橋式稱重傳感器的改進創(chuàng)新與行業(yè)配套發(fā)展

孫登林

1 引言

目前我國的衡器行業(yè)發(fā)展迅速數(shù)量之快，應(yīng)用領(lǐng)域之廣是前所未有的，它帶動了不少行業(yè)的前進，特別是對應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)行業(yè)起到很大了相當(dāng)大的推動作用，同時也使其技術(shù)進步得到了提高。自從電子地上衡和電子地中衡普遍采用日本久保田公司引進的應(yīng)變式剪切力橋式稱重傳感器開始，全世界稱重領(lǐng)域還沒有任何一種單一的稱重傳感器在衡器行業(yè)中取得如此大規(guī)模的應(yīng)用，同時它質(zhì)優(yōu)價廉，對于我國電子衡器的普及應(yīng)用，存在著極大的合理性與其它和優(yōu)點。

應(yīng)變式稱重傳感器適合于中等準(zhǔn)確度級別的電子衡器應(yīng)用。優(yōu)點主要體現(xiàn)在安裝簡便、鋼球承力運動靈活、應(yīng)變計為平面粘貼，其粘接力牢固均勻，比圓弧面易于粘貼、可靠性好等方面。由于使用數(shù)量大，其配件大量使用標(biāo)準(zhǔn)件、專用機床加工、批量化生產(chǎn)采購銷售等環(huán)節(jié)，帶動了鋼鐵、機械加工、熱處理、表面處理、密封膠、激光焊接、等離子切割、等離子焊接、電纜電線等行業(yè)的發(fā)展。但同時由于是批量化生產(chǎn)，其改進、改型、應(yīng)用也相應(yīng)受到了制約。人們會一味追求價低質(zhì)優(yōu)的同等傳感器替代它，尋求個性化的目的難于實現(xiàn)。以2009年5月份的上海衡器展覽會上各廠家所展出的傳感器類型看，眾多的廠家都有不同程度的改進改型，其目的只有一個就是在空前的低利潤下尋求以最小的成本獲取最大利潤空間，不管傳感器生產(chǎn)廠家如何宣傳，但作為用戶仍不敢貿(mào)然使用。

2 機械結(jié)構(gòu)分析

下面分析幾種已出現(xiàn)的傳感器結(jié)構(gòu)（簡易結(jié)構(gòu)圖見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5）的利弊，以供參考。

圖1 彈性體底座常規(guī)結(jié)構(gòu)圖

圖1 為彈性體底座常規(guī)結(jié)構(gòu)圖，在該結(jié)構(gòu)下可以做如下改進。①在原結(jié)構(gòu)形狀不變的情況下，改彈性體和底座的材質(zhì)；②改兩頭緊固螺釘?shù)膹姸鹊燃?；③不改彈性體材質(zhì)，只改底座材質(zhì)，普通合金鋼焊接改為鑄造材質(zhì)，由于鑄造件太脆受力變形易斷裂，于是就改變底座的支撐面。

沒有深入研究的廠家不改變焊接結(jié)構(gòu)，直接將材料一換就用，在應(yīng)用中就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象?；谀壳爱a(chǎn)品銷售價低，斷裂數(shù)量比例又不高，所以廠家都愿意選用。從性價比看，有存在好處，可使秤體結(jié)構(gòu)不變，不用新設(shè)計秤體圖紙、 更改工藝、便于秤的長期穩(wěn)定生產(chǎn)。

圖2 彈性體與底座采用滾針隔離支撐結(jié)構(gòu)圖

圖3 彈性體與底座一體式結(jié)構(gòu)

改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的彈性體與底座的連接方式（即原結(jié)構(gòu)中心點上下均為中心線受力方式）如圖2、圖3、圖4、圖5所示。栓直徑變小，螺牙松動旋緊力不夠，對橫向剪切力考慮不周，在車輛上下沖擊過程中，存在橫向剪切力。在當(dāng)今市場情況下，秤體變形就不得不考慮，地基變形也在不斷增大，汽車的載重量越來越大也是一個客觀因素。

圖5 桿端關(guān)節(jié)軸承拉式結(jié)構(gòu)

橋式剪切力傳感器在中國已形成了強大產(chǎn)業(yè)鏈，不經(jīng)過重大的創(chuàng)新改進，滿足現(xiàn)狀，進入低價傾銷，其技術(shù)含量已完全進入到勞動密集形行業(yè)，競爭已是必然，其好處是普及了電子地中衡和地上衡，帶動了相關(guān)的儀表行業(yè)發(fā)展。

3 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

圖4 兩端軸銷式結(jié)構(gòu)

在正常受力情況下，傳感器對偏載有一定的抑制作用，而改變后的結(jié)構(gòu)大多底座為整體平面，彈性體兩頭改用滾軸或軸套，墊片、凸臺與底座相連，不改變上部連接方式，這種改進的共同點就是上下連接螺

鑒于此國內(nèi)衡器和傳感器行業(yè)的一些標(biāo)準(zhǔn)也需要針對國情進行適時更新改進。

反觀傳感器行業(yè)的發(fā)展歷程，近10年來在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面取得長足進步，尤其是長江三角洲在鋼制彈性體傳感器方面的成品生產(chǎn)，帶動了全國產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；珠三角則是在家庭用品秤傳感器方面率先進入產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；?。而技術(shù)原創(chuàng)性則毫無建樹。

在無法突圍之時，個別企業(yè)打出數(shù)字傳感器這張新牌，但真正在市場上使用又有多少是能徹底將模擬式的弊病改掉？精度又能達到多少？有多少又是能嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)檢測的？所使用小功率貼片元器件在高低溫潮濕日曬雨淋的露天環(huán)境中，可靠性能達到什么程度？都是未知數(shù)。

傳感器所用電阻應(yīng)變計也同樣處于低水平徘徊，有的廠家公布技術(shù)上有這樣那樣的突破，但目前還是比較常用的幾種如酚醛—縮醛、酚醛一環(huán)氧、酚醛玻璃絲布增強、聚酰亞胺、聚醚醚酮等應(yīng)變計基底膠，使用的還是漆包線行業(yè)的酚醛縮醛膠粘劑體系。其缺點主要有：片子基底柔軟、易受潮濕水氣影響，難以制作出精度高、長期穩(wěn)定性好的傳感器；制作過程中散發(fā)氣味相當(dāng)大，不符合國家的環(huán)保要求。盡管目前以低價傾銷占領(lǐng)市場，但環(huán)保這個欠賬遲早是要還的。不論目前各個廠家采用何種措施進行創(chuàng)新，但仍然改變不了主流生產(chǎn)模式，除非是新膠、工藝與此匹配，否則就只能是作作樣機而已，不能投入實際生產(chǎn)中。

目前我國傳感器行業(yè)最為迫切問題不是數(shù)字化的推進，而是小小應(yīng)變計基底膠沖出行業(yè)困境。但因為行業(yè)用量少，所以不被重視。值得高興的是，應(yīng)變計箔材國內(nèi)近幾年進步很快，依賴進口的局面已大大降低。

4 專業(yè)化發(fā)展期望

目前隨著其它行業(yè)的進步帶動傳感器衡器行業(yè)的專業(yè)化發(fā)展，如各種產(chǎn)品的模塊化、配套化，給后續(xù)生產(chǎn)帶來了便利條件，如彈性體加工、熱處理、表面處理，鋼廠、鋁廠提供專用的型材、應(yīng)變計、補償片、粘接劑配套供用，傳感器附件電纜、電線、封膠、測試儀表，可以說是樣樣齊全，投資不大就可以進行傳感器的生產(chǎn)，短期內(nèi)各個廠家的傳感器所能達到的常規(guī)性能相差不大，像穩(wěn)定性和綜合性能等方面不能進行長期監(jiān)督，保修期又只有一年，以及許多電子衡器使用時間不長就報廢，體現(xiàn)不出優(yōu)勢及好壞。

目前全行業(yè)都向低價進軍，追求數(shù)量大，規(guī)?；a(chǎn)，大量投資測力機、高低溫調(diào)溫調(diào)濕設(shè)備、檢測試驗設(shè)備，相互之間比占地面積、投資規(guī)模、產(chǎn)值、擁有客戶，但很少人對前述的幾個問題加以關(guān)注。

在國家整體經(jīng)濟利益中，拼命向大而全進軍，卻忘記了這個小而全、品種多、小批量個體差異非常大的行業(yè)。近年來全國衡器展覽會一樣上，恨不得將整個展會變成私家展會。對整個行業(yè)來說是個悲哀，看不起小企業(yè)，而往往創(chuàng)新就在小企業(yè)，就小小的應(yīng)變計而言，上海一個小企業(yè)就走在了幾個專業(yè)大廠的前面。但由于大企業(yè)有強大的宣傳攻勢，既使是錯誤的也能形成短期內(nèi)的市場優(yōu)勢。

5 傳感器擴展應(yīng)用的幾個典型領(lǐng)域

5.1 起重力矩限制器行業(yè)

我國的起重機行業(yè)發(fā)展相對較慢，技術(shù)也相對落后，加上企業(yè)之間競爭無序，產(chǎn)品事故常出，所以國家相關(guān)部門發(fā)出文件，指定設(shè)備上必須加裝力矩限制器，防止超載出現(xiàn)事故。過去該行業(yè)也采取過相關(guān)措施，使用過不同類型的方法進行測量，如機械彈簧法、應(yīng)變式傳感器稱重法等。經(jīng)過幾年的發(fā)展，大家認為還是應(yīng)變式稱重法比較可靠，造價也低，技術(shù)成熟。故從2007年開始就大量使用，走在行業(yè)前端的是常州常欣、安微高靈兩個廠，其產(chǎn)值、銷售收入現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為在傳感器行業(yè)內(nèi)的前幾名。雖技術(shù)含量并不高，但的確找準(zhǔn)了方向。

5.2 高等級公路計重收費用稱重傳感器

我國最近5年在計重收費上也做過不少改進，大車重型車計重收費逐步被人們認同，也基本合理，但就這個稱重的軸重臺和道路的關(guān)系就很難協(xié)調(diào)，道路施工者要求是開挖量、安裝量越少越好，可這又是作軸重臺的人難于實現(xiàn)的，秤體越薄精度和壽命以及可靠性都難于保證，變形也大，加上這種工程要求交貨期非常短，價格又不高，又不能過高存貨，現(xiàn)買現(xiàn)賣，它的發(fā)展可想而知。

我國大型貨運車超載現(xiàn)象普遍，對秤體的損壞也相當(dāng)大，傳感器不論放在路面下，還是路面的兩側(cè)，其損壞程度是一樣的，加上道路的排水系統(tǒng)被雨水泥漿堵塞，傳感器浸泡水里，污損嚴重，秤體變形扭曲，傳感器難達到生產(chǎn)廠家所指定的使用環(huán)境，其測試精度難以實現(xiàn)。一個便攜式彎板輪重臺，在車輛通過時要求速度均勻、限制方向正確、地平等等都還誤差較大，重復(fù)性都不一定滿足要求，而埋入道路里的不受限制的軸重臺就能很準(zhǔn)確計量，這在某種情況下難以服人，加上這種臺板整體加工外表硫化橡膠，一旦出故障，維修難上加難。

采用單只稱重傳感器的組合軸重臺，雖然臺體重、尺寸大、高度高、道路開挖量大、施工周期長，但維修方便，維修成本低，稱量準(zhǔn)確性也高。但我國目前制作的這種軸重臺的技術(shù)綜合考慮不周，給使用者的印象不好，從材質(zhì)選用、熱處理、表面處理、美觀、維護的簡便性、防沖擊、防雨水泥漿的堵塞情況等都不是人性化設(shè)計。道路招標(biāo)者是軸重臺制造者的上帝，軸重臺制造者又是傳感器制造者的上帝，儀表、電控系統(tǒng)則是另外一套制造者，相互很難協(xié)調(diào)配合，不能在一起共同研究改進。尤其傳感器行業(yè)受打壓的情況最為嚴重，自身的責(zé)任一是結(jié)構(gòu)不合理；二是連接導(dǎo)線電纜斷裂，鼠害原因，防水不好，絕緣電阻下降等。

應(yīng)變式稱重傳感器作為衡器行業(yè)中的一員，有其責(zé)任創(chuàng)新改進，要擴充應(yīng)用領(lǐng)域協(xié)調(diào)發(fā)展，借鑒其它行業(yè)發(fā)展思路，充實企業(yè)，使行業(yè)內(nèi)每個企業(yè)都能各有所長，共同前進， 步入良性循環(huán)的軌道。

參考資料

[1] 劉久卿.電阻應(yīng)變式稱重傳感器. 中國衡器協(xié)會專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教材, 2006

[2] 王云章. 應(yīng)變式傳感器故障分析與修理[M]. 中國計量出版社, 1995

[3] 電阻應(yīng)變計產(chǎn)品樣本.上海一靈電測儀器有限公司, 2009

[4] 廣州電測儀器廠產(chǎn)品樣本. 2008

[5] GB/T7551-2008稱重傳感器.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社