应变式称重传感器设计与制造的若干问题

1、应变式称重传感器应变式称重传感器设计与制造的若干问题设计与制造的若干问题中国运载火箭技术研究院第七中国运载火箭技术研究院第七0二所二所刘九卿刘九卿 一、概述 1.传感器技术发展趋势 传感器技术的最大特点是不断引入多学科的新技术 和现代制造技术发展新功能，研制新产品。 随着电子、微机电系统（MEMS）、计算机技术的 发展，以及人类对自然变化认知的深入，传感器技 术已进入由传统向新型突破的关键阶段。 未来传感器技术的发展将呈现出微型化、数字化、 多功能化、智能化和网络化的趋势。 汽车行业将是传感器最大的应用市场，其电子化、 智能化的发展趋势，需要大量的各类传感器。 传感网络将成为继计算机、通信网络

2、之后信息产业 的第三次浪潮。物联网实质就是传感网，需要大量 传感器； 今后各大传感器制造企业，在市场上的竞争重点将 是提升传感器的技术含量，提高传感器的准确度、 稳定性和可靠性。 应变式称重传感器的技术发展，完全符合这些技术 发展和市场竞争规律。 2.称重传感器技术发展问题 我国称重传感器制造企业总体技术与工艺水平，研制 出较高准确度的称重传感器并非难事，但是研制出较 高稳定性的称重传感器并非易事。 在认证被批准和取得生产许可证后，也不具备充分条件，确保生产的称重传感器始终如一的符合国家标准，因为样件是在认证和取证的强制条件下生产的。 在批量生产条件下，不能保证总有必要的工艺装备、检测手段和严

3、格纪律来重现样件的生产条件，所以很难做到连续生产出质量一贯符合要求的产品。 处于国际市场引导地位的称重传感器制造企业的经 验值得借鉴，这就是：必须以合理的弹性元件结构 和优良的金属材料为基础，以可重复的精密而科学 的生产工艺规程作保障。 这些企业认为称重传感器的性能随着下面三个关键 因素而变化：设计、制造、检定。因此他们一贯重 视设计技术、制造技术和检测技术的研究与应用。 上述三个因素与我们总结的“结构是基础、材料是关 键、工艺是核心、检测是保障”四个环节基本相同。 3.关键的设计与工艺问题 弹性元件结构最合理，包括材料具有最高的稳定性 和最低限度的滞后； 电阻应变计应具有最佳的工作特性和与弹

4、性元件最 好的匹配性； 优良的且可控制的应变胶粘剂； 可重复的精密而科学的生产工艺流程； 高精确度的试验、检测装备； 有效的质量控制程序，保障制程稳定 ； 用于恶劣的环境条件和生产过程控制元件时，要求 环境适应性强，可靠性高，故障率低。 4.环境适应性问题 称重传感器用于比较恶劣的环境条件时，更要求 它的环境适应性强，可靠性高，故障率低。环境适应 性主要是 ： 耐气候因素温度、湿度、压力等的影响； 电磁因素电磁场或电磁辐射的干扰； 特殊介质因素盐水、化学腐蚀性气体、核辐射等 影响的耐受能力。 例如德国对申请样机试验的新型称重传感器，要 求对零件的耐磨性、老化及对干扰的敏感性进行试验 和计量，保

5、证称重传感器的计量性能不受电磁场、静 电力、振动、气候条件、机械磨损等干扰量的影响。 5.称重传感器的长期稳定性问题 长期稳定性应包括老化、疲劳和环境三个因素。 “老化”即时间影响； “疲劳”是指把时间影响模拟为固定次数的称重过程或 固定小时的工作量（PTB规定用最大或至少12秤 量加荷20万次，实际上是一种持久试验）； “环境因素”是把时间模拟为长期温度、湿度变化的影 响，通过可靠性试验，包括寿命试验和环境试验， 对其环境适应性进行验证。 PTB规定对无密封“开放”型称重传感器要进行温 度、湿度试验，因为其零点和特性随温度、湿度的 变化较大。 二、弹性元件的结构设计 为了维护线性的和重复的应

6、变载荷关系，弹性元件应该是一个整体结构，因为各连接件之间的位移都可以引起非线性和离散性。 连接、摩擦接触、紧固或任何非整体状态都成为潜在的问题，所以压头、压垫、外壳等设计应与弹性元件匹配。 弹性元件应有足够的热转换以防止电阻应变计自热，如果其温度比弹性元件高，那怕只差0.1，就可能难以达到稳定的性能。 在电阻应变计和补偿电阻面积上的任何温度梯度，都能引起零点温度漂移或标定结果的变化。 设计较高准确度级别的称重传感器时，应引入微观屈服强度概念。 微观屈服强度定义：产生一个微应变（1）永久变形所要求的应力（它比0.2约小3倍）。 微观屈服强度意义：表明所设计的精密弹性元件，其永久变形可能发生在相当

7、低的应力水平。 微观屈服强度影响：称重传感器系数（mVV）与弹性元件应变区的应力水平有关，任何微观屈服的产生都将导致称重传感器性能的不稳定性，因此设计时应对灵敏度和稳定性取折衷的方案。 1.应变式称重传感器设计原则弹性元件尽量设计成一个整体结构，因为连接件之 间的摩擦和位移，都可以改变弹性元件载荷应变 的线性关系。弹性元件应变区受力单一，应力分布均匀。弹性元件应变区的应变程度不应太高，一般应变量 为100010-6 120010-6 。应变利用系数CCp/max越大越好。例如双孔平 行梁结构孔的尺寸越小，应变敏感元件的尺寸越 大，C 就越小。因此在弹性元件尺寸允许的条件 下，尽量增大孔的直径或

8、设计成扁圆孔。注意边界条件影响，根部支承区尽量形成刚性固 定，安装力远离应变区，必要时采用柔性隔离技 术。加载、承载的压头、压垫设计，应使加载线与弹 性元件中心线重合，保证加载点稳定不变。弹性元件的结构和外壳设计，应尽量消除或减少 力学干扰因素（横向力、弯矩、扭矩）的影响， 把性能波动减至最小。弹性元件应变区贴片处，应开敞便于贴片作业， 贴片表面尽量为平面，并容易安装加压夹具。弹性元件粘贴电阻应变计处，便于防护、密封作 业，焊接模片的刚度及焊接坡口设计合理，保证密 封质量。若结构条件允许，尽量采取过载保护措施，提高工 作的安全可靠性。在结构设计的同时，应考虑制造工艺，作到设计为 可制造性服务。

9、在结构设计时，还应考虑称重传感器的可靠性。即 明确称重传感器的可靠性设计，就是考虑可靠性的 称重传感器设计，不存在独立于称重传感器设计之 外的可靠性设计。 2.应变式称重传感器设计要点 称重传感器设计需要博采众长和兼顾下列要求：（1）固有频率 所谓固有频率，就是能达到弹性元件本身最高的频率。 为使振动对灵敏度的影响减至最小，固有频率应尽量高，即要求弹性元件结构具有较大的刚度较小的质量。 圆柱式弹性元件是典型的没有多余部件的整体结构，其固有振动频率f0为 式中：L圆柱式弹性元件的长度（m）； E弹性元件材料的弹性模量； A弹性元件的横向截面积； m弹性元件单位长度的质量（kgm）。mEALf21

10、59. 00 用弹性元件的质量和长度表示单位长度的质量，经进 一步变换后，得 m=A 式中为弹性元件材料的密度。将m和代入上式，得 例如：20t圆柱结构压式称重传感器，弹性元件的高度L=100mm=0.1m；弹性元件材料40CrNiMoA的弹性模量E=2.1104 kgmm2 = 2.1107 tm2；弹性元件材料的密度=7.85 tm3。固有频率为ELf249. 00Hzf623.4072591.163549. 2235.267515949. 285. 7101 . 21 . 0249. 070 （2）在额定载荷下应变区应有合适的应变水平 在额定载荷作用下，弹性元件应变区的应变水平，对 称重

11、传感器的线性、滞后、蠕变和疲劳寿命都有较 大影响。这里说的应变水平，实际上是保证应变稳 定并与载荷成较严格线性关系的应变范围，它与弹 性元件所用的材料密切相关。 基于各种条件的综合限制，诸如材料P曲线的线 性度、电阻应变计的疲劳寿命、称重仪表的性能 等，一般应变水平在10001700范围内进 行调整，以10001200为最佳，保证称重 传感器的灵敏度为2mVV。 （3）应变区的应变应均匀分布 在整个电阻应变计敏感栅区域内，弹性元件的应变程度应当是均匀的，以便产生最大的信号。 （4）应变区以外的部分应处于较低的应变水平 电阻应变计应处于弹性元件应变区均匀的应力场，为弹性元件最高的应变区。非应变区

12、应处于低应力水平，即应变区之外不能有高于应变区的应力场和应力集中处。 称重传感器的疲劳寿命、线性、滞后和蠕变误差将随着整个弹性元件内应变程度减至最小而获得改进。 显然较低的应力意味着对理想线性性能的偏差最小，也意味着弹性元件有较大的刚性和较高的固有频率。 （5）整体结构且易于加工 弹性元件尽量是一个整体结构，工艺性好便于冷热加工。任何非整体型结构，其机械连接都会产生极小的位移和摩擦，而增大了非线性、滞后和重复性误差。 弹性元件最好不采用焊接结构，因为残余应力影响和焊接后效将降低疲劳寿命，并助长了微塑性性能。 （6）过载保护 若称重传感器按照物理规律损坏，则大多数压式称重传感器是固有的安全，而拉

13、伸和弯曲型称重传感器就不够安全，因此必须提供安全杆或过载保护器。 称重传感器失效最常见的原因是过载，因此通常要求 安全过负荷120150，极限过负荷300500。 （7）响应曲线的选择性 尽量防止所有其它的侧向力和力矩影响，保证弹性元件只感受沿轴线方向的载荷。 保证在规定范围内，力作用点的变化不影响其输出。这不仅涉及到弹性元件设计，而且也涉及到载荷引入和支撑装置设计、电阻应变计的粘贴位置等。 （8）弹性元件挠度 弹性元件任何几何形状的变化必然地伴随着出现一定程度的非线性响应，因此，弹性元件必须是小变形。 弹性元件刚度大不仅对提高固有频率有益，而且也有助于把几何形状变化引起的非线性减至最小。 （

14、9）电阻应变计的热效应 粘贴在弹性元件上的电阻应变计是一发热源，当热 传导到弹性元件其它部分时，不应在其工作区域产 生温度梯度。因此电阻应变计粘贴区域应具有热传 导对称的性质，以降低温度梯度。 弹性元件产生轴向应变的同时发生着体积的变化， 在绝热的条件下，这种体积变化会导致温度的变化 T，从热力学定律可导出： 式中：E弹性模量； T试件温度； 线膨胀系数； C比热； 比重； 应变的变化量。CETT 载荷的突变同时引起弹性元件应变区温度变化T， 由于温度要向应变小的两头传导，弹性元件会趋于一 个新的热平衡，因此T随着时间而减小。 这种导致与室温发生偏差的应变损耗，根据弹性元件 的应变梯度及其材料

15、的热传导势的不同而要持续数秒 至数分钟。 绝热温度变化通过热膨胀系数引起弹性元件体积变 化。 应用上式计算初始弹性元件发热效应T的量值，并 与弹性元件上热敏元件的指示值进行比较，其T的理 论计算值与实际测量值相差不超过7%。 （10）气压补偿 大气压力变化将引起零点变化，特别是小量程。因此，称重传感器应设计成与大气压力无关，多通过在其内部的大气压力补偿装置来解决此问题。 （11）封装 称重传感器在恶劣环境条件下工作时，必须作到真正的气密。通常利用各种结构的膜片，采用电子 束焊、激光焊或钨极惰性气体保护焊实施全密封。 （12）电阻应变计加压夹具尽量简单适用 电阻应变计固化加压夹具，应与弹性元件同

16、步设计并保证具有良好的匹配性。要求加压夹具坚固耐用、安装方便、施加压力均匀、高温不变形。 3.力的引入和传递对称重传感器的影响（1）表面形状和硬度影响 试验结果表明上下压垫的接触面都影响力的引入和传递。 Jenkins（詹金斯）发现，即当上压垫表面平滑时，其表面硬度的影响可忽略不计。同样上压垫厚度的影响也可忽略不计，因为实际上接触仅发生在称重传感器的球面接近中心的一块很小的面积上。 一般要求上压头的硬度小于弹性元件的硬度，但不能太低，因为压头硬度越低、粗糙度越大，在较小的载荷下会产生较大的变形，将使合力作用点发生变化，引起称重传感器灵敏度变化。 用不同硬度的钢、铜、铝压头进行试验，表面粗糙 度

17、同为Ra6.3m，在相同载荷作用下其变形分别 为2.2m、3.6m、5.4m；第二次加载时的变形 分别为0.33m、0.38m、0.60m。 试验结果还表明上压垫的形状（从平面到球面）对 三个力矩分量的影响是显著的。 通过对平面、凸面、凹面三种下压垫进行试验得 出，下压垫形状的影响大于其硬度的影响约一个数 量级，在最差的情况下，影响量为输出值的0.3%。（2）接触面大小、材料性质和表面粗糙度影响 用树脂模型在橡胶、树脂和钢表面上进行试验，结果 表明：接触面压力低滞后误差小，压力高滞后误差大。 当模型和下压垫材料相同（均为树脂）即EmEs=1 时，接触面引起的局部影响（或模型与下压垫对中不 佳的

18、影响）不扩散，所以它不影响模型的变形。当负 荷分布均匀时，这种局部影响将不出现。 当模型与下压垫材料不同（模型为树脂、下压垫为钢） 即EsEm=63.5时，在接触面上产生应力集中，由于 应力不同而阻滞了弹性元件的横向变形，这种影响向 弹性元件中心扩散，使输出有减小的趋势。（3）接触表面的粗糙度 试验结果表明，表面越光滑，输出信号就越大。用环氧树脂弹性元件模型在不同粗糙度和不同材料压垫上进行试验，其要点是在所研究的弹性元件模型内粘贴电阻应变计，改变接触面的粗糙度及弹性元件模型尺寸（高度H和直径D），测量出其应变值。 在HD=1.46 ，载荷P=10KN条件下，试验结果： 接触表面光滑且有润滑时，

19、最大径向应变 1140106； 接触表面光滑无润滑时，最大径向应变1100106； 采用十字头加载时，最大径向应变1060106。 在HD=1.88 ，载荷P=10KN条件下，其试验结果如下： 接触表面为光滑的环氧树脂时，最大径向应变为 1080106； 接触表面为光滑的钢质压垫时，最大径向应变为 1120106； 接触表面为光滑的橡胶压垫时，最大径向应变为 1030106； 接触表面为环氧树脂且采用十字头加载时，最大径向 应变为1020106。 上述试验结果证明：接触表面越光洁，载荷传递 性能越好，输出就越大，对称重传感器灵敏度无影响。 三、弹性元件的材料选择 弹性元件的结构材料应尽量具有功

20、能材料的特点。 在性能上，对称重传感器的特性起举足轻重的作用； 在应用上，制成弹性元件后，实际上是材料与敏感元 件一体化； 在对材料的评价上，是以弹性元件形式对其性能进行 评价，称重传感器性能直接体现材料的优劣； 在制造上，对成分、冶炼、锻造、淬火、回火工艺要 求严格，并尽量少产生残余应力。 弹性元件应变稳定性与金属材料的性能密切相关， 从粘贴在弹性元件上电阻应变计电阻的相对变化即 可说明此问题。 式中 电阻应变计电阻的相对变化； C应变利用系数； K电阻应变计的灵敏系数； 弹性元件的弹性应变。 由式可见，提高弹性元件应变的稳定性是提高称重 传感器整体稳定性的基础和关键。因此，金属材料 不仅是

21、结构材料而且还应具有功能材料的特点。CKRRRR 选择弹性元件金属材料时，应注意三类问题：机械性能、热传导性能、工艺性能。 1.机械性能 在额定载荷范围内应力应变呈较严格的线性关系，滞后和蠕变小，强度储备大。为此要求材料具有： 强度极限和弹性极限高，屈强比大； 弹性模量时间稳定性好，温度系数小； 弹性滞后、弹性后效（蠕变）小； 组织均匀，各向同性，冷热加工后残余应力小； 冲击韧性好，耐冲击、抗疲劳能力强； 热膨胀系数小； 具有一定的抗氧化能力。 2.热传导性能 弹性元件的热传导特性，是决定准确度和稳定性的重要 因素，因为弹性元件的温度梯度（特别是与电阻应变计 粘贴区不对称的温度梯度）可能在输出

22、中引起错误的与 不能复现的干扰。 在内外热源的联合作用下，弹性元件内的温度梯度均与 材料的导热系数成反比。因此，导热系数是选取弹性元 件材料时应与以注意的另一个重要性能。 虽然热膨胀系数是较规范使用的热性能之一，但选取弹 性元件材料时它并不是严格重要的考虑因素。它对称重 传感器为一次影响，可以通过温度加以消除。 3.工艺性能 金属材料的工艺性能，主要是冷热加工性能好， 热处理（即高度淬硬）后不变形等。 对于小量程称重传感器弹性元件材料的选择应 特别注意，由于小量程称重传感器多采用平行梁结 构，其电阻应变计粘贴处截面很薄，其影响是： （1）电阻应变计粘贴处截面越来越薄，电阻应变计基 底和胶粘剂层

23、占截面的比例越来越大，将参与截面的 刚度，同时敏感栅与梁表面的距离相对来说更远了。 其结果是弹性元件的塑性增加刚性减弱，称重传感器 的滞后和蠕变误差增大。（2）电阻应变计粘贴处截面薄对热传导不利。因为， 电阻应变计产生的大部分热量，是从敏感栅传到弹性 元件表面，并由表面通过此截面流向质量较大的邻近 截面。截面特别薄时，这种热流传导的阻力将会造成 显著的温度梯度，使电阻应变计处于较高的温度状 态，改变局部应力场而产生输出误差。（3）电阻应变计粘贴处截面薄冷热加工难度大，且易 产生局部变形和较大的残余应力，直接影响称重传感 器的零点和灵敏度的稳定性。 解决上述问题有效方法是采用低弹性模量的有色金

24、属材料。应用较多的是铝合金，其特点是比重小， E乘积小，屈强比高，比强度大，塑性好，耐腐 蚀，低温性能好。国内外应用较多的铝合金： 1.锻铝合金 我国牌号LD10（新牌号2A14），美国、日本牌号2014。属于铝铜镁硅系，因具有良好的锻造性，故称为锻铝合金。 2.硬铝合金 我国牌号LY12（新牌号2A12），美国、日本牌号2024，属于铝铜镁系，因其强度高，耐热性好，故称为硬铝合金。一 3.超硬铝合金 我国的牌号为LC4（新牌号7A04），美国、日 本的牌号为7075，属于铝锌镁铜系，由于强 度高于硬铝，故称为超硬铝合金。 国内外应用最多的是2A12、2024硬铝合金。 2A12、2024的状

25、态：选用热处理人工时效状态，即 2A12 T6 、2024T6。也可以选用T4再时效处理 的 2024T81和经过特殊调质处理的 2024T351。 当选用2A12T4时，应进行改变状态的再时效处 理，即变T4状态为T6状态。 2A12T6硬度：各类型称重传感器HB130135； 各种集成化称重板HB140145。 四、可重复的精密而科学的制造工艺 随着称重传感器技术的发展，制造工艺的概念和内 涵不断扩展，使现代制造技术与传统的制造工艺相 结合，技术与管理相结合，逐步演变成现代称重传 感器制造系统。 称重传感器的结构原理和制造工艺决定了其工艺流 程中必然存在“作坊手艺”痕迹，有些工序是人工操作

26、 、手动控制，因此人为的因素对产品质量影响较大。 先进的工艺流程应以计算机控制为核心，尽量增加 半自动化和自动化工序，并实施网络化的统计制程 管理，确保生产工艺流程稳定。 称重传感器制造工艺流程是从电阻应变计、弹性 元件准备开始到全部制造工序完成为止。保证每一个 产品都符合国家标准的关键问题是： 消除冷热加工后弹性元件中的残余应力； 电阻应变计具有最佳的工作特性和与弹性元件最好的匹配性； 优质的且可控制的应变胶粘剂； 可重复的精密而科学的生产工艺流程； 高精确度的试验、检测装备； 有效的质量控制程序，即利用可跟踪的测量设备来控制和保障制程稳定。 1.采取工艺措施尽量消除弹性元件中的残余应力（1

27、）弹性元件中残余应力的来源 弹性元件中的残余应力主要来自： 原材料在轧制或拉制等工艺成形过程中产生的残余 应力； 在热处理过程中，由于冷却温度不均匀和相变而产 生的残余应力； 在机械加工过程中，因切削力作用而产生的残余应 力。它在弹性元件表面形成变质层，使其组织处于 不稳定状态。刨、铣、车、磨等机械加工，使弹性 元件表面变形不均匀，而产生较大的残余应力，切 削用量越大，表面的残余应力就越大。 车削加工时，不同进刀量轴向和周向的残余应力也不 相同，在弹性元件表面为最大残余拉应力，距表面 4080m处为最大残余压应力。 磨削加工时残余应力最大，磨削深度越大，残余应力 就越大，其最大残余应力位于距表

28、面2040m处。 综合刨、铣、车、磨加工产生的残余应力，可总结出： 1）最大残余应力位于弹性元件表面至深度为100m之间，数值较大； 2）残余应力衰减很快，在深度为200m处已很小； 3）切削用量越大，残余应力就越大； 4）弹性元件精加工为磨削时，残余应力最大，其值可达60kgf/mm2。 弹性元件的冷热加工工艺，应对残余应力进行严格控 制和测试，特别要对应变区精加工带来的表面残余应 力，利用X光衍射仪进行测试，以达到控制和减少表 面残余应力的目的。 尽管残余应力只出现在其表面300m左右的薄层部 分，但由于电阻应变计就粘贴在表面上，随着时间、 温度、外力的作用，会使材料组织中产生滑移线而不

29、断的释放残余应力。 残余应力是一种保持在变形晶体内的能量，其表现为 把原子推到了不稳定的位置，使原子间距发生变化而 释放能量。在释放残余应力的过程中，同时会产生微 小的永久性变形，直接影响零点和灵敏度的稳定性。（2）消除残余应力的方法 1）真空回火处理 真空回火温度比回火温度稍低，以不引起组织和 其它性能变化，真空度为10托。试验表明，真空 回火能大幅度的消除弹性元件表面残余应力，其值可 达80%左右，并使应力分布均匀化。 2）脉动疲劳 脉动疲劳是在交变应力作用下，经过上万次的拉伸、压缩对称循环载荷作用，在较短的时间内完成较 长时间的自然时效作用，把残余应力降低到一定水平。同时可有效的释放电阻

30、应变计、应变粘结剂胶层的残 余应力。 3）振动时效 将称重传感器安装在额定正弦推力满足振动时效要求 的振动台上，根据其额定量程估算频率，来决定施加 的振动载荷、工作频率和振动时间。 对于中、小量程的称重传感器，在频率30Hz、振动 加速度10g时，振动15分钟即可获得较好的效果。 共振时效比振动时效释放残余应力的效果更好，但必 须测量出称重传感器的固有频率。试验前后，可用X 射线仪测量电阻应变计粘贴处及附近的应力值。 振动时效和共振时效工艺的特点是：能耗低，周期 短，效果好，不损坏弹性元件表面，而且操作简单。 2. 应变计具有最佳的特性和与弹性元件最好的匹配性 应变计传递应变的量级非常小，以敏

31、感栅长度L=5mm 为例，满量程时变形1000，若分辨率为105，则 L=5108mm，也就是说弹性元件要反映出5mm长 度上变化一个原子大小的距离，这个要求的确很高。 电阻应变计的工作特性、稳定性和可靠性在很大程度 上决定称重传感器的准确度、稳定性和可靠性。 由于应变计试验测试后不能二次使用，只能测量出实 验室环境条件下的工作特性和疲劳寿命，这给研究、 选用带来较大困难。目前，多围绕敏感栅材料和结构 形式、基底和覆盖层材料、制造工艺水平筛选应变计。 在外载荷作用下，弹性元件经过应变胶粘剂和电阻应变计基底把极其微小的变形传递到敏感栅上，由于传递的变形非常微小，所以对电阻应变计和应变胶粘剂的工作

32、特性要求很高，主要是： 应变传递线性好； 滞后、蠕变小； 温度和时间漂移小； 电绝缘性能好，不吸潮。 生产实践证明，在相同结构的称重传感器上，粘贴不同结构的电阻应变计，其蠕变指标、达到同一准确度等级的合格率和疲劳寿命有明显差异，这是因为对敏感栅的结构、基长、基宽等选择不当所致。 称重传感器用电阻应变计的选择，通常考虑以下几个方面： 电阻应变计的几何形状和表面质量； 电阻应变计制造工艺条件； 电阻应变计的电学及机械性能。（1）电阻应变计的几何形状和表面质量 1）基底和覆盖层 胶膜厚度均匀，基底305m、覆盖层102m； 耐化学溶剂，在乙醇内浸泡30分钟，无溶胶现象； 固化后胶层颜色均匀，无杂质，

33、无脏物； 胶层内无气泡，常温下放置不起皱； 基底外形规则。 2）敏感栅形状 敏感栅丝粗细均匀，无畸变； 敏感栅丝无针孔，无缺口； 敏感栅丝之间无连桥、小岛现象； 敏感栅丝厚度均匀，无脱丝。 3）焊点 焊点光亮、饱满，大小均匀适宜； 焊点牢固，无虚焊、假焊，胶膜无灼伤； 焊点区域清洁，无焊接剂等残留物。 4）引线 引线无锈蚀； 引线直径粗细相宜，长短一致。（2）对电阻应变计制造工艺的要求 1）无应力调阻 机械调阻法是用金相砂纸研磨敏感栅表面提高电阻值，实际是一种冷加工，不仅损坏敏感栅表面，而且产生较大予应力，温度特性差，阻值分散大。因此要求采用无应力化学调阻工艺。最好是采用电化学或光化学调阻调阻

34、新工艺。 电化学调阻工艺 是利用金属在电解液中受到电化学阳极溶解使其尺寸改变的原理，对细腐蚀后的电阻应变计，通过耐腐蚀材料制成的阴极和它喷出的电解液，改变敏感栅宽度，达到调整电阻值的目的。 电化学调阻的特点是不产生予应力，敏感栅厚度均匀，阻值和温度系数分散小，且稳定性好。 光化学调阻 是近年来工艺研究的新成果。其调整原理是在细蚀刻后的整版电阻应变计上，均匀涂一层特制的蚀刻液，以一定波长的激光束扫过敏感栅上的蚀刻液，进行光化学调阻，直到自动测量系统发出电阻值达到标准时为止。光化学调阻的特点是不产生予应力和温度特性变差，电阻标称值精度高，阻值分散小，稳定性好，特别适合作高准确度的称重传感器。 2）

35、全密封结构 由于敏感栅与基底之间接触面积小，容易因粘接不良而产生浮栅，为使其牢固结合，提高电阻应变计稳定性，必须对其进行密封处理。 电阻应变计的密封分为裸栅、密封栅和全密封结构。称重传感器用电阻应变计最好选用全密封结构。 （3）优良的机械与电学性能 试验应力分析用电阻应变计，国内外已有相应的标准，对其工作特性、采样率、精度等级、检定方法等都做了详细规定。 对于称重传感器用电阻应变计的那位均没有规定。一 般均在A级应变计基础上进行筛选。（4）电阻应变计的选择 1）基长选择 基长是指电阻应变计敏感栅的有效工作长度。从应变传递原理知，应变计反应的是弹性元件应变区的平均应变。基长应根据弹性元件结构和应

36、力分布情况进行选择，尽可能使电阻应变计利用系数C接近于1，C为平均应变与最大应变之比，即 当应变以指数规律分布时，最佳选择是敏感栅区域应变变化不大于最大绝对应变的1015%，这样才能得到尽可能大而均匀的应变，同时提高了疲劳寿命，降低了蠕变。通常应变计基长为1.53.2mm.maxcpC 2）敏感栅几何形状选择 根据弹性元件利用的应力和应变区结构特点， 选择单敏感栅或多敏感栅结构。例如选择单轴型、 双剪切型、单剪切型、半桥型和全桥型等几何形状。 3）基宽选择 在贴片位置允许情况下，基宽尽量宽一些，这 样敏感栅面积大、散热好，允许通过电流大，且工 艺性好。（5）电阻应变计的工作特性 凡用来表达电阻

37、应变计性能及特点的数据或曲线， 通称其为工作特性。 对于每一种电阻应变计来说，由于所用的原材料及 制造工艺的不同，不可能同时满足那些千差万别的 要求，只能是按照不同的用途和主要条件给出规定 的必不可少的工作特性。 称重传感器用电阻应变计主要是对其机械滞后 Zi、 零点漂移 P、蠕变、热输出t和疲劳寿命 N等工 作特性要求更严格一些。（6）关于电阻应变计的自热问题 电阻应变计通过工作电流后温度升高而产生自热效应，一是使输出不稳定，二是在胶粘剂层或丝栅的缺陷处引起热班效应，从而降低其工作性能。不同的敏感栅允许有不同的功率密度，以箔式电阻应变计为例，一个0.01 W/mm2 的功率密度可使它的温度上

38、升 1.5 。功率密度P按下式计算： 式中：Ui电桥供桥电压； R电阻应变计名义电阻值； A电阻应变计敏感栅面积（长宽）。 RAUPi42 3.选用优良的且可控制的应变胶粘剂 电阻应变计粘贴机理属于物理结合，利用的是金属材料表面的附着力和分子之间的引力，因此除必须创造良好的粘贴条件外，选择优良的且可控制的应变胶粘剂是保证粘贴质量的重要环节。 所谓应变胶粘剂就是凡能形成一薄膜，靠此薄膜将电阻应变计与弹性元件表面紧密粘结，起传递应变作用的非金属物质。应变胶粘剂的要求： （1）粘结强度高，抗剪强度大； （2）弹性模量高，温度特性好； （3）固化收缩小，稳定性能好； （4）滞后和蠕变小，电绝缘性能高。 国内外应用较多的是以环氧树脂和环氧酚醛树脂为粘料的无溶剂型应变胶粘剂。 美国VMM公司的MBond 43B高准确度称重传感器用单组份、溶剂稀释、环