自动称重平台的设计

自动称重平台是一种用数字量显示和输出的工业上广泛应用的称重计量装置，它一般由称重传感器、称重控制显示仪、附属机械设备以及计算机、打印机等外围附件组成。由于它具有远距离测量、测量迅速准确、使用方便、操作直观等优点，目前已广泛应用于石油、电力、化工、冶金、交通运输、机械制造、军事、商业等各个部门，是进行自动称量、配料控制和生产过程自动化的必不可少的重要技术工具，对保证产品质量、提高劳动生产率、改善工作条件、提高工业自动化水平具有主要意义。

为了满足制造及其设备现代化管理的需求，越来越多的公司要求在利用机械设备的基础上，从传感器到计算机设计一套性能可靠的自动称重系统，实现精度在 2％以内，具有实时在线模拟、数据显示、数据存储、报警功能的高精度的自动称重系统。该系统精度高，操作界面清晰、友好，操作简单方便，不仅可以应用于公司产品的自动称重，也可以用于其它各行各业的产品测量、检测和监控，是准确计量行业中的重要环节，是实现机械自动化操作的必要组成部分，也是我国计量行业中的一大进步。

衡器是工业生产中进行称重的主要计量工具，它是称重系统的重要组成部分。德国的赫尔穆特.魏因贝格在《衡器的起源和未来》一文中提到，最早的衡器出现在公元前一千年中法老帝国时期的古代埃及，是等臂式天平，随后古意大利出现了配有滑动称锤的杠杆。从罗马纪元一直到中世纪，衡器的发展趋于平缓，直到14世纪出现了大型滑动磅秤。这些远古时期的衡器已经能完成一定的称重功能。

随着工业生产的发展，衡器也得到了快速发展。首先是传统的机械式衡器进一步发展，出现了如液体静力秤、“罗伯瓦尔称重系统”、“贝兰格原理”等技术和称量理论。到了20世纪50年代，电子、晶体管、微处理器为这一时代新颖的物理测量原理的发展作出了巨大贡献。出现了电阻测力法、电动力平衡、振弦测力装置与陀螺测力装置，而开始了机电式衡器的新纪元。

传感器技术是现代信息社会的重要技术基础，传感器是各种信息采集系统的首要部件。现代微电子技术、计算机技术、微细加工技术、新材料技术、激光与光纤技术等高新技术的发展，为设计新型传感器提供了技术和物质基础。为了军用与民用的目的，近年来，世界上主要工业发达国家都研制了一些制造传感器的新的测量原理、新型的敏感元件材料和新的制造技术与工艺技术。研制出了精细陶瓷、非晶半导体、形状记忆合金、恒弹性合金、碳纤维以及钛酸铅为主要材料研制的新型传感器，现代传感器技术在衡器中的广泛应用为自动称重系统的发展奠定了良好的基础。

传感、通讯、计算机技术构成现代化信息的三大基础，80年代是个人计算机，90年代是计算机网络，预计21世纪第一个十年热点很可能是传感、执行与检测。传感器的作用主要是获取信息，是信息技术的源头。在信息年代里，随着各种系统的自动化程度和复杂性的增加，需要获取的信息量愈来愈多，不仅对传感器的精度、可靠性和响应要求愈来愈高，还要求传感器是标准输出形式以便和系统联结。显然传统的传感器因其功能差，体积大，很难满足要求。发展高性能、高精度的传感器已成为必然。

称重传感器是这样一种传感器，它是能把所谓粘贴在钢制柱形或圆柱形应变体的周围的电阻应变片的应变转换为电阻的变化，并与负载按钮相结合，它的计量结构是当荷重加于负载按钮时，则其重量施加于应变体，因此就产生与重量成比例的应变，并使与应变量相对应的应变片的电阻发生变化，从而使通过应变片的电流发生变化，将该电流转换成数字信号，并用数字来显示该重量。

作为世界产业信息革命的代表技术之一的称重传感器技术，已成了各行各业关注的焦点。下面，就国内为在称重传感器的几个方面的发展与现状，谈谈个人的看法。

弹性元件材料

弹性元件材料是称重传感器之本，其基本要求是弹性极限高，热处理后应有均匀稳定的晶相组织，热膨胀系数小，弹性滞后尽量小。在国外，美、英、德、日本等国小量程传感器较多使用铝、铜、钦合金，其中铝合金牌号以2024－T6、2024－T81、2025－T351居多。而在大量程规格中则普遍使用中碳镍镕钢，如AISH304、SNCM8等，但在东欧各国则较普遍使用中碳镕锰硅钢或弹簧钢，如35SA等。我国在七八十年代，在大量程钢制传感器中，借鉴西方国家材料成份，在大部分传感器制造企业中均采用了40A的合金结构钢。其特点是强度高、韧性与渗透性较好，蠕变很小，在850淬火，380℃回火状态，韧性、滞后、稳定性均较好。目前国内原材料生产供货一般以Lyl2一CZ居多，质量较稳定，价格亦较低，所以，作为传感器生产厂家比较喜欢采用峨型并配以适当消除内应力措施。

用于称重传感器的弹性元件材料一般为高弹性合金，其弹性模量E随温度变化而带来明显的温度误差，所以，最好能有一种弹性模量温度系数较小且稳定的材料。我国称重传感器用弹性元件材料是否需要采用恒弹性材料，而不需要进行杨氏模量温度补偿，从成本及发展前景上值得推敲。

2）、应变计

在称重传感器中起主导地位的电阻应变式传感器的另一关键敏感元件是电阻应变计。一般电阻应变计由敏感栅、基底、面胶、粘合刑与引线组成，分金属丝式与箔式两种。我国七十年代以前的电阻应变式传感器大多采用丝式应变计。此类应变计转换元件是丝栅状的电阻丝，缺点是电阻丝与弹性体表面结合不严，端线接头极易损坏。七、八十年代以后，应变计技术发生变革，由于光刻腐蚀工艺的成熟，箔式应变计逐步在电阻式传感器中占据主导地位。箔金属材料一般为康铜、卡玛合金、镍镕锰硅合金等。基底材料在国外最早是以硝基纤维素纸基发展起来的。聚酰亚酸树脂由于具有极好的韧性与柔性，延伸率高，耐温性好曾风糜一时，但由于其粘附性差，长期稳定性不理想，所以只适用于准确度要求不高的场合。

3）、结构形式

目前电阻应变式结构形式按敏感元件变形形式可分为拉压式、弯曲式、剪切式。我国在七十年代以中国计量科学研究院为代表的拉压型传感器技术已经成熟。其结构分圆柱形与板孔柱式，特别是后者，主圆孔四周开4个小孔，应力流线分布合理，输出灵敏度高，具有良好的温度均匀性，可制成拉压两用。在拉压式传感器中，日本大和公司的CC21型高精度摇柱压式以其优良的蠕变、温度、防潮防爆特性，很适用于汽车衡、轨道衡等场合，其最大特点是安装于秤台一般毋需调整四角误差。与此类传感器相似的还有德国Philips公司PR6201系列传感器，美国SENSORONICS公司的整体多柱式65088型传感器 。弯曲式传感器主要有扁环式、弓形、悬臂梁式，特别是八十年代形成批量规模生产的S型与平行梁式结构。S型弯曲传感器主要用于小型拉式测力称重场合，其受力型式为开通孔，工作应变计贴于孔壁。平行梁式传感器由于其结构简单，加工性能好，对作用力点不敏感等优点广泛应用于电子计价秤与电子台秤上。此类传感器在目前国内生产批量最大，上海大和公司现已有年产10万台的生产能力。剪切式传感器在八十年代以来国内外均较流行，其最大特点是外形低、抗内向力强、加工简单。其结构形式又可分为环裁剪切型、轮幅型、悬臂梁型、双梁桥式、S型剪切式等.