应变式称重传感器的发展与技术创新

压电式传感器原理：压电材料受力后表面产生电荷。电荷经电荷放大器和测量电路放大变换后，成为与外力成正比的电输出。
当压电传感器受到沿其敏感轴向的外力作用时，两个电极上产生极性相反的电荷，相当于一个电荷源（静电发生器）。因为压电晶体是绝缘体，当它的两极收集电荷时，它就相当于一个电容器。
其电容沿x轴施加产生纵向压电效应，沿y轴施加产生横向压电效应，沿相对的两个平面施加产生切向压电效应。压电传感器是用来测量力和电能转换成电能的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是有些压电材料需要防潮措施，输出直流响应差。为了克服这一缺点，需要高输入阻抗电路或电荷放大器。


扩展资料：
压电式传感器的主要参数：
（1）压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接影响压电输出的灵敏度。
（2）压电材料的弹性常数、 刚度决定了压电器件的固有频率和动态特性。
（3）对于一定形状和尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关，固有电容影响压电传感器的频率下限。
（4）在压电效应中，机械耦合系数等于转换输出能量（如电能）与输入能量（如机械能）之比的平方根，是衡量机电能转换效率的重要参数。压电材料。
（5）压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。
（6）压电材料开始失去压电性能的温度称为居里点温度。
参考资料来源：百度百科-压电传感器
参考资料来源：百度百科-压电式传感器

一、按用途

压力敏和力敏传感器、位置传感器、温度传感器、温湿度传感器、气体传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。

二、按原理

振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。

三、按输出信号

模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）。

膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括直接或间接转换）。

开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

四、按其制造工艺

集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。

通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底（基板）上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺（溶胶、凝胶等）生产。

完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。

每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

五、按测量目

物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的。

化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的敏感元件制成的。

生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。

六、按其构成

基本型传感器：是一种最基本的单个变换装置。

组合型传感器：是由不同单个变换装置组合而构成的传感器。

应用型传感器：是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。

七、按作用形式

按作用形式可分为主动型和被动型传感器。

主动型传感器又有作用型和反作用型，此种传感器对被测对象能发出一定探测信号，能检测探测信号在被测对象中所产生的变化，或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型，检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例，而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。

被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号，如红外辐射温度计、红外摄像装置等。

　　1938年美国加利福尼亚理工学院教授E.Simmons（西蒙斯）和麻省理工学院教授A.Ruge（鲁奇）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计，以他们名字的字头和各有二位助手命名为SR-4型，由美国BLH公司专利生产。为研制应变式负荷传感器奠定了理论和物质基础。
前30多年，是利用正应力（拉伸、压缩、弯曲应力）的柱、筒、环、梁式结构负荷传感器的一统天下。在此时期内，英国学者杰克逊研制出金属箔式电阻应变计，为负荷传感器提供了较理想的转换元件，并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺。美国BLH公司和Revere公司经过多年实践创造了负荷传感器电路补偿与调整工艺，提高了负荷传感器的准确度和稳定性，使准确度由40年代的百分之几量级提高到70年代初的0.05量级。但在应用过程中出现的问题也很突出，主要是：加力点变化会引起比较大的灵敏度变化；同时进行拉、压循环加载时灵敏度偏差大；抗偏心和侧向载荷能力差；不能进行小载荷测量。上述缺点严重制约了负荷传感器的发展。
后30多年，经历了70年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术突破；80年代称重传感器与测力传感器彻底分离，制定R60国际建议和研发出数字式智能称重传感器两项重大变革；90年代在结构设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战，加速了称重传感器技术的发展。
1973年美国学者霍格斯特姆为克服正应力负荷传感器的固有缺点，提出不利用正应力，而利用与弯矩无关的切应力设计负荷传感器的理论，并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器。打破了正应力负荷传感器的一统天下，形成了新的发展潮流。这是负荷传感器结构设计的重大突破。
1974年前后美国学者斯坦因和德国学者埃多姆分别提出建立弹性体较为复杂的力学模型，利用有限单元计算方法，分析弹性体的强度、刚度，应力场和位移场，求得最佳化设计。为利用现代分析手段和计算方法设计与计算负荷传感器开辟了新途径。
70年代初中期，美、日等国的衡器制造公司开始研发商业用电子计价秤，急需小量程负荷传感器。传统的正应力和新研制的切应力负荷传感器都不能实现几公斤至几十公斤量程范围内的测量。美国学者查特斯提出用低弹性模量的铝合金做弹性体，采用多梁结构解决灵敏度和刚度这对矛盾。设计出小量程铝合金平行梁型负荷传感器，同时指出平行梁负荷传感器是基于不变弯矩原理，使利用平行梁表面弯曲应力的正应力结构，具有切应力负荷传感器的特点，为平行梁结构负荷传感器的设计与计算奠定了理论基础，形成了又一个发展潮流。
蠕变是电阻应变计和铝合金负荷传感器经常遇到和必需解决的关键问题。1978年前苏联学者科洛考娃通过对一维力学模型和应变传递系数的分析，提出控制电阻应变计敏感栅的栅头宽度与栅丝宽度的比例，可以制造出不同蠕变值电阻应变计的理论，并成功的研制出系列蠕变补偿电阻应变计。对低容量铝合金负荷传感器减小蠕变误差，提高准确度起到至关重要的作用，使电子计价秤用铝合金负荷传感器多品种、大批量生产成为可能。
由于电子称重技术的迅速发展，负荷传感器性能的评定方法，已不能满足采用阶梯公差带评定准确度等级电子衡器的需要，急需与电子衡器准确度评定方法相适应的计量规程。80年代初，国际法制计量组织（OIML）质量测量指导秘书处决定将用于电子称重的传感器与用于测力的传感器彻底分离，由美国负责的第8报告秘书处起草《称重传感器计量规程》。经过OIML成员国书面表决后，在1984年10月第7届法制计量大会上正式批准，并于1985年以OIML，R60国际建议颁布，下发到各成员国。各国正在执行的是R60的2000年版。可以说R60《称重传感器计量规程》是各国称重传感器进入国际市场的“通行证”。
随着数字技术和信息技术的发展，各行业对数字化电子衡器的需求愈来愈多，提出用数字称重系统突破模拟称重系统局限性的要求，对此模拟式称重传感器就无能为力了。因为在此之前，称重传感器的研究都集中在硬件方面，例如：创新弹性体结构，改进制造工艺，完善电路补偿与调整等。模拟式称重传感器的输出信号小，抗干扰能力差，传输距离短，称重显示控制仪表复杂，组秤调试周期长等缺点依然如故。为满足数字化电子衡器的需求，美国TOLEDO、STS和CARDINAL公司，德国HBM公司等先后研制出整体型和分离型数字式智能称重传感器，并以其输出信号大，抗干扰能力强，信号传输距离远，易实现智能控制等特点，成为数字化电子衡器和自动称重计量与控制系统的必选产品，形成一个开发热点。
90年代，由于称重传感器的设计与计算等基本技术趋于成熟，称重传感器的发展侧重于工艺研究和应用研究，在产品标准化、系列化、工程化设计和规模化生产工艺等方面都有很大进步，主要是：
在结构与工艺设计中引入计算机拟实技术和虚拟技术； 　　在弹性体加工中纳入柔性制造技术； 　　在生产工艺中采用计算机网络技术； 　　在稳定处理中移植了振动时效、共振时效新工艺； 　　在测试检定中创造了自动快速检测和动态比对方法。 　　应用技术研究也有突破性进展：在传统称重模块的基础上，研制出新式称重模块。这是应用新技术面对新挑战的典型产品。其特点是组件化设计，具有“即插即用”功能，可减少由于偏重、热效应影响，偶然超载等引起的称重误差，并可承受由于振动、冲击、搅拌或其它外力引起的偏重。总之，70年代两项技术突破，80年代两个重大变革，90年代纳入高新技术面对新挑战的研发理念，极大地促进了称重传感器技术的发展。
应变式称重传感器 - 二、国外称重传感器技术现状及快速发展原因 　　工业与商业电子秤用称重传感器技术与制造工艺，美、德等工业发达国家的著名制造公司处于国际市场引导者的领先地位，我国具有一定规模的称重传感器制造公司处于市场挑战者或市场追随者地位。家用电子秤用称重传感器的研发和生产中心在中国，在深圳，制造技术、工艺水平、产品质量和年产量逐年提高。
当今国际市场称重传感器技术的竞争，集中表现在产品的准确度、稳定性和可靠性的竞争；制造技术与制造工艺的竞争；应用高新技术研发新产品和自主知识产权产品的竞争。各称重传感器制造企业都在努力培植自己的核心竞争技术和打造核心竞争产品。
从近几年国际衡器工业展览会上展出的产品和对多家处于市场引导者地位的企业产品的分析可以得出这些企业的共同追求是：弹性体材质更精良；电阻应变计、补偿元器件的技术要求和环境应力筛选更严格；制造工艺更精细；电路补偿工艺更完善；外观质量更完美。
称重传感器的准确度、稳定性和可靠性是重要的质量指标，同时也是用户最关心的问题。对此，这些企业在结构设计、制造工艺、电路补偿与调整和稳定性处理等方面进行许多研究与试验工作，取得较大进展，主要成果有：
（1）在结构设计与计算过程中，引入计算机拟实技术进行动态仿真，动力学分析；在工艺设计过程中引入计算机虚拟技术，对弹性体生产工艺进行模拟和检验；
（2）在弹性体加工中，纳入先进制造技术，变刚性制造为柔性制造。普遍采用加工中心、柔性制造单元和柔性制造系统；
（3）在生产全过程中，尽量减少手工操作、人为控制，增加半自动与自动控制、自动检验工序，并在生产工艺中采用计算机网络技术；
（4）改进、创新工艺装备，实现高效智能电路补偿，建立全自动快速检测系统，提高C3级产品成功率和大批量生产产品的抽检合格率；
（5）移植先进的稳定处理技术与装备，实施振动时效或共振时效新工艺，提高称重传感器的长期稳定性和工作可靠性；
（6）应用高新技术开发新产品和自主知识产权产品，增强核心竞争力。处于国际市场引导地位的企业都有自己的核心竞争技术、工艺和产品，例如：正负蠕变电桥的“O蠕变”称重传感器；铍青铜动态称重传感器；整体型和分离型数字式智能称重传感器；高准确度不锈钢3柱、4柱高温称重传感器；组件化设计的“即插即用”型新式称重模块等。

19492699037：应变式称重传感器的发展与技术创新
宦龙矩 ：答：后30多年,经历了70年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术突破;80年代称重传感器与测力传感器彻底分离,制定R60国际建议和研发出数字式智能称重传感器两项重大变革;90年代在结构设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战,加速了称重传感器技术的发展。1973年美国学者霍格斯特姆为克服正应力负荷传感器的固...

19492699037：应变式称重传感器的特点
宦龙矩 ：答：配置优良的工艺装备和检测仪器，特别是智能化工艺设备，作到工艺装备最先进；（3）描准世界称重传感器技术的发展潮流和战略前沿，确定研究课题和产品开发方向。重视新产品和自主知识产权产品的开发，增强核心竞争力。其技术创新和新产品开发的标准是：具有较高的技术先导性，工艺先进性，市场扩散性，效益增殖...

19492699037：称重传感器的发展趋势与挑战
宦龙矩 ：答：中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。

19492699037：称重传感器市场前景
宦龙矩 ：答：这表明，传感器市场正朝着无线化、智能化和新型材料技术的方向发展。全球传感器市场在不断创新中保持着强劲的增长势头。专家预测，技术将进一步演进，各国将竞相开发新一代传感器并推动产业化，竞争将日益激烈。新技术的引入，如光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型产品的出现，将重塑传感器市场的格局...

19492699037：托利多称重传感器的发展史
宦龙矩 ：答：全球化是梅特勒-托利多集团一贯奉行的发展战略。在1987年，梅特勒-托利多集团就开始涉足中国，在江苏省常州市实施了创建了以各类工业及商用衡器及称重系统为主的生产和销售基地。在中国业务的快速发展增强了集团在中国发展的信心。1992年，梅特勒-托利多再度投资中国上海，在上海市漕河泾新兴技术开发区兴建了主要...

19492699037：称重传感器的应用称重传感器安装注意事项
宦龙矩 ：答：毫无疑问，我们都知道是技术。因为技术的融入，所以才使得衡器变成电子衡器，然后电子衡器再融合更高的技术，才取得了快速的发展那么，在技术之下，谁又是电子衡器的功臣呢？是称重传感器。而称重传感器，也正是电子衡器技术的核心所在。那么大家知道称重传感器的应用吗？今天小编就来为大家介绍一下，一起去...

19492699037：便携式称重仪称重传感器性能决定于几个方面?
宦龙矩 ：答：国内外先进的制造技术、制造工艺是影响称重传感器发展的战略性技术,是改造传统称重传感器企业的技术基础,是纳入高新技术实现产业化的桥梁和通道,是实现新型科技体制的重要保障。我们可以通过选择合适的金属材料,单点式称重传感器采用先进的热处理方式提高弹性极限,来减小产生迟滞性。目前国内市场上普遍应用的弹性...

19492699037：HBM称重传感器的HBM称重传感器
宦龙矩 ：答：柱式称重传感器： 汽车衡用经典称重传感器: 柱式称重传感器具有极高的量程，最大到 200 t. 目前为止，在全球有超过 25 万的应用!单点称重传感器： 其广泛用于平台秤和分选，灌装领域，包括来自HBM 最新的 无菌称重传感器 !数字称重传感器： 称重技术的创新: 数字称重传感器特别适合用于 动态称重, 例如...

19492699037：电子秤的国内外发展状况!!!急急急..
宦龙矩 ：答：1．小型化 体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年 新研制的电子平台秤结构充分体现了小薄轻的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的...

19492699037：称重传感器的分类
宦龙矩 ：答：称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，以电阻应变式使用最广。 包括光栅式和码盘式两种。光栅式传感器利用光栅形成的莫尔条纹把角位移转换成光电信号（图2）。光栅有两块，一为固定光栅，另一为装在表盘轴上的移动光栅。加在...