應(yīng)變式稱重傳感器發(fā)展歷程
發(fā)布時(shí)間：2023-09-26 瀏覽次數(shù)：305 次 |
應(yīng)變式的傳感器就是基于測量物體受力變形所產(chǎn)生應(yīng)變的一種傳感器，電阻應(yīng)變片也是其最常采用的傳感元件，它的作用就是把機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化，方便信號(hào)的采集。應(yīng)變式稱重傳感器就是基于應(yīng)變效應(yīng)的一種傳感器，它就是在工程測力上廣泛應(yīng)用。應(yīng)變式稱重傳感器從研發(fā)至今，接近百年歷史了，經(jīng)過了一系列的演變過程。下面分階段簡要介紹一下：
最早的電阻應(yīng)變計(jì)出現(xiàn)于1938年，在當(dāng)時(shí)美國加利福尼亞理工學(xué)院教授E.Simmons以及麻省理工學(xué)院教授A.Ruge兩人同時(shí)研制出紙基絲繞式電阻應(yīng)變計(jì)，后來被命名為SR-4型。這種電阻應(yīng)變計(jì)的研制成功為變式稱重傳感器的研發(fā)打下了理論以及物質(zhì)基礎(chǔ)。
1940年美國BLH公司與Revere公司總工程師A.Thurston在SR一4型電阻應(yīng)變計(jì)的基礎(chǔ)上研制出圓柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式稱重傳感器，當(dāng)時(shí)這種傳感器主要用于工程測力以及稱重計(jì)量，這就是應(yīng)變式稱重傳感器的雛形。
在接下來的三十多年中，也是利用正應(yīng)力(拉伸、壓縮、彎曲應(yīng)力)的柱、筒、環(huán)、梁式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器一統(tǒng)天下時(shí)期。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，英國學(xué)者杰克遜研制出金屬箔式電阻應(yīng)變計(jì)，這為稱重傳感器提供了較理想的傳感元件，而且成功創(chuàng)造了用熱固膠粘貼電阻應(yīng)變計(jì)的新工藝。美國BLH公司和Revere公司經(jīng)過多年實(shí)踐創(chuàng)造了稱重傳感器電路補(bǔ)償與調(diào)整工藝，這極大提高了傳感器的精度和穩(wěn)定性，使精度由原來四十年代的百分之幾量級(jí)提高到七十年代初的0.05量級(jí)。但這種稱重傳感器在應(yīng)用過程中還有一些問題很突出，急需改善。比如：加力點(diǎn)的位置對(duì)靈敏度的變化影響很大；于此同時(shí)進(jìn)行拉、壓循環(huán)加載時(shí)靈敏度偏差大；抗偏心和側(cè)向載荷能力差；不能進(jìn)行小載荷測量等等。正是因?yàn)檫@些缺點(diǎn)的存在嚴(yán)重制約著稱重傳感器的發(fā)展。
1973年美國學(xué)者霍格斯特姆為克服正應(yīng)力稱重傳感器的固有缺點(diǎn)，提出了不利用正應(yīng)力，然而利用與彎矩?zé)o關(guān)的切應(yīng)力設(shè)計(jì)稱重傳感器的理論，并設(shè)計(jì)出圓截工字形截面懸臂剪切梁型稱重傳感器。打破了正應(yīng)力稱重傳感器的一統(tǒng)天下的局面，形成了新的發(fā)展潮流。這也是稱重傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重大突破。
到了七十年代中期，美、日等國的衡器制造公司開始研發(fā)商業(yè)用的電子計(jì)價(jià)秤，急需小量程的稱重傳感器。傳統(tǒng)的正應(yīng)力和新研制的切應(yīng)力稱重傳感器都不能滿足幾公斤至幾十公斤小量程范圍內(nèi)的力學(xué)測量。美國學(xué)者查特斯提出用低彈性模量的鋁合金做彈性體，采用多梁結(jié)構(gòu)解決靈敏度和剛度這對(duì)矛盾，設(shè)計(jì)出小量程鋁合金平行梁型稱重傳感器，同時(shí)指出平行梁稱重傳感器是基于不變彎矩原理，使利用平行梁表面彎曲應(yīng)力的正應(yīng)力結(jié)構(gòu)，具有切應(yīng)力稱重傳感器的特點(diǎn)，為平行梁結(jié)構(gòu)稱重傳感器的設(shè)計(jì)與計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)，形成了又一個(gè)發(fā)展潮流。
經(jīng)歷了七十年代的切應(yīng)力稱重傳感器和鋁合金小量程稱重傳感器兩大技術(shù)突破，八十年代稱重傳感器與測力傳感器徹底分離，制定了R60國際建議和研發(fā)出數(shù)字式智能稱重傳感器兩項(xiàng)重大變革；九十年代在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝中不斷納入高新技術(shù)迎接新挑戰(zhàn)，加速了稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展。
伴隨著數(shù)字技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)數(shù)字化電子衡器的需求愈來愈多，傳統(tǒng)的模擬稱重系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求，模擬式稱重傳感器也需要加以改良。為了滿足數(shù)字化電子衡器的需求，美國TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德國HBM公司等先后研制出整體型和分離型數(shù)字式智能稱重傳感器，并以其輸出信號(hào)大，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，容易實(shí)現(xiàn)智能控制等特點(diǎn)，成為數(shù)字化電子衡器與自動(dòng)稱重計(jì)量與控制系統(tǒng)的必選產(chǎn)品，形成一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。
到了21世紀(jì)，隨著自動(dòng)化水平的提高以及工藝結(jié)構(gòu)技術(shù)的改進(jìn)，稱重傳感器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，引用計(jì)算機(jī)技術(shù)、柔性制造技術(shù)與電子電路技術(shù)對(duì)傳感器進(jìn)行性能改良，使得稱重傳感器滿足各種力學(xué)測量的場合。即使到現(xiàn)在，稱重傳感器也在積極開展各項(xiàng)研究，例如彈性體材質(zhì)、、制造工藝更精細(xì)、電路補(bǔ)償工藝和外觀等等，使得它不僅僅是一個(gè)測量工具，更是一件藝術(shù)品。 |
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