定是采用抽样的方法在带有标准梁的自动加载测量装置上进行。一次可标定多组不同型号的电阻应变计，每组最多可达10片，组成数10个测量点，通过多路自动扫描测量仪和电子计算机进行控制和运算，最后给出应变计灵敏系数、机械滞后和蠕变值。数据采集系统的分辨率为1με和1μv，精度优于0.02％。
应变计电阻值的精密调整工艺对其电阻值的分散度和稳定性影响较大。尽管化学调阻比传统的机械调阻有许多优越性，完全能保证产品质量，但其工艺要求严、劳动强度大、生产效率低的缺点也很突出，不适应日产10多万片应变计的大批量生产。美国VMM公司独创了激光自动调阻新工艺，速度快、精度高，应变计电阻值分散小，便于加膜处理制成全密封栅结构的应变计。
电阻应变计应用技术的研究也取得了突破性的进展。美国VMM公司经过多年的研究与实验开发出EMC（有效模量补偿）系列灵敏度温度自补偿电阻应变计，在许多场合都可以很容易的获得优于±0.0008/°F（0.0014%/℃）的补偿精度。根据不同弹性体材料EMC系列灵敏度温度自补偿应变计有4种类型：M1灵敏系数随温度变化-1.5%/100°F（-2.70％/100℃）适用于不锈钢；M2灵敏系数随温度变化-2.35%/100°F（-4.23%/100℃）适用于铝合金；M3灵敏系数随温度变化-1.25%/100°F（-2.25％/100℃）适用于工具钢；M4灵敏系数随温度变化为-1.35％/100°F（-2.43%/100℃）适用M1和M3之间的“中间区域”（不锈钢与工具钢之间）的补偿。
德国HBM公司研制出带背胶的自粘式电阻应变计，在称重传感器制造工艺中省略了对应变计的清洗，涂刷应变粘接剂等工序，减少了对应变计的污染和损害，提高了粘贴质量和可靠性，适合大批量自动化生产的各种称重传感器，尤其是家用电子秤用称重传感器的大批量生产。
弹性体表面应变是通过应变计的基底传递给敏感栅，基底材料的质量与厚度对电阻应变计的多项性能产生影响。基底厚而不均匀会使灵敏系数分散度增大，对线性和滞后也有较大影响。目前称重传感器用应变计基底胶膜厚度为30±5μm。美国VMM公司研制的PF聚酰亚胺基底胶膜的厚度只有8μm，不但平整均匀，容易弯曲，而且耐高温，抗焊接伤害能力强，具有良好的电性能。EG环氧玻璃纤维增强基底胶膜厚度仅为13μm，特别适合高精度称重传感器，可减少滞后和蠕变误差。
由于目前通用的称重传感器灵敏度温度补偿镍电阻与温度变化呈非线性关系，增大了补偿难度和补偿结果的分散度。德国学者正在研究用钡或铌代替镍作灵敏度温度补偿电阻，取得了一些进展。类似旨在创新称重传感器制造技术与制造工艺的研究课题和成果，非常值得我们关注和应用。因为制造技术与制造工艺是称重传感器研制和批量生产过程中最活跃、最积极的因素，是企业保证产品质量，强化竞争能力和提高经济效益的重要手段。在电子衡器产品竞争日趋激烈，电子衡器市场日趋国际化的今天，更应重视制造技术与制造工艺所起的作用。
3.称重传感器技术发展动向
如果说20世纪70年代中期出现的各种剪切梁式切应力称重传感器和低容量铝合金平行梁式称重传感器，与传统的柱、筒、环、梁型正应力称重传感器形成了三大发展潮流，开创了称重传感器全面发展时期，那么90年代以来，随着科学技术的进步和工业过程控制自动化水平的提高，工业、商业和家用电子秤不断增加，对称重传感器的品种、产量、准确度和稳定性都提出了许多新要求，促进了新产品开发和常规产品工程化大规模生产，产量逐年上升，可以说进入了称重传感器的大发展时期。
回顾称重传感器的发展历史，国际上主要有两种发展途径：一是以美国为代表的先军工后民用，先提高后普及的发展途径；一是以日本为代表的实用化商品化，先普及后提高的发展途径。我国应属于后者，尽管军工部门应用较早，但快速发展和普及还是近20多年，目前急需提高总体技术与工艺水平。各国都把准确度、稳定性和可靠性作为称重传感器的重要质量指标，各生产企业进行了大量的基础研究、工艺研究和应用研究工作，取得了许多设计技术和制造工艺成果，简介如下。
吸取工程化产品设计中的拟实技术和虚拟技术，加快称重传感器开发速度，减少开发风险。称重传感器设计中的拟实技术是指面向弹性体的结构和性能分析技术，以优化结构、性能和成本为目标，包括结构选择、尺寸确定，强度、刚度有限元计算，受载分析，动态仿真等。主要是建立较为复杂的力学模型，采用交互、高交互有限元程序包，深入分析弹性体的应力场、位移场，并进行动态仿真。许多企业都有自己独创的较为成熟的计算软件，均取得了很好的计算和应用效果。称重传感器设计中的虚拟技术是指面向弹性体生产过程的模拟和检验，检验弹性体的可加工性，加工方法和工艺的合理性，以优化制造工艺，保证产品质量，降低生产成本为目标。在设计过程中还可利用有限元分析模拟弹性体加、卸载过程，计算出载荷增加、减少时的接触应力，分析出接触摩擦系数变化的影响及弹性体变形的纵横比，评定称重传感器的滞后。称重传感器拟实化和虚拟化设计的核心是计算机仿真技术，通过仿真软件来模拟真实受载情况，以保证结构设计和制造工艺的合理性，发现并及时改进设计、生产中不易发现的缺陷和错误。
现代制造技术专家吉川教授指出：世界各国经济上的竞争，主要是制造技术的竞争，在各个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用往往占60％左右。称重传感器行业更是如此，制造技术已不是传统观念中的“作坊手艺”，而是一个集机械、电子、信息、材料、自控和管理为一体的新型交叉学科和综合技术。在称重传感器行业谁掌握了现代制造技术，谁就能占领较大的市场份额。称重传感器多品种、大批量生产特点决定了只有采用先进制造技术，才能把以时间为核心的市场竞争三要素时间、质量、成本之间的矛盾有机结合起来，使三者达到统一。国际上年产20-40万支，甚至60万支的称重传感器企业都引入了先进的制造技术，应用计算机技术和模拟技术确定工艺规范，优化工艺方案，预测加工过程中可能出现的缺陷和防止措施。从单台机床、单道工序、单个工具生产效率的提高，发展到普遍采用加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）等整体效率的提高。90年代以来，称重传感器企业流行的制造系统是把计算机技术、信息技术、自动化技术与传统的制造技术结合起来，由计算机控制多台加工中心以及工件、刀具传送装置等，实现生产过程的全自动化，形成柔性制造系统，达到多品种、大批量生产，稳定质量、提高效率、降低成本的综合目的。使弹性体加工从单元技术发展到集成化技术，从刚性制造发展到柔性制造，从简单化经验判断发展到智能化定量分析。济南金钟电子衡器股份有限公司就采用了柔性制造系统（FMS）对传统的制造技术进行改造并通过验收。这对弹性体加工尚处于单机制造或单机自动化、刚性自动化的生产企业是值得认真学习和借鉴的。
应变式称重传感器生产工艺的主要问题是手工操作与控制成份大，人为的因素对产品质量影响较大，生产效率低，不适合多品种、大批量生产。称重传感器生产工艺创新的方向是在保证设计符合性控制和工艺可靠性控制的基础上，尽量减少手工操作和人为控制，增加自动化和半自动化工序。例如采用计算机控制或人机一体化工艺系统减少手工操作，增加自动控制，保证工艺兑现率。国际上年产量大的生产企业都自行研究设计出网络化的制造工艺与测试系统，称为制造测试技术网络化或生产工艺网络化。它是称重传感器弹性体从分类编号打印条形代码开始，经过全部生产工艺过程到包装入库为止，实时控制与测试基础上的计算机网络系统。包括贴片组桥，固化和后固化烘箱控制系统，零点和灵敏度温度补偿测试与计算系统，各种稳定处理测试与控制系统，性能测试与检定自动控制系统等。各生产工序和控制系统的测试数据均为自动采集，不能人为输入、任意修改，保证测试结果真实可靠。也有采用总线型两极分布式信息系统，把称重传感器生产监控作为一个子系统，主要有质量监督功能，设备监督功能，生产能力调整功能，生产支持系统功能和生产工艺过程监督功能等。美国VT特迪亚—亨特利（北京）电子有限公司，自行研制设计了称重传感器制造工艺与测试网络化信息系统，并调试成功投入使用，使年产量达到40多万支。中航电测仪器有限公司也建立了称重传感器网络化测试系统。
在上述设计、制造和工艺技术支持下，称重传感器的品种和结构又有创新，技术功能和应用范围不断扩大，研发出许多技术含量高、工艺难度大的新产品，丰富了称重传感器市场。
美国Revere（里维尔）公司研制的PUS型罐式拉、压两用称重传感器，其外壳由涂有环氧树脂的合金钢构成，内部安装一个低位移的具有大气压力补偿功能的拉压式弹性元件。适用于高精度的检验平台、称重平台和料斗秤、容器秤等。量程100-300000Ib（45-136000kg），准确度C3级，工作温度可达400°F（240℃）。
德国HBM公司研制的C2A和C16A两种不同结构系列，量程均为1-100t的称重传感器，都具有“耐压外壳”保护的防爆功能，其“耐压外壳”保护结构符合欧洲EN50014易爆区域电气设备标准和EN50018易爆区域电气设备耐压外壳“d”级标准。焊接外壳均经过高压试验，检验结构强度和密封性能，试验压力20Pa(帕）。
美国Scaime（斯凯梅）公司研制出新一代高准确度不锈钢F60X系列，量程5-5000kg的称重传感器，准确度可达6000d。主要用于湿度大、腐蚀性强的环境中，而且防水。达到如此高的准确度等级主要是制造技术与制造工艺有新突破，例如不锈钢的热处理制度、多次回火工艺、大气压保护下的气冷和深冷工艺等。
德国Seitner（塞特内尔）公司为快速称重计量系统研制的200型铍青铜称重传感器，线性好、固有频率高，动态响应快。独创油阻尼装置与过载保护为一体，使称量时称重传感器的衰变时间快，速度高，工作寿命长。组装成3-30kg电子平台秤其准确度可达4000d。
美国THI公司为快速称重计量的旋转式定量包装机研制出THI1410型单点式铝合金称重传感器，量程为5-30kg，准确度C3级。与普通称重传感器最大不同是它可以承受离心力和机械振动，内部装有特制的粘性阻尼器，保证称量时有较快的稳定时间和较小的测量误差。THI-900型5-150kg称重传感器，称量时的稳定时间低于50ms，称重准确度也是C3级。
美国VT-BLH公司，Metter-Toledo公司都开发出新式称重模块，具有合理的组件化功能和极高的称重效率。是用新技术面对电子称重系统新挑战的具有代表性的产品。称重模块以其出厂后可“即扦即用”，安装与校验简单，稳定性和可靠性高等特点，在各种电子衡器设计中被广泛采用。例如美国VT-BLH公司KIS-2和KIS-3型不锈钢模块可自动调节承载位置，减少由于偏载、振动、热效应影响或偶然超载引起的称量误差。Z-BLOK型承载模块可以承受由于搅拌、振动、其它外力引起的偏心载荷，并不受地震或飓风的影响。美国Toledo公司的D-35353模块采用整体型特种钢壳体，结构坚固，尺寸紧凑，具有多种过载保护功能。
此外，Dacom West（戴康 韦斯特）公司开发的利用可编程序减少非线性误差，补偿灵敏度温度误差的可编程MLX90308称重传感器接口；Kern（科恩）公司研制的低容量（36kg）、高分辨率（0.5g）、高准确度（7200d）DS36K0.5型电子平台秤用称重传感器，都有很高的技术含量和应用价值。德国HBM公司研制的SSC型各种容器偏心称重计量专用称重传感器，可将容器或平台偏心载荷集中到一个称重传感器上，变三支称重传感器为一支进行称重计量，已在拉圾车上得到很好验证。
上述各项新技术、新工艺和新产品适应了电子称重技术从静态称重向快速称重、低速动态称重和动态称重的发展趋势，较好的体现了技术的先导性、工艺的先进性和产品的适应性等创新产品和自主知识产权产品的开发原则，非常值得我国称重传感器制造企业研究、借鉴。
4.称重传感器的发展趋势
研究分析90年代以来国内外称重传感器技术与工艺的发展动向，结合电子称重技术和电子衡器产品的新需求，不难总结出称重传感器的发展趋势，可用“四化”来概括，即设计技术虚拟化，制造技术柔性化，生产工艺网络化，企业管理信息化。
设计技术虚拟化包括弹性体结构设计的拟实技术和工艺设计的虚拟技术。结构设计的拟实技术是指面向弹性体的结构和性能分析技术，主要是结构选择，应变区受力分析，强度和刚度有限元计算，受载动态仿真等。工艺设计的虚拟技术是指面向弹性体生产过程的模拟和检验，检验弹性体的可加工性、加工方法和工艺的合理性。两者都是以优化结构设计、制造工艺，保证质量，降低成本为目标。设计技术虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟称重传感器真实受载情况，发现并及时处理某些不可避免的缺陷和错误，以保证结构设计和生产工艺的合理性。
制造技术柔性化是指多品种大批量生产的弹性体的柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）以及计算机集成制造系统（CIMS）。它是计算机技术、信息技术、自动化技术等与传统的制造技术相结合，技术与管理相结合形成的全新的制造系统。由于称重传感器弹性体不属于精密加工部件，冷热加工追求的是尺寸和性能的一致性和加工高度自动化。因此工业发达国家称重传感器企业的弹性体加工多采用柔性制造单元（FMC）或柔性制造系统（FMS）。
生产工艺网络化是指在称重传感器生产工艺的全过程中，通过通信线路和通讯设备把各生产工序具有独立操作和控制功能的计算机系统相互连接起来，在网络软件管理下实现信息的收集、存储和处理。是弹性体从进入生产线编号打印条形码开始到形成产品入库的生产全过程，进行实时控制与测试的计算机网络系统。与传统“作坊手艺”的生产工艺相比，减少了手工操作、人为控制工序，增加了自动化控制、半自动化控制工序，从而减少了人为因素对产品质量的影响，保证了生产工艺的可重复性，提高了工艺兑现率和产品质量，特别适合大批量生产。
企业管理信息化是指按计算机处理的要求，依据结构化系统分析与设计方法，严格按照信息系统开发步骤，对企业管理系统进行改造，建立企业信息系统，实现企业管理全面现代化。称重传感器企业信息系统，包括CAD系统，CAM系统，生产管理系统，商务决策系统和经营管理系统等。
为适应电子称重技术从静态称重向动态称重发展，计量方法从模拟测量向数字测量发展，测量特点从单参数测量向多参数测量发展，以及电子衡器产品对称重传感器的新需求：大阻值低功耗，快速与动态称量，多分力与多功能，大量程及微小量程，防水、防爆、防腐蚀，车载与偏心载荷称量等，小型化，集成化，多功能化和智能化将是新型称重传感器的特点和发展趋势。
小型化是指称重传感器体积小，高度低，重量轻，即小薄轻。不同结构的电子衡器又有不同的需求。便携式静动态轮重秤要求高度为20mm左右的低外形碟式称重传感器；天车秤、抓斗秤要求薄形、超薄形板式称重传感器。就是一些大型电子衡器为使其重心低稳定性好也要求称重传感器体积小高度低，变形小容量大，例如欧洲普遍采用的弯曲环结构，额定量程30t外形尺寸为Φ120mm×50mm；额定量程50t外形尺寸为Φ150mm×60mm。
集成化有两种含义。其一是结构集成化，将称重传感器弹性体与秤体、承力传力支承等一体化，形成一个整体结构的大型称重传感器。例如英国Trevor Deakin（特里沃德金）公司，德国Mikros（麦克罗斯）公司和加拿大Mass Load公司用于动态公路车辆自动称量的便携式称重板（Weighpad）；德国Phister（菲斯特）公司、GTM公司用于动态电子轨道衡的1.8m长整体型称重轨（Weigh Rail）；德国Ravas（拉法斯）公司称重传感器与铲车叉一体化的称重叉（Weighime）；Mass Load的称重梁（Loadbeams）以及代替电子吊秤的称重勾、称重环等。其二是功能集成化，将重量信息摄取、放大、变换、传输、信息处理和显示都集于一体，或将称重传感器、秤体和称重显示控制器合三为一。例如美国Intercomp（英特康普）公司、德国GTM公司数显称重板；日本2003年计量计测机器工业展览会上，就展出了集敏感元件、转换元件、信号处理电路和显示控制于一体的集成化称重传感器。
多功能化也有二种含义。一种是称重传感器本身除具有检测重量信息功能外，还有能检测其它信息的功能，例如电子吊秤用称重传感器除检测重量信息外还能检测加速度信息；汽车检测台用称重传感器除检测垂直载荷外，还能同时检测水平载荷（即二分量称重传感器）。一种是称重传感器本身不仅具有重量信息检测功能而且还兼有信号处理等其它功能，或者此种称重传感器与其它功能复合产生出新的功能。
智能化称重传感器是近些年来的开发热点。智能传感器的定义在各国传感器杂志上讨论多年，直到90年代初才有了比较一致的看法：把凡具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测和处理、逻辑判断、双向通讯、自检、自校、自补偿、自诊断和计算等全部或部分功能的器件叫做智能传感器。智能传感器可以是集成的，也可以是分离件组装的。数字式智能称重传感器正是按此思路发展和应用的，同样有两种结构形式，即整体型和分离型。
整体型是在称重传感器内部安装有放大、滤波、A/D转换、微处理器芯片和温度敏感元件等组成数字处理电路，利用微处理器已存入的软件，实施各项数字补偿工艺进行各项性能调整和测试，最后采用电子束焊或激光焊进行密封。数字式智能称重传感器的制造工艺完全不同于模拟式称重传感器，主要是两个环节：其一弹性体贴片组成惠斯登电桥电路后，通过试验测试建立数字补偿工艺要求的各项数学模型，形成便于程序化计算的公式。其二是根据数学模型编制出简单实用的补偿计算软件，存储在微处理器芯片中进行各项误差修正和补偿。软件技术主要有数字滤波技术，标度变换技术，数字调零技术，温度补偿技术和线性补偿技术等。同时还应解决抗射频干扰（RFI)、电磁干扰（EMI）和闪电引起的电瞬变等过压保护问题。分离型是将放置在称重传感器内部的A/D转换等数字处理电路移至一个外部接线盒内，将普通的模拟式称重传感器接入数字接线盒后，其输出便以数字信号传输给与其配套的称重显示控制仪表。通常把模拟式称重传感器加数字接线盒模式称为模块化数字称重传感器系统。模拟式称重传感器基本上是手工化生产，人为的因素对产品质量影响较大，数字式智能称重传感器基本上是自动化生产，排除了人为因素对产品质量的影响。数字式智能称重传感器具有输出信号大，抗干扰能力强，信号传输距离远，易实现智能化控制等特点，较广泛的应用于大型电子平台秤、电子汽车衡，结构复杂的电子料斗秤、电子容器秤和大死载、小活载的特殊电子秤。前者主要是看重智能称重传感器系统，可利用软件输入各标定参数实施自动调整四角误差和无砝码标定，后者则是利用智能称重传感器的1000000个可用计数的高分辨率，保证小载荷范围内的称量精度，这都是模拟式称重传感器根本不能实现的。
随着数字信息时代的到来，在工业过程检测和称重计量与控制系统中，数字化电子衡器和数字称重系统的应用越来越多，这就要求数字式智能称重传感器及其相关技术、配套仪表尽快发展。我国许多称重传感器企业已具备开发整体型和分离型智能称重传感器的技术基础，只要增加一些投入和加强研究与试验，完全可以研制出符合要求的数字式智能称重传感器。
5.结语
20世纪90年代以来，在电子称重技术和工业、商业、家用电子秤快速发展的强力牵引下，称重传感器的设计技术、制造技术和工艺技术都有很大提高，取得了许多令人瞩目的成果。总结工业发达国家特别是美、德、日称重传感器技术与产品的发展与创新经验，概括起来就是设计技术虚拟化，制造技术柔性化，生产工艺网络化，企业管理信息化。为满足电子称重技术及电子衡器产品的新需求和适应电子衡器市场竞争日趋国际化的新形势，称重传感器正向着小型化、集成化、多功能化和智能化的方向发展。他山之石，可以攻玉。工业发达国家称重传感器技术与产品快速发展的经验，是值得我国称重传感器研究单位和生产企业认真研究和吸取的。
近十多年来，我国称重传感器技术与制造工艺也取得较大进步，大小生产单位和企业共有160余个，工业与商业电子秤用称重传感器年产量已突破300多万只，家用电子秤用称重传感器年产量多达9000万只，可以说是称重传感器生产大国，但总体质量水平与国际同类产品相比还有较大差距。2002年国家监督抽查7省市，16个企业，共48只称重传感器，仅合格18只，合格率37.5％，国家监督抽查结果与称重传感器生产大国地位极不相称。本文介绍工业发达国家称重传感器技术与制造工艺的发展动向，研究分析称重传感器发展趋势，列举新技术、新工艺、新产品以及技术与工艺的创新点，其目的就是供国内企业分析和掌握国际情况开发和创新产品，组织大批量生产参考，希望能对促进我国称重传感器技术与制造工艺的进步和产品总体质量水平的提高起些作用。
[摘要] 20世纪90年代以来，在电子称重技术与电子衡器产品快速发展的强力牵引下，称重传感器进入了大发展时期，设计与制造技术取得了令人瞩目的进步。本文从产品研发、强化企业竞争力和参与国际竞争的角度，结合称重传感器几个重要发展时期的技术创新和工艺进步，介绍了电阻应变计、称重传感器设计与制造技术的发展动向。在分析近年来称重传感器新技术、新工艺、新产品和电子称重技术新要求的基础上，展望称重传感器的发展趋势。
关键词：称重传感器 电阻应变计 虚拟设计 柔性制造 集成化 智能化 网络化
1.概述
1936～1938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）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计，命名为SR-4型，由美国BLH公司专利生产，同时也使BLH公司成为利用SR-4型电阻应变计制造传感器的创始者。1940年美国军事工程部门和Revere公司总工程师A.Thurston（瑟斯顿）分别把电阻应变计技术应用于军事工程的电子测力和称重计量领域，研制出应变式负荷传感器。1942年在美国应变式负荷传感器已经大量生产，至今已有60多年历史。这期间经过种种改进和发展，负荷传感器的准确度从研制初期的百分之几量级提高到千分之几、万分之几量级，并以其结构简单、使用方便、准确度高、频率响应快、稳定性好、工作寿命长、几乎不用维修等特点，广泛应用于各种测力装置和电子称重系统。经过60多年的变迁，尽管负荷传感器的弹性体结构、几何形状和尺寸发生了不小变化，原材料、元器件，制造技术与工艺都有较大改进和提高，应用研究也取得了许多成就，但其基本构思、基本原理和基本工艺仍然证明是合理的可靠的。负荷传感器技术的几个发展时期和起决定性作用的技术创新是值得认真研究和总结的，它对未来称重传感器技术的发展和确立技术研究课题都有指导作用。
1952年英国学者杰克逊首先研制出金属箔式电阻应变计，为负荷传感器提供较理想的转换元件。并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺，提高了负荷传感器的准确度和稳定性，促进了负荷传感器技术的发展。
1973年美国学者霍格斯特姆为克服利用拉伸、压缩和弯曲应力的正应力负荷传感器的诸多缺点，提出了不利用弹性体正应力，而利用切应力的理论，设计出圆截工字型截面悬臂剪切梁式负荷传感器，打破了传统的柱、筒、环、梁结构正应力负荷传感器的一统天下。剪切式负荷传感器以其灵敏度对加力点变化不敏感、拉向和压向灵敏度对称性好、抗偏心和横向负荷能力强、结构简单紧凑、尺寸小等特点形成了一个新的发展潮流，极大的推动了负荷传感器技术的发展。
1974年日本学者大井光四郎利用平面问题的有限单元法分析电阻应变计的应变传递，优化结构设计。德国学者埃多姆和美国学者斯坦因分别利用建立弹性体力学模型，采用有限单元计算分析弹性体的应力场、位移场，求得最佳化设计，为利用现代化科技手段设计与计算负荷传感器开辟了新途径。
1975年前后，为满足低容量电子计价秤发展的需要，美、日等国研制出铝合金不变弯矩原理的平行梁结构负荷传感器。虽然它利用的是平行梁表面的弯曲应力，应属于正应力类型，但因其不变弯矩原理使灵敏度对加力点变化不敏感，拉向和压向灵敏度对称，它又具备了切应力负荷传感器的特点。并且量程小，刚度大，便于调整四角误差，很快就形成了负荷传感器的又一个发展潮流。
蠕变是高精度电阻应变计和负荷传感器经常遇到和必须解决的关键问题。70年代末，前苏联学者H.科洛考娃通过对一维力学模型和应变传递系数的分析，提出控制应变计敏感栅的栅头宽度与栅丝宽度的比例，可以制出不同蠕变值电阻应变计的理论，并成功的研制出系列蠕变补偿电阻应变计。对低容量铝合金负荷传感器减小蠕变误差，提高准确度等级起到了至关重要的作用，使商用和家用电子秤的负荷传感器多品种、大批量生产成为可能。
由于电子称重技术和工业、商业电子衡器的迅速发展，负荷传感器的性能指标和评定方法，已不能满足采用阶梯公差带评定准确度等级的电子衡器的需要，急需准确度评定比较统一的计量规程。80年代初，国际法制计量组织（OIML）质量测量指导秘书处为适应电子衡器的误差评定方法，决定将用于电子称重的传感器与测力传感器彻底分开，由美国负责的第8报告秘书处起草《称重传感器计量规程》。经过OIML成员国书面表决后，在1984年10月第7届法制计量大会上正式批准，并于1985年以OIML，R60国际建议颁布，下发到各成员国。目前各国正在执行的是R60的2000年版。由于新计量规程把计量性能与温度性能综合考虑，增加了研究开发与大批量生产的难度，逼迫企业完善工艺准备，改进制造工艺，使称重传感器的综合性能和长期稳定性均有较大提高，保证了电子秤的质量。
80年代中期，随着数字技术和信息技术的发展，为满足电子衡器数字化、智能化的要求和用数字称重系统突破模拟称重系统局限性的构想，美国TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德国HBM公司等先后研制出整体型和分离型数字式智能称重传感器，并以其输出信号大，抗干扰能力强，信号传输距离远，易实现智能控制等特点成为数字式电子衡器和自动称重计量与控制系统的必选产品，并形成了一个开发热点。
从上述技术创新和技术发展的几个重要阶段不难看出，电子称重技术的进步促进了称重传感器技术的发展，而现代科学技术的发展又为称重传感器的研发提供了技术和物质基础。
90年代以来，为了适应不断纳入高新技术的电子称重系统和电子衡器产品的新需求，称重传感器进入了设计、制造与工艺技术不断创新，产量大幅度提高的大发展时期。这一时期称重传感器技术发展动向和今后一个时期的技术发展趋势，就是本文所要阐述和回答的问题。
2.电阻应变计技术发展动向
电阻应变计是称重传感器的核心器件，其敏感栅结构、基底材料、灵敏系数稳定性、机械滞后、蠕变和热输出等技术性能直接影响称重传感器的准确度和稳定性。许多企业都把应变计的生产列入称重传感器的基础工艺。国内外著名称重传感器企业稳定批量生产质量都是从电阻应变计这一源头抓起，或建立与自己产品配套的电阻应变计生产部门，或经过考察确立长期供货的电阻应变计生产企业。90年代以来，以美国HPM公司、VMM公司为代表的应变计敏感栅箔材轧制企业和以美国VMM公司、德国HBM公司为代表的电阻应变计生产企业，在箔材轧制、热处理和电阻应变计设计技术与制造工艺研究上都取得了突破性进展，主要成果简介如下。
为满足称重传感器小型化、微型化的要求，特别是电子秤用能耗小、发热低、稳定性好的称重传感器用大阻值应变计的需要，美国VMM公司和HPM公司分别研制出2m、2.5m厚的超薄型康铜箔材，为研制微型应变计和大阻值应变计提供了物质基础。目前此产品尚未供应中国市场。
美国VMM公司和德国HBM公司电阻应变计的结构设计普遍采用一维、二维和三维有限单元法，建立相应的力学模型，分析应变计的应变传递系数，提出应变计结构设计原则。利用二维有限单元法计算和分析粘贴在弹性体上应变计的应变传递，得出大部分区域是单向应力状态，基本没有应变传递滞后现象，而接近栅丝末端的一小段是剪应力传递区域，剪应力急剧变化，正应力降为零而产生应变传递滞后现象。因此提出设计框状端头，把栅丝应变均匀分布区域作为工作区，将应变传递滞后区域与工作区域隔离开，减小应变计的滞后，这正是称重传感器用应变计所需要的。
建立三维有限单元六面体力学模型，取一万多个节点，在大容量电子计算机上进行计算，其目的是深入研究应变计结构，主要解决应变计复盖层的力学效果，敏感栅端部结构的力学效应，基底、敏感栅、复盖层厚度对机械滞后的影响，敏感栅结构与蠕变自补偿问题。保证应变计结构形状、几何尺寸、基底和复盖层厚度最合理。
尽管电阻应变计原理和结构设计都无可挑剔，但其制造工艺决定了它必然存在一些固有的工艺缺陷，传统制造工艺中刻图制片、涂胶光刻、基底制作、粗细腐蚀、阻值调整、引线焊接、涂复盖层、质量检查等工序多为手工操作和控制，人为的因素对产品质量影响很大，而且应变计成功率低，均一性差。而美国VMM公司和德国HBM公司的应变计生产工艺，自动化程度都很高，几乎每道工序都采用计算机自动控制和处理，关键工序如基底制作、光刻腐蚀、精细调阻，引线焊接、质量检测等都在自动化程度很高的专用设备上进行，制造工艺的可重复性好，工艺兑现率高。因此应变计的各项技术指标优良，一致性和稳定性好，批次产品质量几乎无差别。特别是称重传感器专用应变计在灵敏系数稳定性、阻值分散性、机械滞后、蠕变和热输出等技术指标的控制更加严格，为大批量生产C3级称重传感器创造了条件。
灵敏系数是电阻应变计的重要参数，许多生产厂家都采用等应力悬臂梁进行测试，其结果是灵敏系数分散大，准确度低。我们了解到的国外应变计生产企业，特别重视应变计生产工艺的两头，即开头的结构设计与刻图制版和最后的性能检测与灵敏系数测定。由于电阻应变计不能二次粘贴使用，所以灵敏系数测定是采用抽样的方法在带有标准梁的自动加载测量装置上进行。一次可标定多组不同型号的电阻应变计，每组最多可达10片，组成数10个测量点，通过多路自动扫描测量仪和电子计算机进行控制和运算，最后给出应变计灵敏系数、机械滞后和蠕变值。数据采集系统的分辨率为1με和1μv，精度优于0.02％。
应变计电阻值的精密调整工艺对其电阻值的分散度和稳定性影响较大。尽管化学调阻比传统的机械调阻有许多优越性，完全能保证产品质量，但其工艺要求严、劳动强度大、生产效率低的缺点也很突出，不适应日产10多万片应变计的大批量生产。美国VMM公司独创了激光自动调阻新工艺，速度快、精度高，应变计电阻值分散小，便于加膜处理制成全密封栅结构的应变计。
电阻应变计应用技术的研究也取得了突破性的进展。美国VMM公司经过多年的研究与实验开发出EMC（有效模量补偿）系列灵敏度温度自补偿电阻应变计，在许多场合都可以很容易的获得优于±0.0008/°F（0.0014%/℃）的补偿精度。根据不同弹性体材料EMC系列灵敏度温度自补偿应变计有4种类型：M1灵敏系数随温度变化-1.5%/100°F（-2.70％/100℃）适用于不锈钢；M2灵敏系数随温度变化-2.35%/100°F（-4.23%/100℃）适用于铝合金；M3灵敏系数随温度变化-1.25%/100°F（-2.25％/100℃）适用于工具钢；M4灵敏系数随温度变化为-1.35％/100°F（-2.43%/100℃）适用M1和M3之间的“中间区域”（不锈钢与工具钢之间）的补偿。
德国HBM公司研制出带背胶的自粘式电阻应变计，在称重传感器制造工艺中省略了对应变计的清洗，涂刷应变粘接剂等工序，减少了对应变计的污染和损害，提高了粘贴质量和可靠性，适合大批量自动化生产的各种称重传感器，尤其是家用电子秤用称重传感器的大批量生产。
弹性体表面应变是通过应变计的基底传递给敏感栅，基底材料的质量与厚度对电阻应变计的多项性能产生影响。基底厚而不均匀会使灵敏系数分散度增大，对线性和滞后也有较大影响。目前称重传感器用应变计基底胶膜厚度为30±5μm。美国VMM公司研制的PF聚酰亚胺基底胶膜的厚度只有8μm，不但平整均匀，容易弯曲，而且耐高温，抗焊接伤害能力强，具有良好的电性能。EG环氧玻璃纤维增强基底胶膜厚度仅为13μm，特别适合高精度称重传感器，可减少滞后和蠕变误差。
由于目前通用的称重传感器灵敏度温度补偿镍电阻与温度变化呈非线性关系，增大了补偿难度和补偿结果的分散度。德国学者正在研究用钡或铌代替镍作灵敏度温度补偿电阻，取得了一些进展。类似旨在创新称重传感器制造技术与制造工艺的研究课题和成果，非常值得我们关注和应用。因为制造技术与制造工艺是称重传感器研制和批量生产过程中最活跃、最积极的因素，是企业保证产品质量，强化竞争能力和提高经济效益的重要手段。在电子衡器产品竞争日趋激烈，电子衡器市场日趋国际化的今天，更应重视制造技术与制造工艺所起的作用。
3.称重传感器技术发展动向
如果说20世纪70年代中期出现的各种剪切梁式切应力称重传感器和低容量铝合金平行梁式称重传感器，与传统的柱、筒、环、梁型正应力称重传感器形成了三大发展潮流，开创了称重传感器全面发展时期，那么90年代以来，随着科学技术的进步和工业过程控制自动化水平的提高，工业、商业和家用电子秤不断增加，对称重传感器的品种、产量、准确度和稳定性都提出了许多新要求，促进了新产品开发和常规产品工程化大规模生产，产量逐年上升，可以说进入了称重传感器的大发展时期。
回顾称重传感器的发展历史，国际上主要有两种发展途径：一是以美国为代表的先军工后民用，先提高后普及的发展途径；一是以日本为代表的实用化商品化，先普及后提高的发展途径。我国应属于后者，尽管军工部门应用较早，但快速发展和普及还是近20多年，目前急需提高总体技术与工艺水平。各国都把准确度、稳定性和可靠性作为称重传感器的重要质量指标，各生产企业进行了大量的基础研究、工艺研究和应用研究工作，取得了许多设计技术和制造工艺成果，简介如下。
吸取工程化产品设计中的拟实技术和虚拟技术，加快称重传感器开发速度，减少开发风险。称重传感器设计中的拟实技术是指面向弹性体的结构和性能分析技术，以优化结构、性能和成本为目标，包括结构选择、尺寸确定，强度、刚度有限元计算，受载分析，动态仿真等。主要是建立较为复杂的力学模型，采用交互、高交互有限元程序包，深入分析弹性体的应力场、位移场，并进行动态仿真。许多企业都有自己独创的较为成熟的计算软件，均取得了很好的计算和应用效果。称重传感器设计中的虚拟技术是指面向弹性体生产过程的模拟和检验，检验弹性体的可加工性，加工方法和工艺的合理性，以优化制造工艺，保证产品质量，降低生产成本为目标。在设计过程中还可利用有限元分析模拟弹性体加、卸载过程，计算出载荷增加、减少时的接触应力，分析出接触摩擦系数变化的影响及弹性体变形的纵横比，评定称重传感器的滞后。称重传感器拟实化和虚拟化设计的核心是计算机仿真技术，通过仿真软件来模拟真实受载情况，以保证结构设计和制造工艺的合理性，发现并及时改进设计、生产中不易发现的缺陷和错误。
现代制造技术专家吉川教授指出：世界各国经济上的竞争，主要是制造技术的竞争，在各个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用往往占60％左右。称重传感器行业更是如此，制造技术已不是传统观念中的“作坊手艺”，而是一个集机械、电子、信息、材料、自控和管理为一体的新型交叉学科和综合技术。在称重传感器行业谁掌握了现代制造技术，谁就能占领较大的市场份额。称重传感器多品种、大批量生产特点决定了只有采用先进制造技术，才能把以时间为核心的市场竞争三要素时间、质量、成本之间的矛盾有机结合起来，使三者达到统一。国际上年产20-40万支，甚至60万支的称重传感器企业都引入了先进的制造技术，应用计算机技术和模拟技术确定工艺规范，优化工艺方案，预测加工过程中可能出现的缺陷和防止措施。从单台机床、单道工序、单个工具生产效率的提高，发展到普遍采用加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）等整体效率的提高。90年代以来，称重传感器企业流行的制造系统是把计算机技术、信息技术、自动化技术与传统的制造技术结合起来，由计算机控制多台加工中心以及工件、刀具传送装置等，实现生产过程的全自动化，形成柔性制造系统，达到多品种、大批量生产，稳定质量、提高效率、降低成本的综合目的。使弹性体加工从单元技术发展到集成化技术，从刚性制造发展到柔性制造，从简单化经验判断发展到智能化定量分析。济南金钟电子衡器股份有限公司就采用了柔性制造系统（FMS）对传统的制造技术进行改造并通过验收。这对弹性体加工尚处于单机制造或单机自动化、刚性自动化的生产企业是值得认真学习和借鉴的。
应变式称重传感器生产工艺的主要问题是手工操作与控制成份大，人为的因素对产品质量影响较大，生产效率低，不适合多品种、大批量生产。称重传感器生产工艺创新的方向是在保证设计符合性控制和工艺可靠性控制的基础上，尽量减少手工操作和人为控制，增加自动化和半自动化工序。例如采用计算机控制或人机一体化工艺系统减少手工操作，增加自动控制，保证工艺兑现率。国际上年产量大的生产企业都自行研究设计出网络化的制造工艺与测试系统，称为制造测试技术网络化或生产工艺网络化。它是称重传感器弹性体从分类编号打印条形代码开始，经过全部生产工艺过程到包装入库为止，实时控制与测试基础上的计算机网络系统。包括贴片组桥，固化和后固化烘箱控制系统，零点和灵敏度温度补偿测试与计算系统，各种稳定处理测试与控制系统，性能测试与检定自动控制系统等。各生产工序和控制系统的测试数据均为自动采集，不能人为输入、任意修改，保证测试结果真实可靠。也有采用总线型两极分布式信息系统，把称重传感器生产监控作为一个子系统，主要有质量监督功能，设备监督功能，生产能力调整功能，生产支持系统功能和生产工艺过程监督功能等。美国VT特迪亚—亨特利（北京）电子有限公司，自行研制设计了称重传感器制造工艺与测试网络化信息系统，并调试成功投入使用，使年产量达到40多万支。中航电测仪器有限公司也建立了称重传感器网络化测试系统。
在上述设计、制造和工艺技术支持下，称重传感器的品种和结构又有创新，技术功能和应用范围不断扩大，研发出许多技术含量高、工艺难度大的新产品，丰富了称重传感器市场。
美国Revere（里维尔）公司研制的PUS型罐式拉、压两用称重传感器，其外壳由涂有环氧树脂的合金钢构成，内部安装一个低位移的具有大气压力补偿功能的拉压式弹性元件。适用于高精度的检验平台、称重平台和料斗秤、容器秤等。量程100-300000Ib（45-136000kg），准确度C3级，工作温度可达400°F（240℃）。
德国HBM公司研制的C2A和C16A两种不同结构系列，量程均为1-100t的称重传感器，都具有“耐压外壳”保护的防爆功能，其“耐压外壳”保护结构符合欧洲EN50014易爆区域电气设备标准和EN50018易爆区域电气设备耐压外壳“d”级标准。焊接外壳均经过高压试验，检验结构强度和密封性能，试验压力20Pa(帕）。
美国Scaime（斯凯梅）公司研制出新一代高准确度不锈钢F60X系列，量程5-5000kg的称重传感器，准确度可达6000d。主要用于湿度大、腐蚀性强的环境中，而且防水。达到如此高的准确度等级主要是制造技术与制造工艺有新突破，例如不锈钢的热处理制度、多次回火工艺、大气压保护下的气冷和深冷工艺等。
德国Seitner（塞特内尔）公司为快速称重计量系统研制的200型铍青铜称重传感器，线性好、固有频率高，动态响应快。独创油阻尼装置与过载保护为一体，使称量时称重传感器的衰变时间快，速度高，工作寿命长。组装成3-30kg电子平台秤其准确度可达4000d。
美国THI公司为快速称重计量的旋转式定量包装机研制出THI1410型单点式铝合金称重传感器，量程为5-30kg，准确度C3级。与普通称重传感器最大不同是它可以承受离心力和机械振动，内部装有特制的粘性阻尼器，保证称量时有较快的稳定时间和较小的测量误差。THI-900型5-150kg称重传感器，称量时的稳定时间低于50ms，称重准确度也是C3级。
美国VT-BLH公司，Metter-Toledo公司都开发出新式称重模块，具有合理的组件化功能和极高的称重效率。是用新技术面对电子称重系统新挑战的具有代表性的产品。称重模块以其出厂后可“即扦即用”，安装与校验简单，稳定性和可靠性高等特点，在各种电子衡器设计中被广泛采用。例如美国VT-BLH公司KIS-2和KIS-3型不锈钢模块可自动调节承载位置，减少由于偏载、振动、热效应影响或偶然超载引起的称量误差。Z-BLOK型承载模块可以承受由于搅拌、振动、其它外力引起的偏心载荷，并不受地震或飓风的影响。美国Toledo公司的D-35353模块采用整体型特种钢壳体，结构坚固，尺寸紧凑，具有多种过载保护功能。
此外，Dacom West（戴康 韦斯特）公司开发的利用可编程序减少非线性误差，补偿灵敏度温度误差的可编程MLX90308称重传感器接口；Kern（科恩）公司研制的低容量（36kg）、高分辨率（0.5g）、高准确度（7200d）DS36K0.5型电子平台秤用称重传感器，都有很高的技术含量和应用价值。德国HBM公司研制的SSC型各种容器偏心称重计量专用称重传感器，可将容器或平台偏心载荷集中到一个称重传感器上，变三支称重传感器为一支进行称重计量，已在拉圾车上得到很好验证。
上述各项新技术、新工艺和新产品适应了电子称重技术从静态称重向快速称重、低速动态称重和动态称重的发展趋势，较好的体现了技术的先导性、工艺的先进性和产品的适应性等创新产品和自主知识产权产品的开发原则，非常值得我国称重传感器制造企业研究、借鉴。
4.称重传感器的发展趋势
研究分析90年代以来国内外称重传感器技术与工艺的发展动向，结合电子称重技术和电子衡器产品的新需求，不难总结出称重传感器的发展趋势，可用“四化”来概括，即设计技术虚拟化，制造技术柔性化，生产工艺网络化，企业管理信息化。
设计技术虚拟化包括弹性体结构设计的拟实技术和工艺设计的虚拟技术。结构设计的拟实技术是指面向弹性体的结构和性能分析技术，主要是结构选择，应变区受力分析，强度和刚度有限元计算，受载动态仿真等。工艺设计的虚拟技术是指面向弹性体生产过程的模拟和检验，检验弹性体的可加工性、加工方法和工艺的合理性。两者都是以优化结构设计、制造工艺，保证质量，降低成本为目标。设计技术虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟称重传感器真实受载情况，发现并及时处理某些不可避免的缺陷和错误，以保证结构设计和生产工艺的合理性。
制造技术柔性化是指多品种大批量生产的弹性体的柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）以及计算机集成制造系统（CIMS）。它是计算机技术、信息技术、自动化技术等与传统的制造技术相结合，技术与管理相结合形成的全新的制造系统。由于称重传感器弹性体不属于精密加工部件，冷热加工追求的是尺寸和性能的一致性和加工高度自动化。因此工业发达国家称重传感器企业的弹性体加工多采用柔性制造单元（FMC）或柔性制造系统（FMS）。
生产工艺网络化是指在称重传感器生产工艺的全过程中，通过通信线路和通讯设备把各生产工序具有独立操作和控制功能的计算机系统相互连接起来，在网络软件管理下实现信息的收集、存储和处理。是弹性体从进入生产线编号打印条形码开始到形成产品入库的生产全过程，进行实时控制与测试的计算机网络系统。与传统“作坊手艺”的生产工艺相比，减少了手工操作、人为控制工序，增加了自动化控制、半自动化控制工序，从而减少了人为因素对产品质量的影响，保证了生产工艺的可重复性，提高了工艺兑现率和产品质量，特别适合大批量生产。
企业管理信息化是指按计算机处理的要求，依据结构化系统分析与设计方法，严格按照信息系统开发步骤，对企业管理系统进行改造，建立企业信息系统，实现企业管理全面现代化。称重传感器企业信息系统，包括CAD系统，CAM系统，生产管理系统，商务决策系统和经营管理系统等。
为适应电子称重技术从静态称重向动态称重发展，计量方法从模拟测量向数字测量发展，测量特点从单参数测量向多参数测量发展，以及电子衡器产品对称重传感器的新需求：大阻值低功耗，快速与动态称量，多分力与多功能，大量程及微小量程，防水、防爆、防腐蚀，车载与偏心载荷称量等，小型化，集成化，多功能化和智能化将是新型称重传感器的特点和发展趋势。
小型化是指称重传感器体积小，高度低，重量轻，即小薄轻。不同结构的电子衡器又有不同的需求。便携式静动态轮重秤要求高度为20mm左右的低外形碟式称重传感器；天车秤、抓斗秤要求薄形、超薄形板式称重传感器。就是一些大型电子衡器为使其重心低稳定性好也要求称重传感器体积小高度低，变形小容量大，例如欧洲普遍采用的弯曲环结构，额定量程30t外形尺寸为Φ120mm×50mm；额定量程50t外形尺寸为Φ150mm×60mm。
集成化有两种含义。其一是结构集成化，将称重传感器弹性体与秤体、承力传力支承等一体化，形成一个整体结构的大型称重传感器。例如英国Trevor Deakin（特里沃德金）公司，德国Mikros（麦克罗斯）公司和加拿大Mass Load公司用于动态公路车辆自动称量的便携式称重板（Weighpad）；德国Phister（菲斯特）公司、GTM公司用于动态电子轨道衡的1.8m长整体型称重轨（Weigh Rail）；德国Ravas（拉法斯）公司称重传感器与铲车叉一体化的称重叉（Weighime）；Mass Load的称重梁（Loadbeams）以及代替电子吊秤的称重勾、称重环等。其二是功能集成化，将重量信息摄取、放大、变换、传输、信息处理和显示都集于一体，或将称重传感器、秤体和称重显示控制器合三为一。例如美国Intercomp（英特康普）公司、德国GTM公司数显称重板；日本2003年计量计测机器工业展览会上，就展出了集敏感元件、转换元件、信号处理电路和显示控制于一体的集成化称重传感器。
多功能化也有二种含义。一种是称重传感器本身除具有检测重量信息功能外，还有能检测其它信息的功能，例如电子吊秤用称重传感器除检测重量信息外还能检测加速度信息；汽车检测台用称重传感器除检测垂直载荷外，还能同时检测水平载荷（即二分量称重传感器）。一种是称重传感器本身不仅具有重量信息检测功能而且还兼有信号处理等其它功能，或者此种称重传感器与其它功能复合产生出新的功能。
智能化称重传感器是近些年来的开发热点。智能传感器的定义在各国传感器杂志上讨论多年，直到90年代初才有了比较一致的看法：把凡具有一种或多种敏感功能，能够完成信号探测和处理、逻辑判断、双向通讯、自检、自校、自补偿、自诊断和计算等全部或部分功能的器件叫做智能传感器。智能传感器可以是集成的，也可以是分离件组装的。数字式智能称重传感器正是按此思路发展和应用的，同样有两种结构形式，即整体型和分离型。
整体型是在称重传感器内部安装有放大、滤波、A/D转换、微处理器芯片和温度敏感元件等组成数字处理电路，利用微处理器已存入的软件，实施各项数字补偿工艺进行各项性能调整和测试，最后采用电子束焊或激光焊进行密封。数字式智能称重传感器的制造工艺完全不同于模拟式称重传感器，主要是两个环节：其一弹性体贴片组成惠斯登电桥电路后，通过试验测试建立数字补偿工艺要求的各项数学模型，形成便于程序化计算的公式。其二是根据数学模型编制出简单实用的补偿计算软件，存储在微处理器芯片中进行各项误差修正和补偿。软件技术主要有数字滤波技术，标度变换技术，数字调零技术，温度补偿技术和线性补偿技术等。同时还应解决抗射频干扰（RFI)、电磁干扰（EMI）和闪电引起的电瞬变等过压保护问题。分离型是将放置在称重传感器内部的A/D转换等数字处理电路移至一个外部接线盒内，将普通的模拟式称重传感器接入数字接线盒后，其输出便以数字信号传输给与其配套的称重显示控制仪表。通常把模拟式称重传感器加数字接线盒模式称为模块化数字称重传感器系统。模拟式称重传感器基本上是手工化生产，人为的因素对产品质量影响较大，数字式智能称重传感器基本上是自动化生产，排除了人为因素对产品质量的影响。数字式智能称重传感器具有输出信号大，抗干扰能力强，信号传输距离远，易实现智能化控制等特点，较广泛的应用于大型电子平台秤、电子汽车衡，结构复杂的电子料斗秤、电子容器秤和大死载、小活载的特殊电子秤。前者主要是看重智能称重传感器系统，可利用软件输入各标定参数实施自动调整四角误差和无砝码标定，后者则是利用智能称重传感器的1000000个可用计数的高分辨率，保证小载荷范围内的称量精度，这都是模拟式称重传感器根本不能实现的。
随着数字信息时代的到来，在工业过程检测和称重计量与控制系统中，数字化电子衡器和数字称重系统的应用越来越多，这就要求数字式智能称重传感器及其相关技术、配套仪表尽快发展。我国许多称重传感器企业已具备开发整体型和分离型智能称重传感器的技术基础，只要增加一些投入和加强研究与试验，完全可以研制出符合要求的数字式智能称重传感器。
5.结语
20世纪90年代以来，在电子称重技术和工业、商业、家用电子秤快速发展的强力牵引下，称重传感器的设计技术、制造技术和工艺技术都有很大提高，取得了许多令人瞩目的成果。总结工业发达国家特别是美、德、日称重传感器技术与产品的发展与创新经验，概括起来就是设计技术虚拟化，制造技术柔性化，生产工艺网络化，企业管理信息化。为满足电子称重技术及电子衡器产品的新需求和适应电子衡器市场竞争日趋国际化的新形势，称重传感器正向着小型化、集成化、多功能化和智能化的方向发展。他山之石，可以攻玉。工业发达国家称重传感器技术与产品快速发展的经验，是值得我国称重传感器研究单位和生产企业认真研究和吸取的。
近十多年来，我国称重传感器技术与制造工艺也取得较大进步，大小生产单位和企业共有160余个，工业与商业电子秤用称重传感器年产量已突破300多万只，家用电子秤用称重传感器年产量多达9000万只，可以说是称重传感器生产大国，但总体质量水平与国际同类产品相比还有较大差距。2002年国家监督抽查7省市，16个企业，共48只称重传感器，仅合格18只，合格率37.5％，国家监督抽查结果与称重传感器生产大国地位极不相称。本文介绍工业发达国家称重传感器技术与制造工艺的发展动向，研究分析称重传感器发展趋势，列举新技术、新工艺、新产品以及技术与工艺的创新点，其目的就是供国内企业分析和掌握国际情况开发和创新产品，组织大批量生产参考，希望能对促进我国称重传感器技术与制造工艺的进步和产品总体质量水平的提高起些作用。
电阻应变式称重传感器原理
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
一、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：
R = ρL/S（Ω） （2—1）
当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）
另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
从材料力学我们知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
= K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （２--７）
式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（２--６）常写作：
ΔR/R = Kε (2—8)
二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。
以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
一、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：
R = ρL/S（Ω） （2—1）
当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）
另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
从材料力学我们知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
= K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （２--７）
式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（２--６）常写作：
ΔR/R = Kε (2—8)
二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信号的转换任务。
以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
称重传感器的技术参数详解
（1）额定载荷：传感器的额定载荷是指在设计此传感器时，在规定技术指标范围内能够测量的最大轴向负荷。但实际使用时，一般只用额定量程的2/3~1/3。
（2）允许使用负荷（或称安全过载）：传感器允许施加的最大轴向负荷。允许在一定范围内超负荷工作。一般为120%~150%。
（3）极限负荷（或称极限过载）：传感器能承受的不使其丧失工作能力的最大轴向负荷。意即当工作超过此值时，传感器将会受到损坏。
（4）灵敏度：输出增量与所加的负荷增量之比。通常每输入1V电压时额定输出的mV。本公司产品与其它公司产品配套时，其灵敏系数必须一致。
（5）非线性：这是表征此传感器输出的电压信号与负荷之间对应关系的精确程度的参数。
（6）重复性：重复性表征传感器在同一负荷在同样条件下反复施加时，其输出值是否能重复一致，这项特性更重要，更能反映传感器的品质。国标对重复性的误差的表述：重复性误差可与非线性同时测定。传感器的重复性误差（R）按下式计算：R=ΔθR/θn×100%。ΔθR--同一试验点上3次测量的实际输出信号值之间的最大差值（mv）。
（7）滞后：滞后的通俗意思是：逐级施加负荷再依次卸下负荷时，对应每一级负荷，理想情况下应有一样的读数，但事实上下一致，这不一致的程度用滞后误差这一指标来表示。国标中是这样来计算滞后误差的：传感器的滞后误差（H）按下式计算：H=ΔθH/θn×100%。ΔθH--同一试验点上3次行程实际输出信号值的算术平均与3次上行程实际输出信号值的算术平均之间的最大差值（mv）。
（8）蠕变和蠕变恢复：要求从两个方面检验传感器的蠕变误差：其一是蠕变：在5-10秒时间无冲击地加上额定负荷，在加荷后5~10秒读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。传感器蠕变（CP）按下式计算：CP=θ2-θ3/θn×100%。其二是蠕变恢复：尽快去掉额定负荷（在5~10秒时间内），卸荷后在5~10秒内立即读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。传感器的蠕变恢复（CR）按下式计算：CR=θ5-θ6/θn×100%。
（9）允许使用温度：规定了此传感器能适用的场合。例常温传感器一般标注为：-20℃---+70℃。高温传感器标注为：-40℃---250℃。
（10）温度补偿范围：说明此传感器在生产时已在这样的温度范围内进行了补偿。例常温传感器一般标注为-10℃-+55℃。
（11）零点温度影响（俗称零点温漂）：表征此传感器在环境温度变化时它的零点的稳定性。一般以每10℃范围内产生的漂移为计量单位。
（12）输出灵敏系数的温度影响（俗称系数温漂）：此参数表征此传感器在环境温度变化时输出灵敏度的稳定性。一般以每10℃范围内产生的漂移为计量单位。
（13）输出阻抗：本公司传感器与其它厂家传感器并联使用时，必须弄清该公司产品的输出阻抗，此值必须与其一致，否则它会直接影响电子秤的输出特征和四角误差的调试。
（14）输入阻抗：由于传感器的输入端弹模补偿电阻和灵敏系数调整电阻，所以传感器的输入电阻都大于输出电阻，但可通过并联电阻方法使其变化。要求各传感器的输入阻抗一致，若与其它厂家的传感器匹配。则应使输入阻抗与其一致，否则在调试四角误差时会增加工时，因为传感器的输入阻抗对稳压电源而言是一个负载，只有负载一样，同一稳压电源才会提供一样的电源电压。
（15）绝缘阻抗：绝缘阻抗相当于传感器桥路与地之间串了一个阻值与其相当的的电阻，绝缘电阻的大小会影响传感器的各项性能。而当绝缘阻抗低于某一个值时，电桥将无法正常工作。
（16）推荐激励电压：一般为5~10伏。因一般称重仪表内配的稳压电源为5或10伏。
（17）允许最大激励电压：为了提高输出信号，在某些情况下（例如大皮重）要求利用加大激励电压来获得较大的信号。
（18）电缆长度：它与现场布局有关，定货前必须看清楚公司产品的常规电缆长度。另外，注意环境是否有腐蚀性、是否有冲击情况、是否高温或低温。
（19）密封防护等级IP67：防浸水影响，以规定的压力和时间浸入水中性能不受影响。灌胶保护的传感器可达到IP67。除可防油、防水外，还可防一般的腐蚀性气体，腐蚀性介质。
（2）允许使用负荷（或称安全过载）：传感器允许施加的最大轴向负荷。允许在一定范围内超负荷工作。一般为120%~150%。
（3）极限负荷（或称极限过载）：传感器能承受的不使其丧失工作能力的最大轴向负荷。意即当工作超过此值时，传感器将会受到损坏。
（4）灵敏度：输出增量与所加的负荷增量之比。通常每输入1V电压时额定输出的mV。本公司产品与其它公司产品配套时，其灵敏系数必须一致。
（5）非线性：这是表征此传感器输出的电压信号与负荷之间对应关系的精确程度的参数。
（6）重复性：重复性表征传感器在同一负荷在同样条件下反复施加时，其输出值是否能重复一致，这项特性更重要，更能反映传感器的品质。国标对重复性的误差的表述：重复性误差可与非线性同时测定。传感器的重复性误差（R）按下式计算：R=ΔθR/θn×100%。ΔθR--同一试验点上3次测量的实际输出信号值之间的最大差值（mv）。
（7）滞后：滞后的通俗意思是：逐级施加负荷再依次卸下负荷时，对应每一级负荷，理想情况下应有一样的读数，但事实上下一致，这不一致的程度用滞后误差这一指标来表示。国标中是这样来计算滞后误差的：传感器的滞后误差（H）按下式计算：H=ΔθH/θn×100%。ΔθH--同一试验点上3次行程实际输出信号值的算术平均与3次上行程实际输出信号值的算术平均之间的最大差值（mv）。
（8）蠕变和蠕变恢复：要求从两个方面检验传感器的蠕变误差：其一是蠕变：在5-10秒时间无冲击地加上额定负荷，在加荷后5~10秒读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。传感器蠕变（CP）按下式计算：CP=θ2-θ3/θn×100%。其二是蠕变恢复：尽快去掉额定负荷（在5~10秒时间内），卸荷后在5~10秒内立即读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。传感器的蠕变恢复（CR）按下式计算：CR=θ5-θ6/θn×100%。
（9）允许使用温度：规定了此传感器能适用的场合。例常温传感器一般标注为：-20℃---+70℃。高温传感器标注为：-40℃---250℃。
（10）温度补偿范围：说明此传感器在生产时已在这样的温度范围内进行了补偿。例常温传感器一般标注为-10℃-+55℃。
（11）零点温度影响（俗称零点温漂）：表征此传感器在环境温度变化时它的零点的稳定性。一般以每10℃范围内产生的漂移为计量单位。
（12）输出灵敏系数的温度影响（俗称系数温漂）：此参数表征此传感器在环境温度变化时输出灵敏度的稳定性。一般以每10℃范围内产生的漂移为计量单位。
（13）输出阻抗：本公司传感器与其它厂家传感器并联使用时，必须弄清该公司产品的输出阻抗，此值必须与其一致，否则它会直接影响电子秤的输出特征和四角误差的调试。
（14）输入阻抗：由于传感器的输入端弹模补偿电阻和灵敏系数调整电阻，所以传感器的输入电阻都大于输出电阻，但可通过并联电阻方法使其变化。要求各传感器的输入阻抗一致，若与其它厂家的传感器匹配。则应使输入阻抗与其一致，否则在调试四角误差时会增加工时，因为传感器的输入阻抗对稳压电源而言是一个负载，只有负载一样，同一稳压电源才会提供一样的电源电压。
（15）绝缘阻抗：绝缘阻抗相当于传感器桥路与地之间串了一个阻值与其相当的的电阻，绝缘电阻的大小会影响传感器的各项性能。而当绝缘阻抗低于某一个值时，电桥将无法正常工作。
（16）推荐激励电压：一般为5~10伏。因一般称重仪表内配的稳压电源为5或10伏。
（17）允许最大激励电压：为了提高输出信号，在某些情况下（例如大皮重）要求利用加大激励电压来获得较大的信号。
（18）电缆长度：它与现场布局有关，定货前必须看清楚公司产品的常规电缆长度。另外，注意环境是否有腐蚀性、是否有冲击情况、是否高温或低温。
（19）密封防护等级IP67：防浸水影响，以规定的压力和时间浸入水中性能不受影响。灌胶保护的传感器可达到IP67。除可防油、防水外，还可防一般的腐蚀性气体，腐蚀性介质。
称重传感器基础常识
传感器的定义
人们通常把被测物理量或化学量转变成为电量的器件或元件叫传感器（又称变换器）。其中平时接触较多物理量就有温度、湿度、质量、重量、力、压强、速度、加速度、长度、角度、液位、流量、密度等，与此相以对应，生产和生活中就需要温度传感器、湿度传感器、称重测力传感器、压强传感器等等。
电阻应变式称重测力传感器
1. 称重传感器的定义：
一种已考虑到使用当地的重力加速度和空气浮力影响的用来测量质量的传感器。称重传感器能把被测质量转换成电压信号。有各种各样的称重传感器，例电容式称重传感器；电磁平衡式传感器，有压电式称重传感器等等。
2. 箔式电阻应变片
一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件称为箔式电阻应变片。
3. 应变式称重传感器
采用电阻应变片作为敏感元件制造生产的称重传感器叫应变式称重传感器。
4. 应变式测力传感器
采用电阻应变片作为敏感元件制造生产的能把各种力学量转换为电量的传感器叫测力传感器。例拉力、压力、压强、扭拒、加速度等传感器。
5. 应变式称重测力传感器与测力传感器之间的关系
从理论上说，质量表征实体的一种性质，，其测量单位是千克，而力学量是一种向量，测量单位是牛顿及其它导出量，彼此毫无关系。但由于质量不能直接测量，质量是利用质量在地球重力场中的力效应（重量）来测量的，所以从测量技术而论它们彼此是同类的。
负荷特性
额定量程：一只传感器的额定量程是指在设计此传感器在设计此传感器时，是以多大的力值来计算的。但实际使用时，一般只用额定量程的2/3~1/3甚至只有1/6。（原因见下面分析）。
允许使用负荷（或称安全超载）：允许在一定范围内超负荷工作。一般为120%~150%；
极限负荷（或称极限超载）：意即当工作超过此值时，传感器将会受到损坏。此值一般为200%FS~500%FS。
当电子秤的量程确定后，传感器的量程应选得比计算值要大，例6支30吨汽车秤，照均分计算，传感器的量程应为5吨，但实际上我们用不着量程只有15~20吨，是计算值的3~5倍。这是有理同的：因为实际工作时的偏载，超载和冲击是不可避免的。
还有一点要说明的是，量程与灵敏系数密切相关。当设计灵敏度为1mv/v时，在同等的结构条件下，它显然比设计灵敏度为3mv/v的传感器安全能力要大3倍。
所以传感器量程的选择有一定的机动性和规律性，一般要求用户提供总重，净重及使用工况，在订货前必须了解用户买此传感器将去干什么用，这是极重要的，保证用户使用成功。才会有本公司成功和声誉。
技术参数
灵敏系数： 传感器的灵敏系数国家标准有基本的规范：1mv/v、2mv/v、3mv/v。在订货时必须明确此参数。因为当本公司产品与其它公司产品配套时，其灵敏系数必须一致。否则就无法匹配，精度最高都无法使用。此参数表征了传感器的输出特性。
非线性误差： 这是表征此传感器输出的电压信号与负荷之间对应关系的精确程度的参数。例最大量程为5吨的传感器，在极端理想条件下，空输出为零，满负荷输出为5000时，则在1吨时应输出为1000，2吨时应输出为2000，3吨时应输出3000，4吨时应输出4000。但事实上这样的传感器是不可能有的，它必然有误差，此不一一对应的误差，称为非线性误差。国标表达：在被试传感器上顺序施加不少于5级载荷，通常为0%、20%、40%、60%、80%、100%的额定载荷。并在每次施加载荷后测量每一测试点上传感器上的输出信号值。以上下两行程为一个测量循环，通常共测3个循环。则传感器的非线性（L）按下式计算：L=ΔθL/θn×100% △ θL -- 同一试验点上3次上行程实际输出信号值的算术平均与平均端点直线之间的最大差值（mv）
重复性误差： 重复性误差表征传感器在同一负荷在同样条件下反复施加时，其输出值是否能重复一致，这项特性更重要，更能反映传感器的品质。国标对重复性的误差的表述：重复性误差可与非线性同时测定。传感器的重复性误差（R）按下式计算：R=ΔθR/θn×100%。
ΔθR -- 同一试验点上3次测量的实际输出信号值之间的最大差值（mv）。
滞后误差： 滞后误差的通俗意思是：逐级施加负荷再依次卸下负荷时，对应每一级负荷，理想情况下应有一样的读数，但事实上下一致，这不一致的程度用滞后误差这一指标来表示。国标中是这样来计算滞后误差的：传感器的滞后误差（H）按下式计算：H=ΔθH/θn×100%。
ΔθH --同一试验点上3次行程实际输出信号值的算术平均与3次上行程实际输出信号值的算术平均之间的最大差值（mv）。
蠕变和蠕变误差： 要求从两个方面检验传感器的蠕变误差：其一量蠕变：在5-10秒时间无冲击地加上额定负荷，在加荷后5~10秒读数，然后在30分钟内按一定的时间性间隔依次记下输出值。传感器蠕变（CP）按下式计算： CP=θ2 - θ3/θn×100%。
其二是蠕变恢复：尽快去掉额定负荷（在5~10秒时间内），卸荷后在5~10秒内立即读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。传感器的蠕变恢复（CR）按下式计算：
CR=θ5 - θ6 /θn×100%。
温度特性： 允许使用温度：规定了此传感器能适用的场合。例常温传感器一般标注为：-20℃ --- +70℃。高温传感器标注为：-40℃ --- 250℃。
温度补偿范围：说明此传感器在生产时已在这样的温度范围内进行了补偿。例常温传感器一般标注为-10℃ - +55℃。
零点温度影响（俗称零点温漂）：表征此传感器在环境温度变化时它的零点的稳定性。一般以每℃范围内产生的漂移为计量单位。
输出灵敏系数的温度影响（俗称系数温漂）：此参数表征此传感器在环境温度变化时输出灵敏度的稳定性。一般以每℃范围内产生的漂移为计量单位。
电器特性： 输出阻抗：当本公司传感器与其它厂家传感器并联使用时，必须弄清该公司产品的输出阻抗，此值必须与其一致，否则它会直接影响电子秤的输出特征和四角误差的调试。国内外应变式传感器的输出阻抗有一定的规范：一般为350欧、700欧、也有600欧（例菲利浦公司的传感器）。
输入阻抗：由于传感器的输入端弹模补偿电阻和灵敏系数调整电阻，所以传感器的输入电阻都大于输出电阻，但可通过并联电阻方法使其变化。要求各传感器的输入阻抗一致，若与其它厂家的传感器匹配。则应使输入阻抗与其一致，否则在调试四角误差时会增加工时，因为传感器的输入阻抗对稳压电源而言是一个负载，只有负载一样，同一稳压电源才会提供一样的电源电压。
绝缘阻抗：这是传感器的一个重要性能参数。绝缘阻抗相当于传感器桥路与地之间串了一个阻值与其相当的的电阻，对这样一个电路网络进行计算，可证明绝缘电阻的大小会影响传感器的各项性能。而当绝缘阻抗低于某一个值时，电桥将无法正常工作。
推荐激励电压：一般为5~10伏。因一般称重仪表内配的稳压电源为5或10伏。
允许最大激励电压：为了提高输出电号，在某些情况下（例如大皮重）要求利用加大极激励电压的条件下来获得较大的信号，此时可加大激励电压；应变片允许通过最大电流为25毫安，所以当桥路阻抗为350欧的传感器，允许最大极力电压为17伏，由于采用高品质的应变计，我们把最大激励电压定为20伏。而对于桥路阻抗为700欧的传感器，允许最大激励电压还可高一倍。
其他特性： 电缆长度，它与现场布局有关，定货前必须看清楚公司产品的常规电缆长度。另外，注意环境是否有腐蚀性、是否有冲击情况、是否高温或低温。
传感器选用原则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2) 灵敏度的选择
通常在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3) 频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差
4) 线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5) 稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
6) 精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
人们通常把被测物理量或化学量转变成为电量的器件或元件叫传感器（又称变换器）。其中平时接触较多物理量就有温度、湿度、质量、重量、力、压强、速度、加速度、长度、角度、液位、流量、密度等，与此相以对应，生产和生活中就需要温度传感器、湿度传感器、称重测力传感器、压强传感器等等。
电阻应变式称重测力传感器
1. 称重传感器的定义：
一种已考虑到使用当地的重力加速度和空气浮力影响的用来测量质量的传感器。称重传感器能把被测质量转换成电压信号。有各种各样的称重传感器，例电容式称重传感器；电磁平衡式传感器，有压电式称重传感器等等。
2. 箔式电阻应变片
一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件称为箔式电阻应变片。
3. 应变式称重传感器
采用电阻应变片作为敏感元件制造生产的称重传感器叫应变式称重传感器。
4. 应变式测力传感器
采用电阻应变片作为敏感元件制造生产的能把各种力学量转换为电量的传感器叫测力传感器。例拉力、压力、压强、扭拒、加速度等传感器。
5. 应变式称重测力传感器与测力传感器之间的关系
从理论上说，质量表征实体的一种性质，，其测量单位是千克，而力学量是一种向量，测量单位是牛顿及其它导出量，彼此毫无关系。但由于质量不能直接测量，质量是利用质量在地球重力场中的力效应（重量）来测量的，所以从测量技术而论它们彼此是同类的。
负荷特性
额定量程：一只传感器的额定量程是指在设计此传感器在设计此传感器时，是以多大的力值来计算的。但实际使用时，一般只用额定量程的2/3~1/3甚至只有1/6。（原因见下面分析）。
允许使用负荷（或称安全超载）：允许在一定范围内超负荷工作。一般为120%~150%；
极限负荷（或称极限超载）：意即当工作超过此值时，传感器将会受到损坏。此值一般为200%FS~500%FS。
当电子秤的量程确定后，传感器的量程应选得比计算值要大，例6支30吨汽车秤，照均分计算，传感器的量程应为5吨，但实际上我们用不着量程只有15~20吨，是计算值的3~5倍。这是有理同的：因为实际工作时的偏载，超载和冲击是不可避免的。
还有一点要说明的是，量程与灵敏系数密切相关。当设计灵敏度为1mv/v时，在同等的结构条件下，它显然比设计灵敏度为3mv/v的传感器安全能力要大3倍。
所以传感器量程的选择有一定的机动性和规律性，一般要求用户提供总重，净重及使用工况，在订货前必须了解用户买此传感器将去干什么用，这是极重要的，保证用户使用成功。才会有本公司成功和声誉。
技术参数
灵敏系数： 传感器的灵敏系数国家标准有基本的规范：1mv/v、2mv/v、3mv/v。在订货时必须明确此参数。因为当本公司产品与其它公司产品配套时，其灵敏系数必须一致。否则就无法匹配，精度最高都无法使用。此参数表征了传感器的输出特性。
非线性误差： 这是表征此传感器输出的电压信号与负荷之间对应关系的精确程度的参数。例最大量程为5吨的传感器，在极端理想条件下，空输出为零，满负荷输出为5000时，则在1吨时应输出为1000，2吨时应输出为2000，3吨时应输出3000，4吨时应输出4000。但事实上这样的传感器是不可能有的，它必然有误差，此不一一对应的误差，称为非线性误差。国标表达：在被试传感器上顺序施加不少于5级载荷，通常为0%、20%、40%、60%、80%、100%的额定载荷。并在每次施加载荷后测量每一测试点上传感器上的输出信号值。以上下两行程为一个测量循环，通常共测3个循环。则传感器的非线性（L）按下式计算：L=ΔθL/θn×100% △ θL -- 同一试验点上3次上行程实际输出信号值的算术平均与平均端点直线之间的最大差值（mv）
重复性误差： 重复性误差表征传感器在同一负荷在同样条件下反复施加时，其输出值是否能重复一致，这项特性更重要，更能反映传感器的品质。国标对重复性的误差的表述：重复性误差可与非线性同时测定。传感器的重复性误差（R）按下式计算：R=ΔθR/θn×100%。
ΔθR -- 同一试验点上3次测量的实际输出信号值之间的最大差值（mv）。
滞后误差： 滞后误差的通俗意思是：逐级施加负荷再依次卸下负荷时，对应每一级负荷，理想情况下应有一样的读数，但事实上下一致，这不一致的程度用滞后误差这一指标来表示。国标中是这样来计算滞后误差的：传感器的滞后误差（H）按下式计算：H=ΔθH/θn×100%。
ΔθH --同一试验点上3次行程实际输出信号值的算术平均与3次上行程实际输出信号值的算术平均之间的最大差值（mv）。
蠕变和蠕变误差： 要求从两个方面检验传感器的蠕变误差：其一量蠕变：在5-10秒时间无冲击地加上额定负荷，在加荷后5~10秒读数，然后在30分钟内按一定的时间性间隔依次记下输出值。传感器蠕变（CP）按下式计算： CP=θ2 - θ3/θn×100%。
其二是蠕变恢复：尽快去掉额定负荷（在5~10秒时间内），卸荷后在5~10秒内立即读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。传感器的蠕变恢复（CR）按下式计算：
CR=θ5 - θ6 /θn×100%。
温度特性： 允许使用温度：规定了此传感器能适用的场合。例常温传感器一般标注为：-20℃ --- +70℃。高温传感器标注为：-40℃ --- 250℃。
温度补偿范围：说明此传感器在生产时已在这样的温度范围内进行了补偿。例常温传感器一般标注为-10℃ - +55℃。
零点温度影响（俗称零点温漂）：表征此传感器在环境温度变化时它的零点的稳定性。一般以每℃范围内产生的漂移为计量单位。
输出灵敏系数的温度影响（俗称系数温漂）：此参数表征此传感器在环境温度变化时输出灵敏度的稳定性。一般以每℃范围内产生的漂移为计量单位。
电器特性： 输出阻抗：当本公司传感器与其它厂家传感器并联使用时，必须弄清该公司产品的输出阻抗，此值必须与其一致，否则它会直接影响电子秤的输出特征和四角误差的调试。国内外应变式传感器的输出阻抗有一定的规范：一般为350欧、700欧、也有600欧（例菲利浦公司的传感器）。
输入阻抗：由于传感器的输入端弹模补偿电阻和灵敏系数调整电阻，所以传感器的输入电阻都大于输出电阻，但可通过并联电阻方法使其变化。要求各传感器的输入阻抗一致，若与其它厂家的传感器匹配。则应使输入阻抗与其一致，否则在调试四角误差时会增加工时，因为传感器的输入阻抗对稳压电源而言是一个负载，只有负载一样，同一稳压电源才会提供一样的电源电压。
绝缘阻抗：这是传感器的一个重要性能参数。绝缘阻抗相当于传感器桥路与地之间串了一个阻值与其相当的的电阻，对这样一个电路网络进行计算，可证明绝缘电阻的大小会影响传感器的各项性能。而当绝缘阻抗低于某一个值时，电桥将无法正常工作。
推荐激励电压：一般为5~10伏。因一般称重仪表内配的稳压电源为5或10伏。
允许最大激励电压：为了提高输出电号，在某些情况下（例如大皮重）要求利用加大极激励电压的条件下来获得较大的信号，此时可加大激励电压；应变片允许通过最大电流为25毫安，所以当桥路阻抗为350欧的传感器，允许最大极力电压为17伏，由于采用高品质的应变计，我们把最大激励电压定为20伏。而对于桥路阻抗为700欧的传感器，允许最大激励电压还可高一倍。
其他特性： 电缆长度，它与现场布局有关，定货前必须看清楚公司产品的常规电缆长度。另外，注意环境是否有腐蚀性、是否有冲击情况、是否高温或低温。
传感器选用原则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1) 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2) 灵敏度的选择
通常在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3) 频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差
4) 线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5) 稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
6) 精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
2009年3月27日
电子衡器如何选用称重传感器
环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：
（1）高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必须加有隔热、水冷或气冷等装置。
（2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。
常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。
从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为最差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。
（3）在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。
（4）电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。
（5）易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。
对传感器数量和量程的选择:
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。
公式如下：
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C—单个传感器的额定量程
W—秤体自重
Wmax—被称物体净重的最大值
N—秤体所采用支撑点的数量
K-0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间
K-1—冲击系数
K-2—秤体的重心偏移系数
K-3—风压系数
例如：一台30t电子汽车衡，最大称量是30t，秤体自重为1.9t，采用四只传感器，根据当时的实际情况，选取保险系数K-0＝1.25，冲击系数K-1＝1.18，重心偏移系数K-2—＝1.03，风压系数K-3＝1.02，试确定传感器的吨位。
解：根据传感器量程计算公式：
C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N
可知：
C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4
＝12.36t
因此，可选用量程为15t的传感器（传感器的吨位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊订做）。
根据经验，一般应使传感器工作在其30%～70%量程内，但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等，在选用传感器时，一般要扩大其量程，使传感器工作在其量程的20%～30%之内，使传感器的称量储备量增大，以保证传感器的使用安全和寿命。
要考虑各种类型传感器的适用范围：
传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。
对传感器等级的选择必须满足下列两个条件：
1. 满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、A／D转换等处理之后显示称量结果的。因此，传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入信号大小，即将传感器的输出灵敏度代人传感器和仪表的匹配公式，计算结果须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。
传感器和仪表的匹配公式：
传感器输出灵敏度*激励电源电压*秤的最大称量
秤的分度数*传感器的个数*传感器量程
例如：一称量为25kg的定量包装秤，最大分度数为1000个分度；秤体采用3只L—BE—25型传感器，量程为25kg，灵敏度为2.0±0.008mV／V，拱桥电压力12V；秤采用AD4325仪表。问采用的传感器能否与仪表匹配。
解：经查阅，AD4325仪表的输入灵敏度为0.6μV／d，因此根据传感器和仪表的匹配公式可得仪表的实际输入信号为：2×12×25／1000×3×25＝8μV／d＞0.6μv／d，所以，采用的传感器满足仪表输入灵敏度的要求，能够与所选仪表匹配。
2. 满足整台电子秤准确度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器准确度选择的时候，应使传感器的准确度略高于理论计算值，因为理论往往受到客观条件的限制，如秤体的强度差一点，仪表的性能不是很好、秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响到秤的准确度要求，因此要从各方面提高要求，又要考虑经济效益，确保达到目的。
（1）高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器；另外，必须加有隔热、水冷或气冷等装置。
（2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的，其密闭性存在着很大差异。
常见的密封有密封胶充填或涂覆；橡胶垫机械紧固密封；焊接（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。
从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为最差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器，应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。
（3）在腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。
（4）电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。
（5）易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器，这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性，还要考虑到防爆强度，以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。
对传感器数量和量程的选择:
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。
公式如下：
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C—单个传感器的额定量程
W—秤体自重
Wmax—被称物体净重的最大值
N—秤体所采用支撑点的数量
K-0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间
K-1—冲击系数
K-2—秤体的重心偏移系数
K-3—风压系数
例如：一台30t电子汽车衡，最大称量是30t，秤体自重为1.9t，采用四只传感器，根据当时的实际情况，选取保险系数K-0＝1.25，冲击系数K-1＝1.18，重心偏移系数K-2—＝1.03，风压系数K-3＝1.02，试确定传感器的吨位。
解：根据传感器量程计算公式：
C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N
可知：
C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4
＝12.36t
因此，可选用量程为15t的传感器（传感器的吨位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊订做）。
根据经验，一般应使传感器工作在其30%～70%量程内，但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等，在选用传感器时，一般要扩大其量程，使传感器工作在其量程的20%～30%之内，使传感器的称量储备量增大，以保证传感器的使用安全和寿命。
要考虑各种类型传感器的适用范围：
传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。
对传感器等级的选择必须满足下列两个条件：
1. 满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、A／D转换等处理之后显示称量结果的。因此，传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入信号大小，即将传感器的输出灵敏度代人传感器和仪表的匹配公式，计算结果须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。
传感器和仪表的匹配公式：
传感器输出灵敏度*激励电源电压*秤的最大称量
秤的分度数*传感器的个数*传感器量程
例如：一称量为25kg的定量包装秤，最大分度数为1000个分度；秤体采用3只L—BE—25型传感器，量程为25kg，灵敏度为2.0±0.008mV／V，拱桥电压力12V；秤采用AD4325仪表。问采用的传感器能否与仪表匹配。
解：经查阅，AD4325仪表的输入灵敏度为0.6μV／d，因此根据传感器和仪表的匹配公式可得仪表的实际输入信号为：2×12×25／1000×3×25＝8μV／d＞0.6μv／d，所以，采用的传感器满足仪表输入灵敏度的要求，能够与所选仪表匹配。
2. 满足整台电子秤准确度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器准确度选择的时候，应使传感器的准确度略高于理论计算值，因为理论往往受到客观条件的限制，如秤体的强度差一点，仪表的性能不是很好、秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响到秤的准确度要求，因此要从各方面提高要求，又要考虑经济效益，确保达到目的。
高温称重传感器制造设计
作者：余姚市通用仪表有限公司 罗伏隆
一、概述
高温环境用称重传感器的国产化生产是近年才得以发展起来的。高温环境，是指电子衡器设备所处的现场环境温度超出50°C及以上。如冶金企业的炼钢钢水包计量、铁水包计量、钢水包行车计量、热送焦炭计量、热送烧结矿计量、红送钢坯计量、线材轧制在线计量等。
原来，国内冶金企业为了解决高温称重计量，从国外引进，费用昴贵，且配件备件困难。
为了解决高温称重计量，实现耐高温称重传感器的国产化生产，节约外汇，降低设备成本，国内传感器厂家积极开展耐高温称重传感器的研制。我国耐高温称重传感器国产化的大致历程是：
我国冶金企业根据恶劣高温环境的需要提出需求→委托国外应变计生产商研制高温应变计→国内传感器厂利用耐高温应变计生产制造耐高温称重传感器→配套制造防高温秤体→配上智能化称重仪表→形成智能型耐高温电子称量装置。
余姚市通用仪表有限公司是率先实现高温称重传感器国产化设计生产的厂家之一。耐高温称重传感器采用进口KFH系列高温自补偿应变计和耐高温贴片胶设计制造。应用耐高温焊锡和高温电缆，焊锡的熔点达305℃，电缆工作温度250℃～500℃；传感器的弹性体与外壳全密封，IP67防护。
为使高温传感器国产化的生产与校准标准化，公司从1998年开始，投入大量人力物力，反复做材料试验、温度试验、压力试验和加工装配工艺试验，从试验过程中总结经验，总结规律性，使高温传感器生产实现工艺标准化、规范化。稳定和完善了TY耐高温传感器的制造工艺。
近年来，国家和地方政府对高温环境计量应用技术十分重视，特殊高温环境检测用产品被纳入“国家高新技术产品目录”。 余姚通用仪表公司的“耐高温电子称量装置”被列为宁波市“创新基金”项目，为企业增加投入，扶持企业发展耐高温产品。
浙江省衡器管理所的工程技术人员深入到传感器生产现场，与余姚市通用仪表有限公司的技术人员一起反复试验，反复论证，共同起草了JJG（浙）68—2003《高温负荷传感器地方计量检定规程》，经浙江省质量技术监督局批准，于2003年3月在国内首次发布。使高温传感器的检验校准有了统一规范。
二、TY耐高温称重传感器的特点
（一）TY耐高温称重传感器，采用进口玻璃纤维增强型聚酰亚安基底卡码温度自补偿应变计设计制造，具有如下功能特点：
工作温度：-196℃—+250℃，补偿温度：+10℃—+250℃。
采用进口贴片胶和保护面胶，工作温度：-196℃—+250℃。
采用进口耐高温焊锡，熔点温度：+305℃ —365℃。
采用耐高温引线与接线端子，耐温250℃。采用耐高温电缆和耐高温接头。
具有在长期高温热幅射、环境温度梯变或瞬变等恶劣条件下，能保持称重或测力的准确性和稳定性。
可替代国外进口耐高温传感器产品，耐高温达250°C及以上，适用于如车载钢水包、连铸钢水包、钢水包行车吊、冶炼配料计量及其它高温环境计量。
（二）、TY耐高温称重传感器高温性能指标
（三）、TY高温传感器生产工艺简介
三、采用耐高温称重传感器设计制造耐高温电子秤
（一）耐高温电子秤称重原理与工作过程：被称重高温包→缓冲装置→受力导向装置→称重箱体耐高温称重传感器→信号传输装置→智能化称重控制器→显示与控制。
（二）HSB型模块式秤体的结构特点
模块式耐高温钢包电子秤，利用导向柱与导套合为一体的优点，在箱体上露出承重头，称量时，钢包包耳座落在承重头上进行计量。模块式秤体，由一组长方体钢结构件焊接组成，内部安装称重传感器，秤体外形尺寸根据用户现场实际情况确定。秤体内设有导向和限位装置，保证称重传感器不受任何侧向力。
秤体结构由全密封箱体、承压头、导向套、耐高温传感器、通风管等几部分组成。秤体从外表看，是一台整体式全封闭钢结构焊接箱体，称量时利用两只承载头进行计量，信号线从秤体内部走线，即使有钢水外溢出也不会烧损传感器。
秤体内部传感器的安装固定采用限位式固定，用户在维护更换时极为方便，整台秤体安装时只须割去原承重台进行替换，对位后与大梁焊接，无须任何螺丝进行紧固，安装方便。秤体与称量箱如示意图（图1）
图1
设计制作特点
1、解决了电子秤工作时的高温威胁难题
应用了耐高温称重重感器和耐高温电缆，系统在≥250℃温度范围内长期稳定工作。设计了全密闭式称量箱，传感器安装在全密闭箱体内，耐高温电缆从箱体内引到大梁里面，即使钢水外溢，也不会烧坏电缆。
2、传感器抗冲击设计
根据不同的应用工况，采用不同结构的传感器：对连铸回转台采用双球面摆杆式传感器，它具有300%的抗冲击能力；对于车载钢包秤，采用强度冗余的平面桥式传感器，它除了能抗垂直冲击外，还能抗水平冲击力，以抗御钢包车启动或刹车时产生的巨大冲击力。
3、坚固的称量箱设计
根据现场使用情况，箱体全部焊接，使其成为一个刚度很强的构件，传感器由弧面承压柱导入，这根圆柱又兼作导柱，从而简化了结构，减少了成本。另外，称量箱侧安装了可方便开闭的门，以使传感器的更换非常方便，更换一只传感器，一个工人只需1小时左右即可完成，而不需要动用机械设备。
4、接近导向架和最终导向架设计，保证钢包的平稳导入。
（三）、HSB钢包电子秤主要技术参数
四、称重信号传输走线方式
称重显示仪表及各种变送器因电子器件受允许工作温度的影响限制，一般只能在0～40℃条件下长期工作，因此如何将高温区电子秤的称重信号传输到常温区进行处理与显示，是一个必须解决的重要问题。根据不同的使用情况，在设计中采用如下方法。
（一）采用CXZ—2型转换器集流环信号传输装置
如钢坯连铸回转炉钢包电子秤，由于转台为360°旋转，传感器信号线会被缠绕，信号无法进行有线传输。可在回转台支承柱的筒腔内设置一个接线盒和集流环信号转换器，引出的信号总线输入到CXZ—2型转换器集流环信号传输装置。CXZ-2型传感器信号转换器，是一种把传感器信号通过滑环传输到下一工作环节的信号转换装置。信号转换器的安装结构如图2。
图2：转换器安装示意图
（二）采用无线传输方式
称重数据无线传输系统由WFJ-F型称重数据发射机和WFJ-S型称重数据接收机组成（图3），传输距离≥500m，适用于行车吊称重计量和钢包炉前称重信号有线传输有困难的地方等。无线传输接收方式原理见图4。
图3：称重数据无线发送与接收
图4：称重数据无线传输原理示意图
5、结束语
为解决高温环境称重的特种计量，选用国产称重传感器设计改造钢包车电子秤和大吨位行车电子秤，与国内冶金企业厂家合作，进行了一些有效的探索，先后完成多台耐高温电子秤的设计改造，取得了较好的应用效果。HSB耐高温钢包电子秤被列为宁波市高新技术产品，获市科技进步奖。“耐高温电子称量装置”被列为宁波市“创新基金”项目，得到了国家科技部门的扶持。
高温环境条件下计量用特种电子秤的设计应用，目前仍是我国待攻关解决的课题，须要计量产品制造者与计控应用者共同探索与实践。
作者简介
罗伏隆，高级工程师，华南理工大学毕业；主要从事计控应用与计控管理研究。先后在国营八五五厂，湖南新化无线电专用设备厂，涟源钢铁集团有限公司和余姚通用仪表有限公司任工程师、高级工程师。
先后在计算机与微电子、中国计量、工业计量、计控信息、自动化信息、电子测试等科技杂志发表多篇科技与管理论文。
一、概述
高温环境用称重传感器的国产化生产是近年才得以发展起来的。高温环境，是指电子衡器设备所处的现场环境温度超出50°C及以上。如冶金企业的炼钢钢水包计量、铁水包计量、钢水包行车计量、热送焦炭计量、热送烧结矿计量、红送钢坯计量、线材轧制在线计量等。
原来，国内冶金企业为了解决高温称重计量，从国外引进，费用昴贵，且配件备件困难。
为了解决高温称重计量，实现耐高温称重传感器的国产化生产，节约外汇，降低设备成本，国内传感器厂家积极开展耐高温称重传感器的研制。我国耐高温称重传感器国产化的大致历程是：
我国冶金企业根据恶劣高温环境的需要提出需求→委托国外应变计生产商研制高温应变计→国内传感器厂利用耐高温应变计生产制造耐高温称重传感器→配套制造防高温秤体→配上智能化称重仪表→形成智能型耐高温电子称量装置。
余姚市通用仪表有限公司是率先实现高温称重传感器国产化设计生产的厂家之一。耐高温称重传感器采用进口KFH系列高温自补偿应变计和耐高温贴片胶设计制造。应用耐高温焊锡和高温电缆，焊锡的熔点达305℃，电缆工作温度250℃～500℃；传感器的弹性体与外壳全密封，IP67防护。
为使高温传感器国产化的生产与校准标准化，公司从1998年开始，投入大量人力物力，反复做材料试验、温度试验、压力试验和加工装配工艺试验，从试验过程中总结经验，总结规律性，使高温传感器生产实现工艺标准化、规范化。稳定和完善了TY耐高温传感器的制造工艺。
近年来，国家和地方政府对高温环境计量应用技术十分重视，特殊高温环境检测用产品被纳入“国家高新技术产品目录”。 余姚通用仪表公司的“耐高温电子称量装置”被列为宁波市“创新基金”项目，为企业增加投入，扶持企业发展耐高温产品。
浙江省衡器管理所的工程技术人员深入到传感器生产现场，与余姚市通用仪表有限公司的技术人员一起反复试验，反复论证，共同起草了JJG（浙）68—2003《高温负荷传感器地方计量检定规程》，经浙江省质量技术监督局批准，于2003年3月在国内首次发布。使高温传感器的检验校准有了统一规范。
二、TY耐高温称重传感器的特点
（一）TY耐高温称重传感器，采用进口玻璃纤维增强型聚酰亚安基底卡码温度自补偿应变计设计制造，具有如下功能特点：
工作温度：-196℃—+250℃，补偿温度：+10℃—+250℃。
采用进口贴片胶和保护面胶，工作温度：-196℃—+250℃。
采用进口耐高温焊锡，熔点温度：+305℃ —365℃。
采用耐高温引线与接线端子，耐温250℃。采用耐高温电缆和耐高温接头。
具有在长期高温热幅射、环境温度梯变或瞬变等恶劣条件下，能保持称重或测力的准确性和稳定性。
可替代国外进口耐高温传感器产品，耐高温达250°C及以上，适用于如车载钢水包、连铸钢水包、钢水包行车吊、冶炼配料计量及其它高温环境计量。
（二）、TY耐高温称重传感器高温性能指标
（三）、TY高温传感器生产工艺简介
三、采用耐高温称重传感器设计制造耐高温电子秤
（一）耐高温电子秤称重原理与工作过程：被称重高温包→缓冲装置→受力导向装置→称重箱体耐高温称重传感器→信号传输装置→智能化称重控制器→显示与控制。
（二）HSB型模块式秤体的结构特点
模块式耐高温钢包电子秤，利用导向柱与导套合为一体的优点，在箱体上露出承重头，称量时，钢包包耳座落在承重头上进行计量。模块式秤体，由一组长方体钢结构件焊接组成，内部安装称重传感器，秤体外形尺寸根据用户现场实际情况确定。秤体内设有导向和限位装置，保证称重传感器不受任何侧向力。
秤体结构由全密封箱体、承压头、导向套、耐高温传感器、通风管等几部分组成。秤体从外表看，是一台整体式全封闭钢结构焊接箱体，称量时利用两只承载头进行计量，信号线从秤体内部走线，即使有钢水外溢出也不会烧损传感器。
秤体内部传感器的安装固定采用限位式固定，用户在维护更换时极为方便，整台秤体安装时只须割去原承重台进行替换，对位后与大梁焊接，无须任何螺丝进行紧固，安装方便。秤体与称量箱如示意图（图1）
图1
设计制作特点
1、解决了电子秤工作时的高温威胁难题
应用了耐高温称重重感器和耐高温电缆，系统在≥250℃温度范围内长期稳定工作。设计了全密闭式称量箱，传感器安装在全密闭箱体内，耐高温电缆从箱体内引到大梁里面，即使钢水外溢，也不会烧坏电缆。
2、传感器抗冲击设计
根据不同的应用工况，采用不同结构的传感器：对连铸回转台采用双球面摆杆式传感器，它具有300%的抗冲击能力；对于车载钢包秤，采用强度冗余的平面桥式传感器，它除了能抗垂直冲击外，还能抗水平冲击力，以抗御钢包车启动或刹车时产生的巨大冲击力。
3、坚固的称量箱设计
根据现场使用情况，箱体全部焊接，使其成为一个刚度很强的构件，传感器由弧面承压柱导入，这根圆柱又兼作导柱，从而简化了结构，减少了成本。另外，称量箱侧安装了可方便开闭的门，以使传感器的更换非常方便，更换一只传感器，一个工人只需1小时左右即可完成，而不需要动用机械设备。
4、接近导向架和最终导向架设计，保证钢包的平稳导入。
（三）、HSB钢包电子秤主要技术参数
四、称重信号传输走线方式
称重显示仪表及各种变送器因电子器件受允许工作温度的影响限制，一般只能在0～40℃条件下长期工作，因此如何将高温区电子秤的称重信号传输到常温区进行处理与显示，是一个必须解决的重要问题。根据不同的使用情况，在设计中采用如下方法。
（一）采用CXZ—2型转换器集流环信号传输装置
如钢坯连铸回转炉钢包电子秤，由于转台为360°旋转，传感器信号线会被缠绕，信号无法进行有线传输。可在回转台支承柱的筒腔内设置一个接线盒和集流环信号转换器，引出的信号总线输入到CXZ—2型转换器集流环信号传输装置。CXZ-2型传感器信号转换器，是一种把传感器信号通过滑环传输到下一工作环节的信号转换装置。信号转换器的安装结构如图2。
图2：转换器安装示意图
（二）采用无线传输方式
称重数据无线传输系统由WFJ-F型称重数据发射机和WFJ-S型称重数据接收机组成（图3），传输距离≥500m，适用于行车吊称重计量和钢包炉前称重信号有线传输有困难的地方等。无线传输接收方式原理见图4。
图3：称重数据无线发送与接收
图4：称重数据无线传输原理示意图
5、结束语
为解决高温环境称重的特种计量，选用国产称重传感器设计改造钢包车电子秤和大吨位行车电子秤，与国内冶金企业厂家合作，进行了一些有效的探索，先后完成多台耐高温电子秤的设计改造，取得了较好的应用效果。HSB耐高温钢包电子秤被列为宁波市高新技术产品，获市科技进步奖。“耐高温电子称量装置”被列为宁波市“创新基金”项目，得到了国家科技部门的扶持。
高温环境条件下计量用特种电子秤的设计应用，目前仍是我国待攻关解决的课题，须要计量产品制造者与计控应用者共同探索与实践。
作者简介
罗伏隆，高级工程师，华南理工大学毕业；主要从事计控应用与计控管理研究。先后在国营八五五厂，湖南新化无线电专用设备厂，涟源钢铁集团有限公司和余姚通用仪表有限公司任工程师、高级工程师。
先后在计算机与微电子、中国计量、工业计量、计控信息、自动化信息、电子测试等科技杂志发表多篇科技与管理论文。
工程机械搅拌设备用称重传感器的选型（转）
称重系统中选用传感器通常要考虑称重系统的量限、准确度、传感器的安装空间、周围环境对传感器的可能影响、加载的类型以及传感器的寿命等诸方面因素。工程机械搅拌设备的称重系统也不例外。只是不同的称重系统由于要求不同，工作条件不同，所要考虑的问题侧重点有所不同罢了。
工程机械搅拌设备通常包括混凝土搅拌楼（站）、沥青搅拌站、稳定土拌和厂以及海上混凝土搅拌船等，其中以混凝土搅拌楼（站）最为典型。下面就以混凝土搅拌楼（站）为例进行分析。
1 混凝土搅拌楼（站）对称重系统的基本要求
1.1 准确 称量误差对混凝土的强度影响很大，特别是水灰比计量精度，因为强度和水 灰比是线性关系。相关国家标准规定，水泥、水、外加剂、掺合料的动态计量精度为±1%，砂、石料的动态计量精度为±2%。
1.2 快速 满足搅拌楼站工作循环的要求。
1.3 种类多 称量值预选的种类要多，变换要方便，以适应多种配比和不同容量的要求。
1.4 结构简单 称量装置要结构简单，牢固可靠，性能稳定，操作容易。
显然，采用传感器电子称重系统较之机械秤更能满足要求。因此，称重传感器在混凝土搅拌楼站中得到了越来越广泛的应用。但是，客观地说，与机械杠杆秤相比，在“牢固可靠，性能稳定”方面，传感器电子称重系统还有很多工作要做。
2 混凝土搅拌楼站中称重传感器的运行条件
与一般用于商贸计量的电子秤的一个很大的不同之处在于，混凝土搅拌楼站中称重传感器处于相当恶劣的运行条件中，应力环境十分复杂，与一般的电子产品的运行环境相比，有更大的随机性。
2.1 环境温度和湿度
混凝土搅拌楼站通常是露天安装，传感器可能遭受日晒雨淋，温度剧烈变化。而不少工程建设项目是在自然条件相当恶劣的山区或边远地区。所以，必须考虑更大的温度范围，更高的湿度条件。 混凝土在生产过程中需要水。在水的输送和称量过程中也会产生不少水气，在一定的小范围内形成较为潮湿的环境。 在温控搅拌楼中，则有高温工况和低温工况的不同要求。夏天运行在低温工况时要通入零度以下的冷风以及加冰搅拌，这时楼内会出现冷凝水，足见楼内湿度之高。
2.2 粉尘
混凝土在生产过程中需要大量的水泥、煤粉灰以及适量的外加剂。这些粉状物在输送和称量过程中会产生粉尘。即使是骨料，在输送过程中也有粉尘产生。这些粉尘有一部分会附着在传感器表面。在粉尘和水气的共同作用下，传感器将受到较为严重的腐蚀。所以，粉料秤传感器的损坏通常要比其他秤的传感器更频繁一些。
2.3 冲击与振动
在进料过程中，砂石料会产生冲击。传感器应能承受5g的加速度。在搅拌过程中，会产生持续的振动，而振动会产生疲劳破坏。
2.4 人为环境
人为环境是产品可靠性设计时必须考虑的因素之一。混凝土搅拌楼一般安装在施工现场。工地上大量使用临时工，其中相当多的临时工文化水平较低，缺少必要的技能。在设备的维修和清洗等工作中，很有可能发生传感器受到高压水的溅射，误操作引起过载等情况。 显然，传感器要在这样的环境条件下长期可靠的运行，是要进行一些特殊设计的。
上述基本要求和运行条件可以作为混凝土搅拌楼（站）用称重传感器的选型的依据。
3 混凝土搅拌楼（站）用称重传感器选型时需要考虑的几个问题
3.1 称重传感器载荷容量的确定
称重传感器载荷容量通常按下式计算
传感器额定载荷= 料斗自重＋额定称重量
（0.6~0.7）×传感器只数
事实上人们在选择传感器容量时往往还要综合考虑冲击载荷的大小以及选定安全系数.安全系数的选择又与传感器的灵敏度有密切关系．国内外常见的应变式称重传感器灵敏度多数为2mV/V，但是也有1 mV/V的，如柱式传感器；也有3 mV/V的，如部分悬臂梁式传感器和板环式传感器；扭环式传感器则通常是2.85 mV/V。目前在搅拌楼上使用的传感器基本上都是2mV/V的。
3.2 称重传感器准确度的选择
传感器准确度的选择以满足称量系统的准确度要求为准，不必片面追求过高的传感器准确度等级。在多只传感器组合使用时，其综合误差按下式计算
δr=δ／√n
式中，δ为单只传感器的准确度，n为组合使用的传感器只数。
目前搅拌楼上常用的S型传感器、悬臂梁式传感器、板环式传感器，其线性、滞后、重复性、灵敏度温度影响、蠕变等主要指标绝大多数厂家均优于0.05%，大多数厂家优于0.03%，部分厂家优于0.02%。其单只传感器的综合误差都接近或优于0.1%。多只传感器组合后其综合误差就更小了。可以说一般称重传感器生产厂家的产品都能满足要求。
以前，不少搅拌楼生产厂家规定其称重系统的静态精度分别为0.1%和0.3%。这样，对于使用单只传感器的秤而言，单项指标为0.05% 的传感器就可以满足0.3%精度的秤的要求。对于使用三只以上传感器的秤而言，单项指标0.05%的传感器也能满足0.1%精度的要求。
需要指出的是，上述精度是称重系统的静态精度，而混凝土国家标准要求的是动态精度，这是由于原材料不断地向称量机构供料在重力的冲击下称量误差明显增加。上述0.1%和0.3%的静态精度能否保证分别达到1%和2%的动态精度还与供料系统的设计有关。
现在，不少厂家规定其称重系统的精度在0~额定称量值的整个称量范围内为水泥、水、外加剂±1%，砂、石料±2%。须知，预拌混凝土国家标准要求的是实物计量精度，而一般计量仪器在0~20%范围相对误差较大，因此，还是混凝土搅拌楼（站）的行业标准中规定的20~100%的称量段满足水泥、水、外加剂±1%，砂、石料±2%的计量允许偏差更为实际一些。更为合理的精度标注方式是采用衡器行业的术语来表述，即作为累计料斗秤，应采用自动称量准确度的等级标志1.0和2.0。这类秤的检定项目与用途相适应，既包括物料试验（确定累计误差）也包括静态检定。
其自动称量时的最大允许误差见表一。
在用标准载荷进行静态检定和进行非自动称量时，应满足表二的规定。
通常将1.0级秤设计为1000分度，2.0级秤设计为500分度。可以看出，在高量程端1.0级秤的误差为0.15%，2.0级秤的误差为0.3%，并不比以前厂家规定的0.1%和0.3%静态精度高。但是在低量程段精度要求确实是提高了。在这种情况下需要确认所选用的传感器在低量程段能否也满足要求。
按秤的分度数选择传感器最简单的方法就是1000分度的秤选用1000分度的传感器，500分度的秤选用500分度的传感器。称重传感器国家标准中准确度就是用分度数来表示的，但是由于多方面的原因，目前大多数生产厂仍用单项指标表示传感器的精度。用户再根据单项精度指标算出综合误差。选用起来麻烦一点。
国外发达国家的混凝土搅拌楼称重系统精度一般用分度数来表示，规定为１000分度。可能与他们使用高性能混凝土所占比例高有关。
随着经济和技术的不断发展，超高层建筑、超长桥梁、大型水利工程以及其他暴露在严酷环境中的建筑对混凝土的性能提出了越来越高的要求，混凝土技术也进入了高科技时代，高性能混凝土的应用比例不断提升。生产高性能混凝土除了要正确选用原材料、确定合理的工艺参数外，施工工艺的控制也是十分重要的。混凝土搅拌楼中配料系统的准确度是其中重要的一环。
3.3 传感器结构形式的选择
常用的拉式传感器有Ｓ形，板环式以及中心十字筋板环式等。中心十字筋板环式传感器精度高、抗偏载性能优异，但是价格较高，通常只在高精度测量场合使用。搅拌楼上常用的是Ｓ型传感器和板环式传感器。其中Ｓ型传感器因其精度高、抗偏载能力强、同时可以带过载保护、量程范围宽等优点用得最多。
常用的压式传感器有悬臂梁式、轮辐式、柱式、桥式、扭环式等。综合考虑精度、量程范围、安装方式、价格等因素，绝大多数搅拌楼生产厂选择了悬臂梁式。
3.4 载荷类型的考虑
混凝土生产主要使用砂、石子、水泥以及水、外加剂、掺合料。几种材料中数石子秤的冲击为最大。在电子秤大家族中，这类冲击不算最大，一般传感器均能承受。
过载情况。从笔者调查的情况来看，传感器因过载而损坏的情况时有发生。比如控制系统出故障，造成大量物料倾泻而下，造成过载。也有使用过程中人为因素造成的过载，特别是小量程传感器因操作者踩踏秤架而过载损坏的事时有发生。因此传感器的过载能力、传感器有无过载保护对称重系统的可靠运行还是有一定影响的。
传感器的性能指标中有两项与此有关，一是允许过负荷，一是极限过负荷。
允许过负荷是指卸去这一负荷后，传感器的性能指标不变。极限过负荷是指在这一负荷下传感器不会产生有害的永久性机械变形。
一般传感器的允许过负荷为150%，极限过负荷在200%~300%之间。有些带过载保护的传感器则可能超过着一范围。如莆田传感器厂的CFCKN-1型传感器因其特殊设计，允许过负荷高达500%。此类传感器在频繁过载的情况下也能可靠地工作。
3.5 传感器的防护等级
传感器的防护等级通常用IP表示。一般传感器厂家均称自己的产品达到IP67水平，少数厂家的部分产品达到IP68水平。
我们知道，IP代码所表示的是电压不超过72.5kV电气产品的外壳防护等级。国家标准《GB4208-93外壳防护等级》中规定，IP67是指产品能防尘、防短时间浸水影响；IP68是指产品能防尘、防持续潜水影响。需要指出的是，这样的防护中未包括机械损坏、锈蚀、潮湿等外部影响或环境条件。涉及这类保护通常由有关产品标准规定。称重传感器与一般的电器产品和二次仪表产品不同的是，它同时还是一个受力构件，在运行中不断地受到力的作用并产生变形。此外还有可能受到震动、冲击或撞击这样的机械损伤，粉尘和水气共同作用下的较为严重的腐蚀以及在非常潮湿的环境条件下运行。这与GB4208-93规定的试验条件有很大的不同。
笔者曾碰到这样的情况：某矿山的矿石秤上选用了进口传感器，某大型钢厂的钢包秤上选用了一种国际知名品牌的传感器，均是焊接密封，非常漂亮，达到了IP68级。但是在现场实际使用寿命都很短。在不得已的情况下，试用了莆田传感器厂的产品。结果出乎他们的意外，使用寿命都超过了进口传感器。其中在某大型钢厂钢包秤上的传感器已运行了7年，至今还在运行中。
在这两个例子中，说穿了主要是防护上的区别。一是有外壳还是没有外壳；二是焊缝设计。三是密封材料。
一般说来，有外壳的设计优于无外壳的设计；在焊缝设计方面则要尽可能避免焊缝受力。在无法避免的情况下，则要校核焊缝强度，特别是疲劳强度。疲劳引起的细微裂纹是导致潮气进入，传感器失效的重要原因。前面提到的某国际知名品牌焊接密封传感器在现场使用寿命短的原因就是过分依赖焊接密封，内部应变片仅薄薄一层面胶密封，一旦焊缝裂纹，传感器就在潮气的作用下迅速失效。在密封材料方面需要提醒的是，能通过IP67半小时浸水试验的传感器未必能通得过传感器标准中的12周期湿热试验。应该说传感器标准中规定的湿热试验更符合传感器的使用环境要求，其严酷程度并不低于IP67。
受价格竞争的影响，不少传感器厂取消了保护外壳，拉式传感器尤甚。目前国内生产的S型传感器、板环式传感器几乎都取消了外壳。确实，在很多场合这样做没有什么问题。但是在混凝土搅拌楼这样的环境条件下，未必是最好的选择。我厂为三峡工程搅拌楼设计生产的CFCKN-1型外壳焊封传感器使用寿命长达十年。我们所看到的美日欧混凝土搅拌楼上用的拉式传感器多数也是带保护外壳的。他们认为传感器应是半永久性器件，使用寿命应不低于10６次。
多年来的实践证明，CFCKN-1型传感器与普通S型传感器相比，至少有以下几个优点：
①外壳厚，防机械损伤，特别是防以外撞击能力强；
②焊缝深，耐蚀穿时间长；
③过载保护间隙也在外壳内，不会因粉尘积聚或杂物受堵；
称重传感器合理的外壳设计是称重装置“牢固可靠、性能稳定”的重要保证，选型时不可不认真考虑。
3.6 不同类型搅拌楼对称重传感器选型的细分
大中型水利工程的混凝土搅拌楼、城市商品混凝土搅拌楼、小型水利工程和县级公路建设中使用的混凝土搅拌楼在规格大小、使用连续时间、安装地点的环境条件都有很大的不同，所生产的混凝土性能要求也有很大差别。因此，对传感器的可靠性、防护等级等性能事实上也有不同的要求，应区别对待。对连续运行时间长、环境条件恶劣以及生产高性能混凝土的搅拌楼应选择可靠性、防护等级高的传感器。其余的则可适当降低要求。对于运行在海上的混凝土搅拌船，则还需要考虑防盐雾的要求，这里就不再一一细说了。
工程机械搅拌设备通常包括混凝土搅拌楼（站）、沥青搅拌站、稳定土拌和厂以及海上混凝土搅拌船等，其中以混凝土搅拌楼（站）最为典型。下面就以混凝土搅拌楼（站）为例进行分析。
1 混凝土搅拌楼（站）对称重系统的基本要求
1.1 准确 称量误差对混凝土的强度影响很大，特别是水灰比计量精度，因为强度和水 灰比是线性关系。相关国家标准规定，水泥、水、外加剂、掺合料的动态计量精度为±1%，砂、石料的动态计量精度为±2%。
1.2 快速 满足搅拌楼站工作循环的要求。
1.3 种类多 称量值预选的种类要多，变换要方便，以适应多种配比和不同容量的要求。
1.4 结构简单 称量装置要结构简单，牢固可靠，性能稳定，操作容易。
显然，采用传感器电子称重系统较之机械秤更能满足要求。因此，称重传感器在混凝土搅拌楼站中得到了越来越广泛的应用。但是，客观地说，与机械杠杆秤相比，在“牢固可靠，性能稳定”方面，传感器电子称重系统还有很多工作要做。
2 混凝土搅拌楼站中称重传感器的运行条件
与一般用于商贸计量的电子秤的一个很大的不同之处在于，混凝土搅拌楼站中称重传感器处于相当恶劣的运行条件中，应力环境十分复杂，与一般的电子产品的运行环境相比，有更大的随机性。
2.1 环境温度和湿度
混凝土搅拌楼站通常是露天安装，传感器可能遭受日晒雨淋，温度剧烈变化。而不少工程建设项目是在自然条件相当恶劣的山区或边远地区。所以，必须考虑更大的温度范围，更高的湿度条件。 混凝土在生产过程中需要水。在水的输送和称量过程中也会产生不少水气，在一定的小范围内形成较为潮湿的环境。 在温控搅拌楼中，则有高温工况和低温工况的不同要求。夏天运行在低温工况时要通入零度以下的冷风以及加冰搅拌，这时楼内会出现冷凝水，足见楼内湿度之高。
2.2 粉尘
混凝土在生产过程中需要大量的水泥、煤粉灰以及适量的外加剂。这些粉状物在输送和称量过程中会产生粉尘。即使是骨料，在输送过程中也有粉尘产生。这些粉尘有一部分会附着在传感器表面。在粉尘和水气的共同作用下，传感器将受到较为严重的腐蚀。所以，粉料秤传感器的损坏通常要比其他秤的传感器更频繁一些。
2.3 冲击与振动
在进料过程中，砂石料会产生冲击。传感器应能承受5g的加速度。在搅拌过程中，会产生持续的振动，而振动会产生疲劳破坏。
2.4 人为环境
人为环境是产品可靠性设计时必须考虑的因素之一。混凝土搅拌楼一般安装在施工现场。工地上大量使用临时工，其中相当多的临时工文化水平较低，缺少必要的技能。在设备的维修和清洗等工作中，很有可能发生传感器受到高压水的溅射，误操作引起过载等情况。 显然，传感器要在这样的环境条件下长期可靠的运行，是要进行一些特殊设计的。
上述基本要求和运行条件可以作为混凝土搅拌楼（站）用称重传感器的选型的依据。
3 混凝土搅拌楼（站）用称重传感器选型时需要考虑的几个问题
3.1 称重传感器载荷容量的确定
称重传感器载荷容量通常按下式计算
传感器额定载荷= 料斗自重＋额定称重量
（0.6~0.7）×传感器只数
事实上人们在选择传感器容量时往往还要综合考虑冲击载荷的大小以及选定安全系数.安全系数的选择又与传感器的灵敏度有密切关系．国内外常见的应变式称重传感器灵敏度多数为2mV/V，但是也有1 mV/V的，如柱式传感器；也有3 mV/V的，如部分悬臂梁式传感器和板环式传感器；扭环式传感器则通常是2.85 mV/V。目前在搅拌楼上使用的传感器基本上都是2mV/V的。
3.2 称重传感器准确度的选择
传感器准确度的选择以满足称量系统的准确度要求为准，不必片面追求过高的传感器准确度等级。在多只传感器组合使用时，其综合误差按下式计算
δr=δ／√n
式中，δ为单只传感器的准确度，n为组合使用的传感器只数。
目前搅拌楼上常用的S型传感器、悬臂梁式传感器、板环式传感器，其线性、滞后、重复性、灵敏度温度影响、蠕变等主要指标绝大多数厂家均优于0.05%，大多数厂家优于0.03%，部分厂家优于0.02%。其单只传感器的综合误差都接近或优于0.1%。多只传感器组合后其综合误差就更小了。可以说一般称重传感器生产厂家的产品都能满足要求。
以前，不少搅拌楼生产厂家规定其称重系统的静态精度分别为0.1%和0.3%。这样，对于使用单只传感器的秤而言，单项指标为0.05% 的传感器就可以满足0.3%精度的秤的要求。对于使用三只以上传感器的秤而言，单项指标0.05%的传感器也能满足0.1%精度的要求。
需要指出的是，上述精度是称重系统的静态精度，而混凝土国家标准要求的是动态精度，这是由于原材料不断地向称量机构供料在重力的冲击下称量误差明显增加。上述0.1%和0.3%的静态精度能否保证分别达到1%和2%的动态精度还与供料系统的设计有关。
现在，不少厂家规定其称重系统的精度在0~额定称量值的整个称量范围内为水泥、水、外加剂±1%，砂、石料±2%。须知，预拌混凝土国家标准要求的是实物计量精度，而一般计量仪器在0~20%范围相对误差较大，因此，还是混凝土搅拌楼（站）的行业标准中规定的20~100%的称量段满足水泥、水、外加剂±1%，砂、石料±2%的计量允许偏差更为实际一些。更为合理的精度标注方式是采用衡器行业的术语来表述，即作为累计料斗秤，应采用自动称量准确度的等级标志1.0和2.0。这类秤的检定项目与用途相适应，既包括物料试验（确定累计误差）也包括静态检定。
其自动称量时的最大允许误差见表一。
在用标准载荷进行静态检定和进行非自动称量时，应满足表二的规定。
通常将1.0级秤设计为1000分度，2.0级秤设计为500分度。可以看出，在高量程端1.0级秤的误差为0.15%，2.0级秤的误差为0.3%，并不比以前厂家规定的0.1%和0.3%静态精度高。但是在低量程段精度要求确实是提高了。在这种情况下需要确认所选用的传感器在低量程段能否也满足要求。
按秤的分度数选择传感器最简单的方法就是1000分度的秤选用1000分度的传感器，500分度的秤选用500分度的传感器。称重传感器国家标准中准确度就是用分度数来表示的，但是由于多方面的原因，目前大多数生产厂仍用单项指标表示传感器的精度。用户再根据单项精度指标算出综合误差。选用起来麻烦一点。
国外发达国家的混凝土搅拌楼称重系统精度一般用分度数来表示，规定为１000分度。可能与他们使用高性能混凝土所占比例高有关。
随着经济和技术的不断发展，超高层建筑、超长桥梁、大型水利工程以及其他暴露在严酷环境中的建筑对混凝土的性能提出了越来越高的要求，混凝土技术也进入了高科技时代，高性能混凝土的应用比例不断提升。生产高性能混凝土除了要正确选用原材料、确定合理的工艺参数外，施工工艺的控制也是十分重要的。混凝土搅拌楼中配料系统的准确度是其中重要的一环。
3.3 传感器结构形式的选择
常用的拉式传感器有Ｓ形，板环式以及中心十字筋板环式等。中心十字筋板环式传感器精度高、抗偏载性能优异，但是价格较高，通常只在高精度测量场合使用。搅拌楼上常用的是Ｓ型传感器和板环式传感器。其中Ｓ型传感器因其精度高、抗偏载能力强、同时可以带过载保护、量程范围宽等优点用得最多。
常用的压式传感器有悬臂梁式、轮辐式、柱式、桥式、扭环式等。综合考虑精度、量程范围、安装方式、价格等因素，绝大多数搅拌楼生产厂选择了悬臂梁式。
3.4 载荷类型的考虑
混凝土生产主要使用砂、石子、水泥以及水、外加剂、掺合料。几种材料中数石子秤的冲击为最大。在电子秤大家族中，这类冲击不算最大，一般传感器均能承受。
过载情况。从笔者调查的情况来看，传感器因过载而损坏的情况时有发生。比如控制系统出故障，造成大量物料倾泻而下，造成过载。也有使用过程中人为因素造成的过载，特别是小量程传感器因操作者踩踏秤架而过载损坏的事时有发生。因此传感器的过载能力、传感器有无过载保护对称重系统的可靠运行还是有一定影响的。
传感器的性能指标中有两项与此有关，一是允许过负荷，一是极限过负荷。
允许过负荷是指卸去这一负荷后，传感器的性能指标不变。极限过负荷是指在这一负荷下传感器不会产生有害的永久性机械变形。
一般传感器的允许过负荷为150%，极限过负荷在200%~300%之间。有些带过载保护的传感器则可能超过着一范围。如莆田传感器厂的CFCKN-1型传感器因其特殊设计，允许过负荷高达500%。此类传感器在频繁过载的情况下也能可靠地工作。
3.5 传感器的防护等级
传感器的防护等级通常用IP表示。一般传感器厂家均称自己的产品达到IP67水平，少数厂家的部分产品达到IP68水平。
我们知道，IP代码所表示的是电压不超过72.5kV电气产品的外壳防护等级。国家标准《GB4208-93外壳防护等级》中规定，IP67是指产品能防尘、防短时间浸水影响；IP68是指产品能防尘、防持续潜水影响。需要指出的是，这样的防护中未包括机械损坏、锈蚀、潮湿等外部影响或环境条件。涉及这类保护通常由有关产品标准规定。称重传感器与一般的电器产品和二次仪表产品不同的是，它同时还是一个受力构件，在运行中不断地受到力的作用并产生变形。此外还有可能受到震动、冲击或撞击这样的机械损伤，粉尘和水气共同作用下的较为严重的腐蚀以及在非常潮湿的环境条件下运行。这与GB4208-93规定的试验条件有很大的不同。
笔者曾碰到这样的情况：某矿山的矿石秤上选用了进口传感器，某大型钢厂的钢包秤上选用了一种国际知名品牌的传感器，均是焊接密封，非常漂亮，达到了IP68级。但是在现场实际使用寿命都很短。在不得已的情况下，试用了莆田传感器厂的产品。结果出乎他们的意外，使用寿命都超过了进口传感器。其中在某大型钢厂钢包秤上的传感器已运行了7年，至今还在运行中。
在这两个例子中，说穿了主要是防护上的区别。一是有外壳还是没有外壳；二是焊缝设计。三是密封材料。
一般说来，有外壳的设计优于无外壳的设计；在焊缝设计方面则要尽可能避免焊缝受力。在无法避免的情况下，则要校核焊缝强度，特别是疲劳强度。疲劳引起的细微裂纹是导致潮气进入，传感器失效的重要原因。前面提到的某国际知名品牌焊接密封传感器在现场使用寿命短的原因就是过分依赖焊接密封，内部应变片仅薄薄一层面胶密封，一旦焊缝裂纹，传感器就在潮气的作用下迅速失效。在密封材料方面需要提醒的是，能通过IP67半小时浸水试验的传感器未必能通得过传感器标准中的12周期湿热试验。应该说传感器标准中规定的湿热试验更符合传感器的使用环境要求，其严酷程度并不低于IP67。
受价格竞争的影响，不少传感器厂取消了保护外壳，拉式传感器尤甚。目前国内生产的S型传感器、板环式传感器几乎都取消了外壳。确实，在很多场合这样做没有什么问题。但是在混凝土搅拌楼这样的环境条件下，未必是最好的选择。我厂为三峡工程搅拌楼设计生产的CFCKN-1型外壳焊封传感器使用寿命长达十年。我们所看到的美日欧混凝土搅拌楼上用的拉式传感器多数也是带保护外壳的。他们认为传感器应是半永久性器件，使用寿命应不低于10６次。
多年来的实践证明，CFCKN-1型传感器与普通S型传感器相比，至少有以下几个优点：
①外壳厚，防机械损伤，特别是防以外撞击能力强；
②焊缝深，耐蚀穿时间长；
③过载保护间隙也在外壳内，不会因粉尘积聚或杂物受堵；
称重传感器合理的外壳设计是称重装置“牢固可靠、性能稳定”的重要保证，选型时不可不认真考虑。
3.6 不同类型搅拌楼对称重传感器选型的细分
大中型水利工程的混凝土搅拌楼、城市商品混凝土搅拌楼、小型水利工程和县级公路建设中使用的混凝土搅拌楼在规格大小、使用连续时间、安装地点的环境条件都有很大的不同，所生产的混凝土性能要求也有很大差别。因此，对传感器的可靠性、防护等级等性能事实上也有不同的要求，应区别对待。对连续运行时间长、环境条件恶劣以及生产高性能混凝土的搅拌楼应选择可靠性、防护等级高的传感器。其余的则可适当降低要求。对于运行在海上的混凝土搅拌船，则还需要考虑防盐雾的要求，这里就不再一一细说了。
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