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一、概述

在稱重測力傳感器的研制與生產(chǎn)過程中, 電阻應變計是稱重傳感器的核心器件，在進行電阻應變計的定型配套工作中，必須重視稱重測力傳感器布片的定型及其調(diào)整工藝，這里所說的布片定型及調(diào)整工藝，主要是指電阻應變計的如何定型、分布和調(diào)整的問題。理論與實踐證明：傳感器用應變計是否正確定型、合理分布及有效調(diào)整的問題，對傳感器的靈敏度輸出、綜合精度、方位誤差及穩(wěn)定性等都會帶來不同程度的影響。以下，從電阻應變計定型配套的角度，談談自己開展稱重測力傳感器的布片及調(diào)整工藝的一些實踐經(jīng)驗和體會。

二、稱重測力傳感器布片的定型工藝

（1 ） 對傳感器進行定型布片時，一般要考慮傳感器布片區(qū)域的實際應變梯度的影響。對于應變梯度大的，應盡可采用柵長小的應變計布片 （ 所謂柵長一般指的是應變計能夠感受應變的敏感柵在靈敏軸線方向上的長度 ），為盡可能減少應變計的橫向效應影響，一般可通過對應變計的事先設計補償調(diào)整處理或修片調(diào)整來得到改善。而對于應變梯度大且垂直于靈敏軸線的傳感器，例如處于動態(tài)應變狀態(tài)的傳感器 （相對于單軸應變計，這里靈敏軸線又指應變片的縱向軸線，一般指的是當這條軸線在傳感器試件上平行于最大的機械主應變方向時，應變計產(chǎn)生的電阻變化最大 ），宜用小柵寬的應變計布片 （ 所謂柵寬指能夠承受應

變的敏感柵在靈敏軸線垂直方向上的整個寬度 ），而不同結(jié)構的傳感器，其實際的應變梯度大小及受力狀態(tài)等會有所不同，在定型布片工藝時，應一并考慮。

（2 ） 基于上面所述，不同結(jié)構的稱重測力傳感器，對電阻應變計的定型配套提出的基本布片工藝要求會有所不同。這里僅以東莞市華蘭海電子有限公司生產(chǎn)的電阻應變計產(chǎn)品為例，簡要說明如下。而需要提前說明的是，由于不同的應變計生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品的命名規(guī)則也會有所不同，在考慮傳感器布片的定型及其調(diào)整工藝時，可依據(jù)各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品樣本來參考和理解。

1 ） 對于一般電子計價秤、平臺秤、天平、計重秤用雙連孔平行梁系列傳感器，一般采用 3AA系列的單軸應變計布片；

2 ） 對于一般電子手掌秤用雙連孔平行梁系列傳感器，一般采用 1.5AA系列的單軸應變計布片；

3 ） 對于一般電子廚房秤用雙連孔平行梁系列傳感器和電子人體秤用雙端固支梁系列傳感器，一般采用 1GB 或 2GB 雙軸系列的半橋應變計布片；

4 ） 對于一般柱式、筒式、板環(huán)系列傳感器，一般采用 2AA 或 3AA 系列的單軸應變計布片，也可以采用一橫一豎排列的 2BB 或 3BB 系列的應變計布片；

5 ） 對于一般輪輻式系列傳感器，一般采用3AB的單 45°單軸系列應變計布片；

6 ） 對于一般圓板式系列傳感器，一般采用1.5AA、2AA、3AA 系列的單軸應變計布片，也可以采用 1GB或 2GB雙軸系列的半橋應變計布片；

7 ） 對于一般 S 形單孔平行梁系列傳感器，一般采用 2AA 或 3AA 的單軸系列應變計布片，也可采用 1GB或 2GB雙軸系列的半橋應變計布片；

8 ） 對于一般剪切梁或橋式系列傳感器，一般采用 3HA 或 4HA 雙 45°半橋片系列的應變計布片。

（3 ） 在定型稱重傳感器布片的定型工藝時，必須在了解電阻應變計的箔材材質(zhì)與熱處理工藝、結(jié)構、敏感柵形狀及幾何尺寸的關聯(lián)影響上，合理有效的開展傳感器的布片及工藝調(diào)整工作。

1 ） 對于一般 350Ω 阻抗的應變計，其敏感柵的材料常采用康銅合金，1KΩ 及 1KΩ 以上阻抗的應變計，其敏感柵的材料常采用伊文或卡碼合金，這對于應變計制造廠家來說，其中一個主要的原因就是因為伊文或卡碼合金材料的電阻率要比康銅合金材料的電阻率大，更適合做相對阻值高的應變計，也正是如此，若同一阻抗的應變計在分別采用伊文或卡碼合金材料時，其應變計的有效使用面積 （ 應變計的使用面積＝柵長×柵寬 ）相比康銅合金材料可以做得更小一些。而對于傳感器制造廠家來說，一般情況下，康銅合金材料的綜合性能比伊文或卡碼合金材料穩(wěn)定，如果以前使用的是用伊文或卡碼合金材料做的應變計，現(xiàn)在為了追求高精度、高穩(wěn)定性、高信噪比和低功耗等性能，而改用康銅材料做的應變計，其應變計的尺寸會做得更大，反而帶來布片和粘貼的問題，所以，在定型布片時，應對應變計的實際成品的有效尺寸和傳感器貼片面的有效粘貼尺寸事先進行綜合考慮。

2 ） 電阻應變計的結(jié)構、敏感柵形狀及幾何尺寸都會影響到傳感器的靈敏度輸出，特別是對于應力分布曲線比較陡峭的傳感器，一般情況下，在定型布片工藝后，不要任意更改。鑒于稱重測力傳感器的研制與生產(chǎn)的實際情況的需要，提出以下幾種布片調(diào)整工藝的思路，僅供參考。

① 盡可能采用帶有具有中心距結(jié)構的半橋片代替單軸系列應變計。目前，市場上常用的半橋片的中心距尺寸有 6.0mm、7.0mm、10.5mm 等多種規(guī)格, 其產(chǎn)品技術已很成熟，市場用量也很大。對于雙連孔平行梁系列傳感器，在設計及工藝定型上，可優(yōu)先采用帶有具有中心距結(jié)構的半橋片定型布片，這無論是從傳感器的綜合精度及穩(wěn)定可靠性，還是從貼片及加壓等工序的操作的方便性等，都非常有必要去考慮研究和應用。

② 在采用帶有具有中心距結(jié)構的半橋片時，同樣適用于在應變孔孔內(nèi)布片的平行梁系列傳感器，無論是單連孔結(jié)構 （ 如圖 1 所示 ），還是矩形孔結(jié)構，在采用半橋片后，由于通過試驗不同中心距的應變計，可以調(diào)整傳感器的靈敏度輸出，在實際工作中，通過這種布片調(diào)整工藝，可以實現(xiàn)在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，應急改善或解決一些傳感器的靈敏度輸出偏差的問題。

③ 對于一般電子計價秤用雙連孔平行梁系列傳感器，當采用單面貼片的偏心梁鋁制系列傳感器結(jié)構時，許多傳感器生產(chǎn)廠家大多采用 4 片3AA 的單軸系列應變計布片，從綜合精度、穩(wěn)定可靠性及操作方便性的來說，采用 2 片 FB 系列的連片結(jié)構應變計布片更佳。

④ 對于要求不高的小圓板結(jié)構的非標系列傳感器，例如圓板總外徑在 φ25mm 內(nèi)，應變孔尺寸在 φ15mm內(nèi)，量程在 1kg～50kg的這一類傳感器，由于必須注意到應變計的尺寸與傳感器布片區(qū)域的大小及位置的匹配問題，一般傳感器廠家大多采用 1 片 KA系列的圓片布片，從設計和布片工藝調(diào)整的角度，在盡可減小工作跨度的基礎上，也可以采用 2 片或 4 片中心距較小的 1GB 系列的半橋片布片。

⑤ 對于圓板式的非標傳感器，許多傳感器廠家一般采用 4 片單軸系列應變計，其中 2 片靠外，2 片靠內(nèi)的方式布片，會存在一些工藝問題和質(zhì)量問題。不管圓板中間有無凸臺設計，建議采用事先確定好敏感柵及基底規(guī)格尺寸的 GB 系列的半橋片布片 （ 一般要求應變計的敏感柵規(guī)格尺寸同原單軸系列應變計的尺寸盡可相同，同時考慮應變計的基底規(guī)格尺寸，以布片定位后不影響工作片有效采集區(qū)域為原則 ），同樣也是采用 4 片布片粘貼，如圖 4 所示，最終可通過應變機的基底長度尺寸的布片來定位工作片。而且，當不同客戶對傳感器的輸出阻抗有不同的要求，在采用 4 片 GB系列應變計布片時，更多了一條調(diào)整思路，如 4個 350Ω的 GB系列的半橋片，在組橋時，既可以做 350Ω 輸出阻抗的 （ 即只選用其中任意相對的 2個內(nèi)圈應變計和另外 2 個相對的外圈應變計組橋，效果基本等同于原4 片單軸應變計的組橋 ），還可以做 700Ω 輸出阻抗的 （ 即所有應變計均組橋 ），由于適合調(diào)整，方便研制和生產(chǎn)，非常實用。

3 ） 在實際試制與批量生產(chǎn)過程中，關于其他稱重測力傳感器的一些應急的布片調(diào)整工藝，簡要舉例如下。

① 對于一般電子計重秤、電子人體秤用雙連孔平行梁系列傳感器，當采用單面貼片的偏心梁鋁制系列傳感器結(jié)構時，一般傳感器生產(chǎn)廠家大多采用 1 片 FG 系列的全橋應變計布片，但在應急情況下，可以采用中心距同彈性體應變梁中心距相同的 2 片 GB系列的半橋應變計并排布片。

② 對于一般板環(huán)式傳感器，一般傳感器生產(chǎn)廠家大多采用 2 片 BB 系列的應變計布片，但在應急情況下，也可以采用 2 片 HA 的雙 45°半橋片系列的應變計旋轉(zhuǎn)角度布片。

③ 對于某些應用于工控場合的輪輻式傳感器，一般傳感器生產(chǎn)廠家大多采用 8 片 3AB 的單 45°單軸系列應變計在應變梁的雙面布片，在彈性體的應變梁布片尺寸允許的情況下，也可以應急采用 4 片 HA 的雙 45°半橋片系列的應變計在應變梁的單面布片。

④ 對于 S 型雙連孔平行梁傳感器，例如1kg～50kg 內(nèi)的低量程系列傳感器，我們許多應變計的用戶還大多采用 3AA 的單軸系列應變計，由于應變計在彎曲面貼片時，容易出現(xiàn)粘貼及加壓操作不方便的問題，使貼片質(zhì)量及效率受到影響。建議調(diào)整為 2AA 的單軸系列應變計，以進一步方便貼片特別是加壓的操作，確保應變計的貼片質(zhì)量及定位良好。

三、在定型及調(diào)整稱重傳感器的布片工藝時，還要考慮的兩個具體工作，簡要說明如下

（1 ） 布片工藝的管理

這里重點指的是布片工藝的管理有序性，即在大批量貼片時，如何對每個貼片員工的布片合理安排的問題，其中最常見的就是電阻應變計有不同的生產(chǎn)批號、或者同一生產(chǎn)批號但電阻值歸屬于不同阻值的情況比較常見。從嚴格意義上講，根據(jù)電阻應變計的生產(chǎn)批號及阻值來分組布片對傳感器的質(zhì)量是有好處的。在實際大批量操作過程中，不管是單面貼片，還是雙面貼片，也不管傳感器數(shù)量的多少，應盡可能通過布片工藝管理的辦法，使同一支傳感器的每一片應變計在其生產(chǎn)批號及阻值上不混用。

（2 ） 考慮組橋工藝、防護與密封的需要如方便操作性方面，在考慮布片工藝時，可以從要求應變計制造廠家的設計工藝上，對電阻應變計焊點的如何排列走向、焊點的個數(shù)、形狀及大小，應變計的定位標以及由于實際需要做的標識等，提前同電阻應變計制造廠家協(xié)商確定。同時，在實際布片時，還要考慮好電阻應變計焊點朝向位置的確定。而在改善組橋質(zhì)量及密封質(zhì)量方面，也可以對電阻應變計制造廠家提出訂做要求，如通過延長電阻應變計的基底尺寸改善傳感器的絕緣性能等，不再盡述。

四、結(jié)束語

以上內(nèi)容，只是根據(jù)本人多年的現(xiàn)場工作經(jīng)驗以及對電阻應變計和稱重、測力傳感器的認識進行一些總結(jié)，僅供業(yè)內(nèi)人士參考和探討，同時希望能對相關人員有所啟發(fā)或幫助。稱重測力傳感器的布片及調(diào)整工藝是傳感器生產(chǎn)制造廠家較為關鍵的基礎工藝之一，在定型和調(diào)整其工藝時，必須基于傳感器的綜合性能、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝操作的方便性以及成本等方面綜合考慮，同時借助必要的工藝調(diào)整思路和方法，才能達到為稱重測力傳感器產(chǎn)品服務的最終目的。

由于水平有限，所述內(nèi)容難免有缺點和錯漏，敬請專家和同仁給予指正。

參考文獻：

[1] 王云章.應變式傳感器故障分析與修理[M].北京中國計量出版社,1994.

[2] 東莞市華蘭海電子有限公司.電阻應變計選型樣本[Z].2009.

[3] 劉九卿.應變式稱重傳感器技術動向和發(fā)展趨勢[C].第五屆全國稱重技術研討會論文集.2006.

 

 

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