電阻應變式測力與稱重傳感器技術的回顧——紀念電阻應變式測力與稱重傳感器誕生70周年

                 電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器技術的回顧
       ——紀念電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器誕生70周年
          中國運載火箭技術研究院第七○二研究所 尹福炎
【摘 要】 上世紀40年代以前，在工程結構試驗中外載荷或力的測量組件是各種機械式谁有星空娱乐的网址。在電阻應變片出現以後，人們(men) 開始研製各種用於(yu) 工程結構試驗的測力傳(chuan) 感器，通常也稱載荷傳(chuan) 感器或負荷傳(chuan) 感器。在此同時，人們(men) 也試圖把其用於(yu) 衡器和稱量係統。箔式應變片發明和發展，使負荷傳(chuan) 感器的測量精度有了大幅度的提高，負荷傳(chuan) 感器在稱量係統的應用比原先測力範圍更為(wei) 廣泛。測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的分立，稱重傳(chuan) 感器補償(chang) 電路的不斷完善，及其結構從(cong) 單純的正應力設計，進而利用剪應力原理，不僅(jin) 使傳(chuan) 感器的結構尺寸大大減小，而且使稱重傳(chuan) 感器得測量精度也有大幅度提高，在衡器和自動稱量係統獲得了的發展，取得了極大的成功。隨著電子技術的飛速發展，稱重傳(chuan) 感器也從(cong) 模擬式發展到數字智能化，極大地豐(feng) 富了稱重傳(chuan) 感器市場。本文，將就測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的發展過程作一簡要的回顧，以供從(cong) 事應變片和稱重傳(chuan) 感器研製的同仁們(men) 參考。
【關(guan) 鍵詞】 機械式谁有星空娱乐的网址；測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器；電阻應變片；衡器；自動稱量係統；數字式智能稱重傳(chuan) 感器
一、前言
現代測力與(yu) 稱重技術的發展，離不開獲取和轉換力值與(yu) 質量信號的傳(chuan) 感器。總所周知，至今為(wei) 止，測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的發展大體(ti) 已經曆了三代。*代是機械式谁有星空娱乐的网址。上世紀四十年代以前，在電阻應變片出現之前，人們(men) 測量工程結構部件的應變，一般采用機械式應變計，也稱機械引伸計或光學引伸計等；而測量工程結構試驗載荷的則是各種機械式谁有星空娱乐的网址。第二代是電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器。電阻應變片問世後，於(yu) 上世紀四、五十年代，人們(men) 根據工程結構試驗研究的需要而利用電阻應變片來開發各種傳(chuan) 感器。當時，美國的航空工業(ye) 部門，迫切需要各種用於(yu) 測量工程結構試驗的載荷（力）、扭矩及流體(ti) 壓力傳(chuan) 感器，為(wei) 了測量飛機結構靜態試驗的載荷而開發了負荷傳(chuan) 感器；為(wei) 了測量飛機在風洞中的作用力，開發了多分量力傳(chuan) 感器等。在工程結構試驗中測量外載荷或力的測量組件是各種機械式谁有星空娱乐的网址。在電阻應變片出現以後，人們(men) 開始研製各種用於(yu) 工程結構試驗的測力傳(chuan) 感器，通常也稱載荷傳(chuan) 感器或負荷傳(chuan) 感器。在此同時，人們(men) 也試圖開始把其用於(yu) 衡器和稱量係統。箔式應變片發明和發展，使測力傳(chuan) 感器的測量精度有了大幅度的提高，傳(chuan) 感器在稱量係統的應用比原先測力範圍更為(wei) 廣泛。第三代是數字化、智能型測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器。隨著測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的分立，傳(chuan) 感器補償(chang) 電路的不斷完善，傳(chuan) 感器結構從(cong) 單純的正應力設計，進而利用剪應力原理，不僅(jin) 使傳(chuan) 感器的結構尺寸大大減小，而且使傳(chuan) 感器得測量精度也有大幅度提高，在衡器和自動稱量係統獲得了的發展，取得了極大的成功。隨著電子技術的飛速發展，稱重傳(chuan) 感器也從(cong) 模擬式發展到數字智能化，極大地豐(feng) 富了稱重傳(chuan) 感器市場。對於(yu) 電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的國內(nei) 外的
發展情況，很多專(zhuan) 家、學者都已做過詳細的介紹分析，本文在此主要就應變片、測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器誕生70周年之際，就測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的發展過程作一簡要的回顧，以供從(cong) 事應變片和稱重傳(chuan) 感器研製的同仁們(men) 參考。
二、曆史的回顧
1、機械式谁有星空娱乐的网址與(yu) 電阻應變式測力傳(chuan) 感器
從(cong) 所周知，測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器與(yu) 其它的力學量傳(chuan) 感器顯著的不同，它是直接安裝在整個(ge) 載荷測量鏈中（圖1），所以傳(chuan) 感器的強度和剛度必須滿足係統的整體(ti) 要求，才能保證係統的安全和測量精度。為(wei) 此，通常測量力或重量的傳(chuan) 感器與(yu) 其它類型的傳(chuan) 感器相比，其體(ti) 積和重量都比較大。在電阻應變式測力傳(chuan) 感器出現以前，在工程結構試驗和材料試驗機的谁有星空娱乐的网址機構中，都是采用各種機械式谁有星空娱乐的网址（如圖2、3）。當電阻絲(si) 式應變片發明以後，當時的負荷傳(chuan) 感器的結構比較簡單，常用的圓環式或圓棒式，在其變形比較大的部位粘貼4片（或8片）應變片，組成惠斯頓電橋（圖4），傳(chuan) 感器的連線遵循了美國西部地區應變計委員會(hui) （Western regional strain gage committee）確定的布線規則（於(yu) 1960年5月修訂），該連線規則如圖5所示。測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的軸是根據右手正交坐標係進行定義(yi) 。符號“＋”表明在力方向上可產(chan) 生一個(ge) “＋”信號電壓，通常定義(yi) 為(wei) 張力。根據圖6坐標係的定義(yi) ，測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的主旋轉軸或徑對稱軸為(wei) Z軸。
圖1 傳(chuan) 統的測力係統 圖2 鋼板拉力計 圖3 杠杆式三等標準測力
當時的測力傳(chuan) 感器一般采用石蠟或蜂蠟塗封防潮，人們(men) 常把其稱為(wei) 測力環或測力棒（如圖7所示）。載荷的測量儀(yi) 器一般采用靜態電阻應變儀(yi) （如圖8所示）。因而，當時的載荷測量精度比較低，一般在5%-10%以內(nei) 。
圖4 典型的惠斯頓電橋結構 圖5 標準的電氣連接顏色規則 圖6 稱重傳(chuan) 感器軸的定義(yi)
（a）環式谁有星空娱乐的网址 （b）柱式谁有星空娱乐的网址
圖7 粘貼式應變片製成的測力環和測力棒 圖8 環狀谁有星空娱乐的网址與(yu) 載荷測量儀(yi)
（靜態電阻應變儀(yi) ）
五十年代中期箔式應變片的出現，應用箔式應變片的負荷傳(chuan) 感器的測量精度有了明顯的提高，基於(yu) 當時的條件，一般精度在0.1%左右。在此期間，人們(men) 也逐漸開始探索把電阻應變式負荷傳(chuan) 感器用於(yu) 衡器與(yu) 自動稱量領域。
2、應變片與(yu) 應變片裝置
*，電阻應變片是一種能將被測試件應變的變化量轉換成電阻變化量的檢測組件。各種電阻應變式傳(chuan) 感器（Strain gauge based transducer/sensor），其中包括電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器（Strain gauge based load cell）,它們(men) 都是借助於(yu) 各種應變膠粘劑把應變片粘貼在彈性組件（或稱彈性體(ti) ）上，從(cong) 而把彈性組件在外載荷作用下產(chan) 生的應變傳(chuan) 遞到應變片的柵絲(si) 上，使其發生電阻變化。根據其電阻變化，可測知彈性體(ti) 承受的外載荷的大小。由前述可知，應變片主要由基底、箔柵（敏感柵）、膠粘劑、引出線及覆蓋層等部分組成（圖9）。基底材料是支撐敏感柵，使它保持一定的幾何形狀，並使敏感柵與(yu) 被粘試件之間具有良好的電絕緣性；敏感柵是把彈性體(ti) 應變轉換為(wei) 電阻變化；膠粘劑是把敏感柵與(yu) 基底粘合在一起，形成一個(ge) 整體(ti) ；覆蓋層是保護敏感柵免受外界的機械損傷(shang) ，並防止環境溫度、濕度及塵埃等的侵蝕；引出線則是連接敏感柵與(yu) 測量儀(yi) 器，把應變片的電信號送到測量儀(yi) 器內(nei) 。應變片的各個(ge) 組成組件的性能都將直接影響應變片的各項工作特性。
電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器，它是由彈性體(ti) 、應變片、膠粘劑、防護塗層、補償(chang) 線路等部分組成的，其應變傳(chuan) 遞路徑是：彈性體(ti) →膠粘劑→應變片敏感柵→覆蓋層→防護塗層，構成一個(ge) 有別於(yu) 應變片本身的更複雜的係統。若把粘貼於(yu) 彈性體(ti) 上的應變片暫稱為(wei) 應變片裝置（strain gage installation），其典型結構如圖10所示。其應變傳(chuan) 遞關(guan) 係將更為(wei) 複雜，其中反映了物理學、力學、電學及化學等基本原理，各組成單元的功能以及相互間的影響都將直接影響傳(chuan) 感器的各項性能。在研究和討論應變片裝置及應變傳(chuan) 遞問題時，既要注意各個(ge) 組成組件的本身特性，又要關(guan) 注其相互間的內(nei) 在，稱重傳(chuan) 感器的性能是應變片裝置各組成組件性能的綜合表現。
圖9 箔式應變片結構簡圖 圖10 典型的應變片裝置的剖麵圖
3、正應力傳(chuan) 感器與(yu) 剪應力傳(chuan) 感器
六十年代測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的彈性組件（俗稱彈性體(ti) ），已發展成柱式、筒式、環式及梁式等多種結構。隨著箔式應變片本身工藝技術及應用技術和電子技術的進步，使負荷傳(chuan) 感器的精度有了進一步的提高，在美國出現了具有0.1%稱重準確度的電子秤，在七十年代中對70%的機械秤進行了機電結合式的電子化改造，使稱重傳(chuan) 感器作為(wei) 稱重傳(chuan) 感組件，引起了人們(men) 的極大關(guan) 注。
在電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器發明、生產(chan) 以來的二、三十年中，傳(chuan) 感器的彈性體(ti) 組件都是采用圓柱、圓筒、圓環、板環和各種梁式結構。在測量過程中都是利用拉伸、壓縮和彎曲應力，即正應力的原理，因此統稱這類傳(chuan) 感器為(wei) 正應力傳(chuan) 感器。人們(men) 根據在長期使用正應力型傳(chuan) 感器的實踐中發現的問題，對其彈性組件的結構作了進一步的分析研究，找到了其固有的缺點。其主要缺點歸納起來有：加力點的變化會(hui) 引起靈敏度的較大變化；進行拉、壓循環加載時靈敏度的偏差比較大；抗偏心載荷和側(ce) 向載荷的能力差；需要較大的高度或寬度，故體(ti) 積大；不能進行小載荷的測量等。這些問題影響了測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器主要技術指標的提高。
為(wei) 了克服正應力式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的固有缺點，從(cong) 六十年代中期，人們(men) 就開始從(cong) 分析、研究彈性組件力學模型的基本原理入手，對彈性組件進行改進。研究表明，應變梁中的剪應力τ與(yu) 梁的彎矩M無關(guan) ，僅(jin) 是剪力Q的函數。鑒於(yu) 剪應力本身是不能測量的，但它能產(chan) 生於(yu) 中性軸呈45°方向的互相垂直的兩(liang) 個(ge) 大小相等而且拉、壓成雙的主應力。因此，可以通過對平麵應力狀態下主應力平麵上的主拉伸應力和主壓縮應力分別產(chan) 生的拉伸和壓縮的測量，以達到測力與(yu) 稱重的目的。美國學者霍利斯特姆（Hollistem）於(yu) 1973年提出了不利用彈性組件的正應力，而利用與(yu) 彎矩無關(guan) 的切應力原理來設計稱重傳(chuan) 感器彈性體(ti) 的理論，並設計出圓截工字形截麵懸臂剪切梁型傳(chuan) 感器，這是稱重傳(chuan) 感器結構設計的重大突破，進一步提高了測量準確度，有力地推動了稱重傳(chuan) 感器的發展和應用範圍的擴大。
隨著數值計算方法和電子計算機技術的進步，1974年，美國學者斯坦因（Stein）和德國學者埃多姆（Edom）分別提出建立彈性體(ti) 力學模型，利用有限元計算方法，分析彈性體(ti) 的強度、剛度、應力場和位移場，以取得彈性體(ti) 結構的*設計，為(wei) 新型傳(chuan) 感器設計提供了可靠的技術保證。
4、鋼合金與(yu) 鋁合金彈性體(ti)
七十年代初，歐、美、日等國的衡器製造商，為(wei) 了開發商業(ye) 用電子計價(jia) 秤，迫切需要量程在幾公斤至幾十公斤範圍的各種稱重傳(chuan) 感器。但當時無論是正應力原理的傳(chuan) 感器，還是剪應力原理的傳(chuan) 感器，彈性體(ti) 通常都是由合金鋼或不鏽鋼製成的，因而不能實現此量程範圍內(nei) 的測量。為(wei) 此美、日等國研製出測量彎曲應力的平行梁結構稱重傳(chuan) 感器，並用低彈性模量的鋁合金作彈性體(ti) ，采用多梁結構解決(jue) 靈敏度和剛度之間的矛盾，設計出鋁合金小量程的平行梁型稱重傳(chuan) 感器。
美國學者查特斯（K.Chatters）根據十七世紀出現的羅伯威爾（Roberval）秤的原理，基於(yu) 平行梁不變彎矩原理，利用平行梁表示彎曲應力的正應力結構，並於(yu) 1980年坦普科傳(chuan) 感器會(hui) 議上發表了“高精度、低容量、不變彎矩原理稱重傳(chuan) 感器的展望、性能及應用”的論文，為(wei) 平行梁稱重傳(chuan) 感器的發展提供了理論依據。
從(cong) 六十年代末至八十年代初的十多年中，由於(yu) 下述若幹方麵與(yu) 傳(chuan) 感器性能密切相關(guan) 的技術所取得的突破性的進展，使電阻應變式稱重傳(chuan) 感器獲得了的高速發展。
（1）采用有限元數值計算方法，使傳(chuan) 感器彈性體(ti) 的結構更趨合理。
（2）溫度自補償(chang) 箔式應變片、傳(chuan) 感器應變片以及多功能自補償(chang) 應變片品種的不斷完善，產(chan) 品性能不斷提高。
（3）傳(chuan) 感器電橋電路補償(chang) 、調整網絡的不斷完善，提高了穩定性。
（4）適用於(yu) 傳(chuan) 感器用的各種高性能新型材料不斷出現，如高性能的應變膠粘劑、新型的彈性體(ti) 材料，為(wei) 傳(chuan) 感器發展提供了物質基礎。
（5）傳(chuan) 感器的密封材料及密封技術得到了不斷改進和廣泛應用。
（6）傳(chuan) 感器生產(chan) 工藝的自動化程度不斷提高，質量監控係統逐漸完善。
5、測力、稱重傳(chuan) 感器的分立
長期以來電子衡器（無論是自動衡器還是非自動衡器）及自動稱量係統中應用的是各種電阻應變式負荷傳(chuan) 感器，為(wei) 了確保衡器的產(chan) 品質量，法製計量組織（OIML）製定了“非自動衡器計量規程”國家建議NO.3，並於(yu) 1968年10月第三屆法製計量大會(hui) 通過。但是在衡器精度評定等方麵長期與(yu) 傳(chuan) 感器不相同。
由於(yu) 測力和稱重所用的傳(chuan) 感器，其原理、結構、材料、工藝以及計量都相同。因而兩(liang) 者一直沒有加以區別，在國內(nei) 統稱為(wei) “負荷傳(chuan) 感器”、“力傳(chuan) 感器”。隨著衡器與(yu) 自動稱量技術的發展，以及測力、稱重兩(liang) 大技術領域對準確度要求等的不同，使人們(men) 逐漸認識到把用於(yu) 質量測量的傳(chuan) 感器和用於(yu) 測力的傳(chuan) 感器，在定義(yi) 上、評價(jia) 上、計量性能要求以及稱謂上加以區分得必要性。並逐漸把前者稱為(wei) 稱重傳(chuan) 感器；後者稱為(wei) “測力傳(chuan) 感器”，文獻中一般都用“Load cell”表示。為(wei) 此，法製計量組織（OIML）Sr-8秘書(shu) 處負責起草《稱重傳(chuan) 感器計量規程》，在1984年10月第7屆法製計量大會(hui) 討論通過，並於(yu) 1985年以OIML R60建議頒布，正式確定了測力傳(chuan) 感器和稱重傳(chuan) 感器的分立。並把稱重傳(chuan) 感器定義(yi) 為(wei) ：一種考慮到使用地點重力加速度和空氣浮力影響的，通過把被測量（質量）轉換為(wei) 另一種被測量的力傳(chuan) 感器。規程在多年執行中又做了一些修改，發表了1991年版、1993年版R60附錄A型“型式評定試驗報告格式”等。目前各國執行的R60 2000年版。由於(yu) 這種變遷，過去對負荷傳(chuan) 感器的等級劃分、技術性能、誤差評定等都不適用了，而必須參照“稱重傳(chuan) 感器計量
規程”建議R60，其基本思想與(yu) “非自動衡器計量規程”協調一致。
由應變片製成的電阻應變式測力或稱重傳(chuan) 感器都是用“strain gage based load cell”表示。現今若沒有特別的說明，文獻中“load cell”一般都是指電阻應變式傳(chuan) 感器。隻是在測力場合，可稱為(wei) 測力傳(chuan) 感器；而在稱重場合，則可稱為(wei) 稱重傳(chuan) 感器。
根據長期的實踐表明，測力和稱重傳(chuan) 感器的主要區別在於(yu) ：
（1）使用場合不同。稱重傳(chuan) 感器是用於(yu) 需要考慮使用地點重力加速度和空氣浮力的場合。它廣泛用於(yu) 各種衡器和自動稱量技術中，也可用於(yu) 確定作為(wei) 質量的函數和其它參數的測量；測力傳(chuan) 感器主要用於(yu) 工程結構試驗和材料性能試驗中力值（載荷）測量以及力值比較、傳(chuan) 遞。還可以用於(yu) 測量多分量的力和力矩。此外，稱重傳(chuan) 感器通常使用在較惡劣的工業(ye) 現場或環境較差的場合，而測力傳(chuan) 感器通常應用於(yu) 實驗室環境。
（2）采用的單位不同。由於(yu) 力和質量是兩(liang) 個(ge) 不同的物理量，稱重傳(chuan) 感器和測力傳(chuan) 感器的測量對象分別是質量和力，質量的單位為(wei) 千克（kg）或其倍量、分量；力的單位為(wei) 牛（N）或其倍量、分量。根據牛頓第二定律F=mg，在重力加速度相同的情況下，kg和N在數值上是可以互為(wei) 轉換的，即在標準重力加速度時，1kg≈9.80665N；1N≈0.10197162kg。
（3）評價(jia) 方法不同。稱重傳(chuan) 感器是以分辨率（即標尺間隔或分度值d）的多少來評價(jia) 其性能的，通常稱重傳(chuan) 感器的分辨率可以在500d～6000d之間，分辨率越高，其性能越好；測力傳(chuan) 感器是以不確定度（即相對不準確度或相對準確度）來評定其性能的。通常測力傳(chuan) 感器的不確定度可以在5×10-3～2×10-5之間。準確度級別為(wei) 2×10-5的測力傳(chuan) 感器，通常適用於(yu) 各國計量研究機構之間的力值比對或傳(chuan) 遞。
（4）技術要求和測量結果的處理方法不同。對於(yu) 稱重傳(chuan) 感器，要求其所有偏差之和應處於(yu) 某一個(ge) 允差帶之內(nei) ；而測力傳(chuan) 感器則要求其各單項指標的數據保持在規定的偏差之內(nei) 。稱重傳(chuan) 感器的總誤差應根據法製計量組織的R60建議規定。
（5）加載方式不同。稱重傳(chuan) 感器固定地安裝在衡器上，力總是以相同方式引入，力引入時可能產(chan) 生的誤差已經在檢定衡器時作了校正（如衡器的四角誤差等）；而測力傳(chuan) 感器則會(hui) 受到與(yu) 安裝狀態有關(guan) 的不正確加載，從(cong) 而受到側(ce) 向力與(yu) 彎矩等的作用。
6、全密封應變片與(yu) 全密封稱重傳(chuan) 感器
稱重傳(chuan) 感器決(jue) 不是一個(ge) 易損部件，無論用於(yu) 衡器中還是各種自動稱重係統中，都希望在使用期間具有很好的長期穩定性，使用期應該在幾年，甚至5年、10年。*，環境條件的溫度和濕度對應變片和傳(chuan) 感器的長期穩定性影響zui為(wei) 明顯，為(wei) 此，引起人們(men) 的嚴(yan) 重關(guan) 注。為(wei) 了解決(jue) 這方麵的問題，國內(nei) 人士從(cong) 上世紀六十年代至今，一直在這方麵進行著各種努力。根據國外的經驗，著重在選擇應變片、膠粘劑、貼片工藝及工藝環境的控製、塗料及塗層工藝和傳(chuan) 感器的整體(ti) 的密封等。
稱重傳(chuan) 感器用應變片一般應選用玻璃纖維增強的環氧-酚醛基底或玻璃纖維增強的聚酰亞(ya) 胺基底的全密封溫度自補償(chang) 應變片，典型的全密封應變片如圖11所示。應變片的敏感柵絲(si) *由覆蓋層覆蓋，又經加壓固化處理，不僅(jin) 使敏感柵絲(si) 得到很好的保護，而且使基底-敏感柵絲(si) -覆蓋層之間形成一個(ge) 堅固的整體(ti) 。應變片端頭的鍍銅，可有效地提高引出線與(yu) 端頭的焊接效果。
對於(yu) 長期使用的應變片防潮，一般采用多種塗料分層塗覆的方法（如圖12）。由圖可見，為(wei) 了
防護塗料的返潮問題，在中間塗層間加置一鋁箔層。一方麵可避免加強效應，另一方麵可阻斷外層潮氣得進入和內(nei) 層塗層的返潮。對於(yu) 有防護外殼的傳(chuan) 感器，如柱式傳(chuan) 感器等（圖13），除了在彈性體(ti) 上的應變片，采用上述的措施外，在安裝殼體(ti) 後，可采用相應的焊接方法進行焊接密封，並在內(nei) 中進行充氮保護等，以保證傳(chuan) 感器在使用環境條件下的長期穩定性。
圖11 全密封應變片（M-M） 圖12 應變片防護塗層截麵（M-M） 圖13 全密封稱重傳(chuan) 感器剖視圖
7、溫度自補償(chang) 應變片與(yu) 橋路補償(chang) 網絡
自從(cong) 應變片誕生以後，人們(men) 一直致力於(yu) 如何減小應變片的溫度影響，盡管應變式傳(chuan) 感器電橋電路（如圖4）具有固有的和差特性，上世紀五十年代初期，人們(men) 通過對合金絲(si) 材的合金成分的調整及控製熱處理溫度和時間等方法，製取了適用於(yu) 各種試件材料上的溫度自補償(chang) 應變片（self temperature compesation strain gauge, STC strain gauge）。箔式應變片誕生與(yu) 發展，箔式自補償(chang) 應變片的發展，以及應變電橋的固有和差特性都仍不能滿足稱重傳(chuan) 感器的實際需要。從(cong) 六十年代至七十年代中期，人們(men) 逐漸完成對應變電橋線路的改造和完善。實現了①零點平衡調整；②零點溫漂補償(chang) ；③傳(chuan) 感器靈敏度調整；④靈敏度溫漂補償(chang) ；⑤輸出一致性調整；⑥補償(chang) 電阻非線性補償(chang) 等（如圖14），從(cong) 而使稱重傳(chuan) 感器的測量精度有了明顯的提高，極大地滿足了衡器和自動稱量技術發展的需要。
8、多功能應變片與(yu) 橋路網絡的簡化
隨著對應變片和稱重傳(chuan) 感器的深入研究，人們(men) 除了繼續改進和提高各種溫度自補償(chang) 性能外，還逐漸研製成功了彈性模量自補償(chang) 應變片、蠕變自補償(chang) 應變片。在此基礎上，還有可能製成具有溫度自補償(chang) 和蠕變自補償(chang) 或溫度自補償(chang) 和彈性模量自補償(chang) 的雙重功能的自補償(chang) 應變片，以及同時具有溫度-蠕變-彈性模量自補償(chang) 三重功能自補償(chang) 應變片。若使用多功能自補償(chang) 應變片，將使傳(chuan) 感器橋路大大簡化（如圖15），這樣不僅(jin) 可以提高生產(chan) 效率，而且也有利於(yu) 提高傳(chuan) 感器精度。
圖14 稱重傳(chuan) 感器橋路補償(chang) 網絡圖 圖15 傳(chuan) 感器橋路的簡化
9、高溫應變片與(yu) 高溫稱重傳(chuan) 感器
隨著電子衡器和自動稱量技術的發展，應用領域不斷擴大，在我國鋼鐵等冶金部門對高溫稱重傳(chuan) 感器的需求量越來越大。高溫稱重傳(chuan) 感器過去長期需要國外進口，為(wei) 了*，國內(nei) 有關(guan) 單位在上世紀九十年代，采用玻璃纖維增強基底應變片研製成功了可用於(yu) 200℃和250℃的高溫稱重傳(chuan) 感器，並成功地用於(yu) 鋼鐵冶金企業(ye) 的高溫環境下的自動稱量。
10、稱重傳(chuan) 感器與(yu) 秤體(ti) 一體(ti) 化、模塊化、集成化
長期以來，傳(chuan) 統的電子衡器都是由秤體(ti) 、稱重傳(chuan) 感器、秤台、承力傳(chuan) 力構件、定位限位裝置等組裝而成。由於(yu) 由這些零部件組裝式秤體(ti) 結構，通常都比較高大笨重、零部件多、安裝調試時間長、活動環節多、穩定性可靠性差、生產(chan) 效率低、成本較高等問題。二十世紀九十年代以來，隨著科技的進步，工業(ye) 自動化水平的提高，各行業(ye) 對所用的電子衡器的功能、性能、結構等都提出了許多新的要求，其中zui主要的要求之一是小型化，即體(ti) 積小、高度低、重量輕。人們(men) 從(cong) 改變傳(chuan) 統由零部件組裝式秤體(ti) 結構的設計思路出發，經過多年的研究，研製出各種模塊化、集成化或部分集成化的結構。先後出現了模塊化汽車衡、集成化稱重軌動態電子軌道衡、集成化稱重板動態公路車輛軸重秤等。在上述設計思想指導下，在電子吊鉤秤領域開發出集成化稱重鉤、稱重環型電子吊秤；電子平台秤領域出現了部分集成化的閉合截麵薄壁型鋼結構的輕便型電子平台秤、支承與(yu) 稱重傳(chuan) 感器一體(ti) 化的電子軸重秤、可折疊和台麵可翻轉的電子平台秤、薄型和超薄型滾動紙捆計量秤、碼垛秤等。與(yu) 此為(wei) 新型結構衡器配套的稱重傳(chuan) 感器和稱重模塊等也都有了很大的發展。
11、模擬式稱重傳(chuan) 感器與(yu) 數字型智能稱重傳(chuan) 感器
二十世紀九十年代以來，隨著數字技術和信息技術的高速發展，也促進了電子衡器的數字化和智能化的進程。早在1983年美國TOLEDO公司引入“數字化”概念，並致力於(yu) 研究采用微處理器技術、數字補償(chang) 技術與(yu) 傳(chuan) 統的電阻應變式稱重傳(chuan) 感器相結合，研究開發出搖柱型數字智能稱重傳(chuan) 感器。STS公司也在1988年全美衡器展覽會(hui) 上，推出整體(ti) 型數字式智能稱重傳(chuan) 感器。數字式智能稱重傳(chuan) 感器，以其輸出信號大、抗幹擾能力強、信號傳(chuan) 輸距離遠、易實現智能控製等特點，成為(wei) 數字式電子
衡器和自動稱重計量與(yu) 控製係統的重要部件。
傳(chuan) 統的稱重傳(chuan) 感器都是模擬式稱重傳(chuan) 感器，長期以來，人們(men) 的研究重點一直都集中在傳(chuan) 感器的硬件方麵，例如，研發彈性體(ti) 結構、選取彈性體(ti) 材料、改進製造工藝、采用應變片和相應的粘貼工藝、完善橋路補償(chang) 和調整技術、實施防潮密封技術等。九十年代，稱重傳(chuan) 感器技術日臻完善。但是，由於(yu) 模擬式傳(chuan) 感器具有輸出信號小、抗幹擾能力差、傳(chuan) 輸距離短、稱重顯示儀(yi) 表複雜以及組秤調試時間長等缺點，如何改善或克服這些缺點，始終是人們(men) 關(guan) 心的問題。隨著數字技術和集成電路技術的發展，美、德等國的衡器公司，先後研製出數字型智能稱重傳(chuan) 感器。所謂智能傳(chuan) 感器，就是指能把具有一種或多種敏感功能，能夠完成信號檢測和處理、邏輯判斷、雙向通訊、自檢、自校、自補償(chang) 、自診斷和計算等全部或部分功能的器件。數字型智能稱重傳(chuan) 感器的主要特點是：（1）輸出信號大、抗幹擾能力強、傳(chuan) 輸距離遠、信噪比高；（2）通過數字補償(chang) 電路和數字補償(chang) 工藝，可以進行非線性、滯後、蠕變等補償(chang) ，有利於(yu) 提高傳(chuan) 感器性能；（3）輸出信號規格化；（4）可內(nei) 置溫度傳(chuan) 感器，並通過補償(chang) 軟件可進行實時溫度補償(chang) ，穩定性好；（5）各數字式智能稱重傳(chuan) 感器的地址可調，便於(yu) 應用和互換。
目前，數字型智能稱重傳(chuan) 感器有兩(liang) 種結構形式：一種是所謂分離型；另一種是整體(ti) 型。分離型數字稱重傳(chuan) 感器，是指將內(nei) 置於(yu) 整體(ti) 型數字式稱重傳(chuan) 感器內(nei) 部的A/D轉換等數字電路，移置於(yu) 一個(ge) 外部的接線盒內(nei) ，此接線盒通常稱為(wei) 數字接線盒。於(yu) 是，隻要把模擬式稱重傳(chuan) 感器接入數字接線盒後，其輸出便以數字信號傳(chuan) 輸給與(yu) 其配套的稱重顯示控製儀(yi) 表。而整體(ti) 型數字型稱重傳(chuan) 感器（如圖16所示）就是在稱重傳(chuan) 感器內(nei) ，內(nei) 置放大、濾波、A/D轉換器、微處理器、溫度傳(chuan) 感器等敏感組件和數字處理電路，利用數字補償(chang) 技術和工藝實現各項自補償(chang) 、自校、自診斷、數據檢測及數據處理等功能等。
目前，市場上出現的各種數字型智能稱重傳(chuan) 感器，這是傳(chuan) 感器技術進步的象征，但是業(ye) 內(nei) 專(zhuan) 家們(men) 也提醒我們(men) ，有些產(chan) 品與(yu) 真正意義(yi) 上的數字型智能稱重傳(chuan) 感器的功能還有較大差距，這也是我們(men) 今後必須努力的動力。
三、結語
前麵簡要地回顧了電阻應變式測力與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的發展曆程，介紹了各個(ge) 不同階段的突出成就，隨著現代科技的日益發展，電阻應變式稱重傳(chuan) 感器的應用必將仍有廣闊的前程。
由於(yu) 接觸的資料和了解情況比較少，以上有謬誤之處，敬請批評指正。
圖16 數字型智能稱重傳(chuan) 感器
參考文獻
1．Perry.C.C.etc. The strain gage primer，1955。
2．J.E.Starr,etc. 50 years of the bonded resistance strain gage—an American retrospective, Proceeding of the Western regional strain gage committee June 6-10 1988。
3．劉九卿，應變式稱重傳(chuan) 感器技術動向和發展趨勢 《第五屆全國稱重技術研討會(hui) 論文集》，2006。
4．鄔顯義(yi) ，談測力傳(chuan) 感器與(yu) 稱重傳(chuan) 感器的差別 《傳(chuan) 感器應用技術》7-3，1989.9。
5．施漢謙、宋文敏，電子秤技術 北京，中國計量出版社，1991.9。
6．劉九卿，電子衡器結構的新發展 《衡器》32-5，2003.9。
7．張延溫等，淺淡數字稱重傳(chuan) 感器的技術現狀與(yu) 發展趨勢 《衡器》33-1，2004.1。
8．劉九卿，數字智能稱重傳(chuan) 感器的發展與(yu) 應用 《衡器》33-5，2004.9。
9．陳日興(xing) ，數字式稱重傳(chuan) 感器的智能化功能演變與(yu) 發展綜述 《第六屆稱重技術研討會(hui) 論文集》，2007.4。
作者
通信地址：北京市豐(feng) 台區東(dong) 高地萬(wan) 源東(dong) 裏87棟1單元3號
郵政編碼：100076 ：