橋式稱重傳感器的改進創新與行業配套發展

孫登林

1 引言

目前我國的衡器行業發展迅速數量之快，應用領域之廣是前所未有的，它帶動了不少行業的前進，特別是對應變式稱重傳感器技術行業起到很大了相當大的推動作用，同時也使其技術進步得到了提高。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變式剪切力橋式稱重傳感器開始，全世界稱重領域還沒有任何一種單一的稱重傳感器在衡器行業中取得如此大規模的應用，同時它質優價廉，對于我國電子衡器的普及應用，存在著極大的合理性與其它和優點。

應變式稱重傳感器適合于中等準確度級別的電子衡器應用。優點主要體現在安裝簡便、鋼球承力運動靈活、應變計為平面粘貼，其粘接力牢固均勻，比圓弧面易于粘貼、可靠性好等方面。由于使用數量大，其配件大量使用標準件、專用機床加工、批量化生產采購銷售等環節，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、電纜電線等行業的發展。但同時由于是批量化生產，其改進、改型、應用也相應受到了制約。人們會一味追求價低質優的同等傳感器替代它，尋求個性化的目的難于實現。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，不管傳感器生產廠家如何宣傳，但作為用戶仍不敢貿然使用。

2 機械結構分析

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

圖1 彈性體底座常規結構圖

圖1 為彈性體底座常規結構圖，在該結構下可以做如下改進。①在原結構形狀不變的情況下，改彈性體和底座的材質；②改兩頭緊固螺釘的強度等級；③不改彈性體材質，只改底座材質，普通合金鋼焊接改為鑄造材質，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構，直接將材料一換就用，在應用中就出現斷裂現象。基于目前產品銷售價低，斷裂數量比例又不高，所以廠家都愿意選用。從性價比看，有存在好處，可使秤體結構不變，不用新設計秤體圖紙、 更改工藝、便于秤的長期穩定生產。

圖2 彈性體與底座采用滾針隔離支撐結構圖

圖3 彈性體與底座一體式結構

改變現有結構的彈性體與底座的連接方式（即原結構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 桿端關節軸承拉式結構

橋式剪切力傳感器在中國已形成了強大產業鏈，不經過重大的創新改進，滿足現狀，進入低價傾銷，其技術含量已完全進入到勞動密集形行業，競爭已是必然，其好處是普及了電子地中衡和地上衡，帶動了相關的儀表行業發展。

3 國內產業現狀

圖4 兩端軸銷式結構

在正常受力情況下，傳感器對偏載有一定的抑制作用，而改變后的結構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

鑒于此國內衡器和傳感器行業的一些標準也需要針對國情進行適時更新改進。

反觀傳感器行業的發展歷程，近10年來在產業化發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，帶動了全國產業化發展；珠三角則是在家庭用品秤傳感器方面率先進入產業化、規模化。而技術原創性則毫無建樹。

在無法突圍之時，個別企業打出數字傳感器這張新牌，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準檢測的？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境中，可靠性能達到什么程度？都是未知數。

傳感器所用電阻應變計也同樣處于低水平徘徊，有的廠家公布技術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、酚醛一環氧、酚醛玻璃絲布增強、聚酰亞胺、聚醚醚酮等應變計基底膠，使用的還是漆包線行業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、長期穩定性好的傳感器；制作過程中散發氣味相當大，不符合國家的環保要求。盡管目前以低價傾銷占領市場，但環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新，但仍然改變不了主流生產模式，除非是新膠、工藝與此匹配，否則就只能是作作樣機而已，不能投入實際生產中。

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

4 專業化發展期望

目前隨著其它行業的進步帶動傳感器衡器行業的專業化發展，如各種產品的模塊化、配套化，給后續生產帶來了便利條件，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，短期內各個廠家的傳感器所能達到的常規性能相差不大，像穩定性和綜合性能等方面不能進行長期監督，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，體現不出優勢及好壞。

目前全行業都向低價進軍，追求數量大，規模化生產，大量投資測力機、高低溫調溫調濕設備、檢測試驗設備，相互之間比占地面積、投資規模、產值、擁有客戶，但很少人對前述的幾個問題加以關注。

在國家整體經濟利益中，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。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。對整個行業來說是個悲哀，看不起小企業，而往往創新就在小企業，就小小的應變計而言，上海一個小企業就走在了幾個專業大廠的前面。但由于大企業有強大的宣傳攻勢，既使是錯誤的也能形成短期內的市場優勢。

5 傳感器擴展應用的幾個典型領域

5.1 起重力矩限制器行業

我國的起重機行業發展相對較慢，技術也相對落后，加上企業之間競爭無序，產品事故常出，所以國家相關部門發出文件，指定設備上必須加裝力矩限制器，防止超載出現事故。過去該行業也采取過相關措施，使用過不同類型的方法進行測量，如機械彈簧法、應變式傳感器稱重法等。經過幾年的發展，大家認為還是應變式稱重法比較可靠，造價也低，技術成熟。故從2007年開始就大量使用，走在行業前端的是常州常欣、安微高靈兩個廠，其產值、銷售收入現在已經發展成為在傳感器行業內的前幾名。雖技術含量并不高，但的確找準了方向。

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系就很難協調，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，現買現賣，它的發展可想而知。

我國大型貨運車超載現象普遍，對秤體的損壞也相當大，傳感器不論放在路面下，還是路面的兩側，其損壞程度是一樣的，加上道路的排水系統被雨水泥漿堵塞，傳感器浸泡水里，污損嚴重，秤體變形扭曲，傳感器難達到生產廠家所指定的使用環境，其測試精度難以實現。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，稱量準確性也高。但我國目前制作的這種軸重臺的技術綜合考慮不周，給使用者的印象不好，從材質選用、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計。道路招標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、電控系統則是另外一套制造者，相互很難協調配合，不能在一起共同研究改進。尤其傳感器行業受打壓的情況最為嚴重，自身的責任一是結構不合理；二是連接導線電纜斷裂，鼠害原因，防水不好，絕緣電阻下降等。

應變式稱重傳感器作為衡器行業中的一員，有其責任創新改進，要擴充應用領域協調發展，借鑒其它行業發展思路，充實企業，使行業內每個企業都能各有所長，共同前進， 步入良性循環的軌道。

參考資料

[1] 劉久卿.電阻應變式稱重傳感器. 中國衡器協會專業技術培訓教材, 2006

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

[3] 電阻應變計產品樣本.上海一靈電測儀器有限公司, 2009

[4] 廣州電測儀器廠產品樣本. 2008

[5] GB/T7551-2008稱重傳感器.中華人民共和國國家標準.中國標準出版社