從應變式稱(chēng)重傳感器研發(fā)、強化企業(yè)競爭力和參與國際市場(chǎng)競爭等角度，認識制造工藝的地位和作用，得出應變式稱(chēng)重傳感器是以制造工藝為基礎，并倚賴(lài)于制造工藝而發(fā)展起來(lái)的，當今應變式稱(chēng)重傳感器的競爭主要是制造工藝的競爭。制造工藝不僅是應變式稱(chēng)重傳感器研制生產(chǎn)過(guò)程中一般稱(chēng)之的共性基礎技術(shù)，而且已成為起關(guān)鍵作用的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。本文從制造工藝在應變式稱(chēng)重傳感器研制生產(chǎn)中的地位和作用；應變式稱(chēng)重傳感器主要制造工藝及其機理；應變式稱(chēng)重傳感器

制造工藝發(fā)展趨勢等方面闡述這一理念。

一、概述

在人類(lèi)文明社會(huì )起始之時(shí)，就認識到制造技術(shù)、制造工藝的地位和作用。勞動(dòng)創(chuàng )造世界，制造技術(shù)、制造工藝從來(lái)就是生產(chǎn)力的活躍內涵，是工程技術(shù)物化過(guò)程中最積極的因素，是科研成果轉化為商品的橋梁。應變式稱(chēng)重傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為稱(chēng)重傳感器）技術(shù)與產(chǎn)品也不例外，從 20  世紀40年代問(wèn)世至今完全是以制造技術(shù)、制造工藝為基礎，并倚賴(lài)于制造技術(shù)、制造工藝而發(fā)展起來(lái)的。

20世紀  90年代以來(lái)，世界上工業(yè)發(fā)達國家處于國際市場(chǎng)引導者地位的稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)，通過(guò)分析、研究幾乎均不約而同的將科研發(fā)展重心轉移到制造技術(shù)、制造工藝研究與應用領(lǐng)域，有許多新認識、新體會(huì )，創(chuàng )造和應用了一些有成效的新工藝及其新型工藝裝備，均取得了較好的應用效果。這些稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)的體會(huì )是：稱(chēng)重傳感器制造技術(shù)、制造工藝絕對不是一些人觀(guān)念中的“作坊手藝”，而是一個(gè)集機械、電子、信息、材料和管理為一體的綜合技術(shù)。再加上高新技術(shù)、現代管理技術(shù)的納入和推動(dòng)，制造工藝的概念及內涵不斷的擴展，由狹義到廣義、由局部到整體、由單項到系統，使傳統的稱(chēng)重傳感器制造工藝與現代工藝技術(shù)相結合，技術(shù)與管理相結合形成新型

的現代制造工藝系統。上述認識，越來(lái)越被國內稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)所接受，制造工藝的發(fā)展與應用越來(lái)越為技術(shù)人員所重視和關(guān)注。近年來(lái)一些企業(yè)針對重傳感器大批量生產(chǎn)線(xiàn)，開(kāi)展了制造工藝及其工藝裝備的改進(jìn)、創(chuàng )新，研發(fā)出高效智能溫度補償系統；液壓全自動(dòng)疊加式力標準機自動(dòng)快速檢測系統；每塊砝碼可單獨加載、幾塊砝碼或全部砝碼組合起來(lái)一同快速加載的 50t靜重式力標準機；橋式稱(chēng)重傳感器無(wú)縫鏈接自動(dòng)檢測生產(chǎn)線(xiàn)等新型工藝裝備和制造工藝均取得了較好的應用效果。

二、制造工藝在稱(chēng)重傳感器研制生產(chǎn)中的地位和作用

眾所周知，稱(chēng)重傳感器在研制、生產(chǎn)過(guò)程中有四大關(guān)鍵問(wèn)題，即結構、材料、工藝、檢測。其中制造技術(shù)、制造工藝對稱(chēng)重傳感器的準確度、穩定性和可靠性影響極大，可以說(shuō)制造工藝水平直接影響稱(chēng)重傳感器技術(shù)水平、質(zhì)量水平。不斷改進(jìn)和提高制造技術(shù)、科學(xué)合理的選擇和集成行之有效的制造工藝，稱(chēng)重傳感器技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量才能不斷提高。反之，稱(chēng)重傳感器技術(shù)與應用水平的提高，又促進(jìn)制造技術(shù)和制造工藝的創(chuàng )新發(fā)展。因此，制造技術(shù)、制造工藝與稱(chēng)重傳感器技術(shù)是相輔相成的促進(jìn)與帶動(dòng)關(guān)系，制造工藝是稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)強化競爭能力、提高經(jīng)濟效益的重要手段。哪個(gè)企業(yè)重視制造技術(shù)、制造工藝的研究與應用，哪個(gè)企業(yè)就受益多、進(jìn)步快。稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)要在當今激烈而近乎殘酷的市場(chǎng)競爭中能生存、發(fā)展并取得經(jīng)濟效益，必須依靠產(chǎn)品品種多樣、質(zhì)量精良、成本低廉和交貨及時(shí)，才能占領(lǐng)市場(chǎng)。這些綜合優(yōu)勢的取得，主要的手段是靠產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，科學(xué)合理的選用制造技術(shù)、制造工藝并不斷的加以改進(jìn)和創(chuàng )新。德國衡器工業(yè)以制造高、精、尖技術(shù)產(chǎn)品而享譽(yù)世界衡器市場(chǎng)，在稱(chēng)重科技領(lǐng)域具有很高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平。特別是在稱(chēng)重傳感器研究、制造、應用上，有一批諸如 HBM電子測量技術(shù)有限公司、巴魯夫傳感器有限公司等稱(chēng)重傳感器方面的制造專(zhuān)家，能制造出穩定性、可靠性具佳的高準確度產(chǎn)品，就是以先進(jìn)的制造技術(shù)和制造工藝為基礎。德國工程物理研究院高級顧問(wèn)曼弗雷德．科赫西科博士認為，這要歸功于德國衡器制造業(yè)日益增強的技術(shù)與工藝革新能力和永不滿(mǎn)足的創(chuàng )新精神。

稱(chēng)重傳感器是知識密集型、技術(shù)密集型和技巧密集型的高技術(shù)產(chǎn)品，具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性等特點(diǎn)，需要多學(xué)科、多技術(shù)和多種制造工藝的配合與集成。所謂高技術(shù)產(chǎn)品，“高”就高在技術(shù)的含量和制造工藝的難度上，特別是在中、大批量生產(chǎn)時(shí)，是對制造工藝及其工藝流程的科學(xué)性、合理性、穩定性和可重復性的嚴格考驗。正如國際制造專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家的評價(jià)： “如果產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要花十倍努力的話(huà)，那么批量生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)就要花百倍的努力。 ”美國、歐洲一些工業(yè)發(fā)達國家的稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)，正是他們在開(kāi)發(fā)批量生產(chǎn)技術(shù)中用了百倍的努力，才在國際稱(chēng)重傳感器技術(shù)和市場(chǎng)競爭中處于引導者地位，并保持至今。

稱(chēng)重傳感器制造技術(shù)、制造工藝在研制生產(chǎn)中的重要作用往往不被人們所認識，未能給予足夠的重視。有些企業(yè)稱(chēng)重傳感器產(chǎn)品設計遷就工藝，工藝設計遷就設備，這是長(cháng)期以來(lái)稱(chēng)重傳感器技術(shù)與制造工藝滯后的根本原因，是不重視技術(shù)改造的后果。其原因是制造技術(shù)、制造工藝本身的研究工作比較艱辛，需要一定的試驗設備，并要反復的進(jìn)行制造工藝方面的實(shí)踐，需要積累多年的實(shí)踐經(jīng)驗，辛勤專(zhuān)研若干年后才能攻克某些技術(shù)與工藝難關(guān)。因此，難以在較短時(shí)期內出成果、出人才、出效益。但是，稱(chēng)重傳感器的質(zhì)量和成本都與制造技術(shù)、制造工藝密切相關(guān)，企業(yè)必須重視它。

稱(chēng)重傳感器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)踐證明，結構設計技術(shù)和制造工藝技術(shù)是保證批量生產(chǎn)的每一個(gè)產(chǎn)品，都符合國家標準的主要環(huán)節?，F代化的先進(jìn)設計技術(shù)是實(shí)現高質(zhì)量稱(chēng)重傳感器的主導性因素，而科學(xué)合理、可重復的制造工藝技術(shù)是實(shí)現高質(zhì)量稱(chēng)重傳感器的基礎性保障，此兩大基礎不可分割，必須并重。就稱(chēng)重傳感器產(chǎn)品而言，輕視制造工藝技術(shù)就是放松產(chǎn)品質(zhì)量，只有重視并抓好工藝技術(shù)，才能將大量隱患消滅在萌芽狀態(tài)。抓產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)可厚非，不抓生產(chǎn)工藝永無(wú)寧日。20世紀  80年代末期，美國為克服一些企業(yè)經(jīng)營(yíng)戰略思想適應市場(chǎng)變化慢，設計的產(chǎn)品可制造性差、開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)、忽視不斷改進(jìn)產(chǎn)品性能和提高制造工藝水平等問(wèn)題，提出設計和工藝要平行作業(yè)，聯(lián)合工作，開(kāi)展：“同時(shí)工程“（Concurrent    Engineering），確定了同時(shí)、制約、協(xié)調、一致四原則。即在相同的時(shí)間框架內設計與工藝進(jìn)行平行作業(yè)，不同程度的縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。當然在目前   CAD/CAM/CAE

技術(shù)和三維數字設計與制造技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應用的條件下，“同時(shí)工程”又有了新的內涵，它可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把  CAD/CAM/CAE和數據庫連接起來(lái)，共享信息和資源，在計算機屏幕上進(jìn)行結合，在相同的時(shí)間框架內進(jìn)行平行作業(yè)，緊密協(xié)調選取在成本、質(zhì)量、交貨周期等要求上的最佳結合。這樣將工藝的制約條件要作為稱(chēng)重傳感器產(chǎn)品設計的制約條件考慮，工作效率更高。在當前稱(chēng)重傳感器技術(shù)與產(chǎn)品競爭日趨激烈，市場(chǎng)日趨國際化的情況下，制造技術(shù)、制造工藝正起著(zhù)更為重要的作用。

三、稱(chēng)重傳感器主要制造工藝及其機理分析

1．電阻應變計粘貼工藝機理

將電阻應變計粘貼在彈性元件應變區的表面屬于物理結合，利用的是金屬材料表面的附著(zhù)力和分子之間的引力，它不象化學(xué)結合那樣由分子鍵聚合而十分牢固。因此，為使電阻應變計致密的、牢靠的粘貼在彈性元件上，必須創(chuàng )造非常好的粘貼條件，這就是對粘貼表面進(jìn)行打磨或噴砂處理。

其作用是：

（1）除去彈性元件貼片表面的氧化層，凈化表面，活化表面分子，為增加表面的附著(zhù)力創(chuàng )造條件。

（2）增大有效粘貼面積，提高粘結強度，特別是抗剪強度。

（3）使應變膠粘劑更好的浸潤與滲透到彈性元件表層，保證粘貼質(zhì)量。

粘貼電阻應變計是稱(chēng)重傳感器制造工藝流程中的關(guān)鍵工序，應嚴格按工藝技術(shù)要求操作。為保護粘貼好的電阻應變計使其保持位置準確，應與高溫橡膠板隔離。即在電阻應變計和高溫橡膠板之間隔墊一層聚四氟乙烯薄膜，厚度約為 0.07mm，美國貼片工藝為 0.003英寸（0.0762mm），日本貼片工藝為 0.025mm～0.075mm。由于聚四氟乙烯薄膜的摩擦系數低，所以作為一個(gè)滑動(dòng)膜位于電阻應變計和高溫橡膠板之間，允許高溫橡膠板和其上的壓塊或壓板有自行活動(dòng)的余地，而又不影響電阻應變計粘貼位置的準確性。實(shí)際上是在已粘貼電阻應變計和高溫橡膠板兩者之間，提供一個(gè)非吸附性界面，為正確安裝加壓夾具，保證電阻應變計位置準確創(chuàng )造條件。

2．應變膠粘劑固化、后固化工藝機理

固化就是在規定的溫度下、一定的時(shí)間內應變膠粘劑本身交聯(lián)，以及它和彈性元件之間產(chǎn)生附著(zhù)作用而牢固結合的過(guò)程。固化是否充分、完全，直接影響應變膠粘劑的物理和機械性能，主要是關(guān)系到影響應變傳遞性能的粘結強度，特別是剪切強度達不到技術(shù)要求，造成彈性元件的應變不能同步準確的傳遞給電阻應變計的敏感柵。固化工藝的關(guān)鍵問(wèn)題是固化溫度、保溫時(shí)間、升溫速率，因此必須嚴格按應變膠粘劑的固化工藝要求進(jìn)行，要特別保證溫度的準確性和均勻性。嚴格說(shuō)來(lái)，應變膠粘劑固化后并不完全是均勻體，其交聯(lián)密度甚至化學(xué)成份都隨部位不同而異，所以升溫速率和保溫時(shí)間對應變膠粘劑的微觀(guān)結構有較大影響。升溫速率以每分鐘 5℃左右為宜，并給予足夠的保溫時(shí)間，使應變膠粘劑的一些成份依次揮發(fā)而固化。膠粘劑固化不充分、不完全時(shí)，由于其分子鍵聚合不牢固，在承受變形時(shí)會(huì )產(chǎn)生小分子，增加蠕滑效應，從而增大了蠕變值，并使稱(chēng)重傳感器的零點(diǎn)不穩定，因此應盡量作到固化充分，并在固化后進(jìn)行后固化處理。

后固化是保證應變膠粘劑達到最佳綜合性能和進(jìn)入穩定狀態(tài)的工序，其目的是使應變膠粘劑固化更完全，并消除一次固化時(shí)因加壓、加溫膠粘劑中水分子逸出、膠層收縮等原因產(chǎn)生的殘余應力。

也可以說(shuō)是在短時(shí)間內，通過(guò)加溫模擬長(cháng)時(shí)間應變膠粘劑膠層的自然固化。后固化的最高溫度應比固化溫度高 20℃～30℃，保溫 2～3小時(shí)，隨加溫設備降溫，后固化的作用：

（1）擴大了電阻應變計與彈性元件粘結層的溫度極限。

（2）增加了粘結層的彈性模量。

（3）釋放殘余應力，使粘結層的應力均勻進(jìn)入穩定的工作狀態(tài)。

3．組焊惠斯通電橋工藝機理

由四個(gè)電阻R、R、R、R連成四邊形組成的電路稱(chēng)為惠斯通電橋電路，如圖1所示，其作用是將電阻變化轉換成電壓輸出。

四個(gè)電阻稱(chēng)為電橋的四個(gè)臂，四邊形的 BD對角線(xiàn)連有測量?jì)x表稱(chēng)為電橋的輸出端，四邊形的AC對角線(xiàn)連接電源稱(chēng)為電橋的供橋端。在供橋端AC施加供橋電壓U后，便在輸出端BD有一個(gè)初始電壓U，若橋臂的電阻發(fā)生變化，則輸出電壓也相應變化為U＋△U。

給供橋端接通電源時(shí)，電橋電路中各支路均有電流通過(guò)，當 BD兩奌之間的電位不相等時(shí)，橋路中便產(chǎn)生不平衡輸出，而當 BD兩點(diǎn)之間的電位相等時(shí)，橋路中  BD之間的電流為零，這時(shí)稱(chēng)電橋處于平衡狀態(tài)，有：

即：

上式說(shuō)明，電橋平衡時(shí)電橋相對臂電阻的乘積相等，這就是電橋的平衡條件。

工作時(shí)，只有一個(gè)橋臂電阻發(fā)生變化的稱(chēng)為單臂式電橋；兩個(gè)相鄰橋臂電阻發(fā)生變化的稱(chēng)為半橋式電橋；四個(gè)橋臂電阻均發(fā)生變化的稱(chēng)為全橋式電橋。

惠斯通電橋用于應變式稱(chēng)重傳感器時(shí)有如下特點(diǎn)：

（1）起始狀態(tài)（橋臂電阻未發(fā)生變化）時(shí)，輸出電壓 U可以為零。工作時(shí)，以輸出電壓從零開(kāi)始的變化量△U反映電阻的變化量，可以達到較高的分辨率，對放大、顯示、記錄十分有利；

（2）溫度變化等影響通過(guò)全橋連接可以相互抵消；

（3）如果電阻應變計粘貼位置、方向和組橋合理，可以消除或減少偏心載荷、側向載荷的影響；

（4）容易進(jìn)行各項電路補償與調整。

稱(chēng)重傳感器的電橋輸出端多與直流放大器連接，直流放大器的輸入端電阻  R比電橋電阻大得多。因此可以將電橋輸出端看成是開(kāi)路，即R＝∝，通常將這種電橋稱(chēng)為“電壓輸出橋”，其電橋電路如圖 1所示。

利用歐姆定律和克?；舴蚨?，可推導出電橋輸出電壓公式：

以上兩式說(shuō)明，電阻變化率或應變與輸出電壓之間近似為線(xiàn)性關(guān)系。

4．靈敏度溫度補償工藝機理

早在 20世紀  40年代初期，也就是應變式負荷傳感器問(wèn)世之時(shí)，人們就注意到溫度對合金鋼制成的機械式標準測力環(huán)指示值的影響。美國和前蘇聯(lián)學(xué)者經(jīng)過(guò)反復試驗分析，指出溫度誤差主要是測力環(huán)金屬材料的彈性模量隨溫度的升高而降低所致，并測量出影響量的大小，給出較為準確的修正系數 0.027％/℃。美國學(xué)者威爾遜 1946年發(fā)表的論文“標準測力環(huán)的溫度系數”就是這些成果的典型代表。人們很自然的想到同為合金鋼制成的應變式測力與稱(chēng)重傳感器也必然產(chǎn)生此種溫度誤差，而且其影響因素比標準測力環(huán)更多、更復雜。除稱(chēng)重傳感器彈性元件金屬材料的彈性模量具有負溫度系數的影響外，還有電阻應變計靈敏系數的溫度系數影響。主要是彈性模量溫度系數影響，其影響量即稱(chēng)重傳感器的靈敏度溫度誤差可達（0.03～0.05）％/℃。稱(chēng)重傳感器在使用過(guò)程中，溫度每變化 10℃靈敏度就變化 0.3％～0.5％，這是非?？捎^(guān)的誤差，因此必須進(jìn)行靈敏度溫度補償。

不論是利用正應力還是利用切應力的稱(chēng)重傳感器，其靈敏度溫度誤差是一個(gè)系統誤差，起主要影響的因素是彈性模量E的溫度系數β，因β為負值，所以環(huán)境溫度升高，彈性元件材料的彈性模量E降低，稱(chēng)重傳感器的靈敏度增大。如果彈性元件材料、電阻應變計敏感柵和基底材料以及制造工藝都一樣，圓環(huán)式結構比圓柱式和剪切梁式結構的靈敏度溫度誤差要小一些，大約小 6％左右。

這說(shuō)明稱(chēng)重傳感器靈敏度溫度誤差的影響因素，主要是彈性元件材料的彈性模量E，其次是電阻應變計靈敏系數和制造工藝，在相當小的程度上與稱(chēng)重傳感器彈性元件的結構有關(guān)。

國內外稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)大量的試驗測量數據證明，對同一種彈性元件結構而言，只要彈性元件的金屬材料、電阻應變計和制造工藝不變，靈敏度溫度誤差的分散度比較小，一般小于 10％，這主要是制造和補償工藝引起的。

既然稱(chēng)重傳感器的靈敏度溫度誤差是由于環(huán)境溫度升高，彈性元件材料的彈性模量降低，靈敏度增大所致，如果在稱(chēng)重傳感器靈敏度增大的同時(shí)，使電橋電路的實(shí)際供橋電壓也與之成比例的減小，保持供橋電壓與實(shí)際供橋電壓的比值不變，則靈敏度也就保持不變，這就是靈敏度溫度補償原理。根據這一原理，在電橋的供橋回路中，串聯(lián)一個(gè)隨環(huán)境溫度變化而變化的靈敏度溫度補償電阻R，當環(huán)境溫度升高時(shí)，R隨之增大，盡管供橋電壓U保持不變，但由于電阻分壓作用，使電橋的實(shí)際供橋電壓U減小，從而導致靈敏度減小，這就對因溫度升高彈性模量降低，靈敏度增大起到補償作用。靈敏度溫度補償電路如圖 2所示。

5．防護與密封工藝機理

防護與密封是稱(chēng)重傳感器制造工藝流程中的要害工序，是稱(chēng)重傳感器耐受客觀(guān)環(huán)境和感應環(huán)境影響而能穩定可靠工作的根本保障。粘貼在稱(chēng)重傳感器彈性元件上的電阻應變計，以及所用的應變膠粘劑，都會(huì )受到空氣中水份和氧氣的影響，因為水能滲入幾乎所有的聚合物，而產(chǎn)生增塑。如果防護與密封不良，電阻應變計和應變膠粘劑吸收空氣中的水份，就會(huì )使膠粘劑層膨脹增塑，造成絕緣電阻、粘結強度和剛性急劇下降，引起零點(diǎn)漂移和輸出無(wú)規律變化，直至稱(chēng)重傳感器失效。在某些試驗場(chǎng)合，稱(chēng)重傳感器還會(huì )受到水的直接噴射和浸泡，潮氣的滲入都會(huì )使應變膠粘劑的粘結強度和絕緣電阻下降，因為潮氣并不完全是H  0，通常是許多復雜的水溶液，它能滲入各種聚合物，使

其增塑而改變性能。鹽霧是一種氣溶膠狀體，主要成份是氯化鈣、氯化鎂和其它雜質(zhì)，對彈性元件、電阻應變計和應變膠粘劑有較強的腐蝕作用。此時(shí)稱(chēng)重傳感器的制造工藝再精湛、技術(shù)性能指標再優(yōu)良也無(wú)法發(fā)揮作用，所以穩定性和可靠性是稱(chēng)重傳感器的前提性技術(shù)指標。確保此項指標必須進(jìn)行有效的防護與密封，提高稱(chēng)重傳感器防潮、防水、防鹽霧性能和抗振動(dòng)、沖擊的能力。這是稱(chēng)重傳感器防護與密封的重點(diǎn)，如果防護與密封不良，將使此前各項工藝成果前功盡棄，可見(jiàn)防護與密封的重要性。

目前，稱(chēng)重傳感器多采用表面密封、盲孔灌封和焊接密封三種方法。

6．鋁合金彈性元件轉變時(shí)效狀態(tài)處理工藝機理

在研制小量程稱(chēng)重傳感器時(shí)，靈敏度與剛度應同時(shí)考慮，即在規定的靈敏度條件下，稱(chēng)重傳感器盡可能的具有較大的剛度。為了滿(mǎn)足這一要求，就必須選用彈性模量 E與比密度  ρ的乘積  Eρ最小的材料。變形鋁合金的 Eρ值只有中碳合金鋼的九分之一，且屈強比高、比強度大、塑性好、耐腐蝕性強，并具有較好的低溫性能和優(yōu)良的冷熱加工性能，是理想的制造小量程稱(chēng)重傳感器材料。

國內外應用較多的是鋁－銅－鎂系的硬鋁合金，我國牌號  2A12（原牌號 LY12），美國、日本牌號2024。淬火工藝規范按 QJ／Z127—84規定，淬火溫度為  490～503℃，淬火保溫時(shí)間按下式計算：

T=20＋（1.5～2）t

式中

T——淬火保溫時(shí)間（min）；

t——板材厚度（mm）。

考慮到 2A12鋁合金淬火過(guò)燒溫度為  507℃，淬火溫度選擇偏下限 495℃，保溫時(shí)間選擇偏上限T=20＋2t為好，淬火水溫控制在  20～30℃。淬火后自然時(shí)效 96小時(shí)為熱處理自然時(shí)效狀態(tài)，代號T4（原代號 CZ）。自然時(shí)效狀態(tài)的 2A12—T4鋁合金不適合制造高準確度稱(chēng)重傳感器，無(wú)法保證彈性元件尺寸穩定性，直接影響稱(chēng)重傳感器的零點(diǎn)和靈敏度。分析其原因主要是：

（1）2A12鋁合金淬火后存在較大的內應力，經(jīng)自然時(shí)效不能得到有效的消除。此淬火內應力是由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生的熱應力，其表層為壓應力，心部為拉應力。當進(jìn)行切削加工時(shí)，內應力的平衡狀態(tài)受到破壞而導致變形或歪曲，加工成彈性元件后，還會(huì )因為應力松馳繼續發(fā)生變形。

（2）2A12—T4鋁合金，相和組織狀態(tài)也不穩定。雖然經(jīng)過(guò)  96小時(shí)自然時(shí)效，第二項（名義成分為CuAl）從過(guò)飽和固溶體中沉淀析出，但仍有不少銅原子未完成從過(guò)飽和α固溶體中脫溶的過(guò)程，在使用中還會(huì )繼續進(jìn)行沉淀項的脫溶過(guò)程，引起彈性元件尺寸變化。

（3）在機械加工過(guò)程中，由于切削力的作用，使彈性元件本身產(chǎn)生一定的內應力，并在其表層形成很不穩定的加工硬化層。有一部分能量會(huì )積存在彈性元件的表層中，其材料的組織因被變形而處于不穩定狀態(tài)，殘余內應力也較大。隨著(zhù)使用時(shí)間的延長(cháng)，被變形的組織會(huì )發(fā)生變化，內應力不斷松弛，也將導致彈性元件尺寸變化。

基于上述原因，高準確度稱(chēng)重傳感器必須采用熱處理人工時(shí)效狀態(tài) T6（原狀態(tài)代號 CS）2A12鋁合金。熱處理人工時(shí)效工藝為：時(shí)效加熱溫度 185～195℃，保溫時(shí)間 6～12小時(shí)，空冷。

如果采購了熱處理自然時(shí)效狀態(tài)的 2A12—T4鋁合金，為確保稱(chēng)重傳感器的零點(diǎn)和靈敏度穩定性，對粗加工后處于自然時(shí)效狀態(tài)的彈性元件，必須進(jìn)行一次轉變熱處理狀態(tài)的人工時(shí)效處理，即變 2A12鋁合金的自然時(shí)效狀態(tài)（T4）為人工時(shí)效狀態(tài)（T6）。為了不降低  2A12鋁合金的強度，保證彈性元件具有一定的剛度，可選用在 180℃溫度下，保溫 24小時(shí)的人工時(shí)效轉變狀態(tài)處理工藝。

此工藝的效果非常明顯，不僅使 2A12鋁合金彈性元件由自然時(shí)效狀態(tài)轉變?yōu)槿斯r(shí)效狀態(tài)，穩定了組織，而且還達到了消除粗加工產(chǎn)生的殘余應力的目的。

四、稱(chēng)重傳感器制造技術(shù)與制造工藝發(fā)展趨勢

在電子衡器市場(chǎng)日益國際化和制造技術(shù)、制造工藝日益商品化的今天，稱(chēng)重傳感器制造技術(shù)、制造工藝的發(fā)展，必然以電子衡器市場(chǎng)競爭的需要為導向，受新技術(shù)、新材料、新工藝的強力牽引。

發(fā)展制造技術(shù)、制造工藝本身不是目的，而是用以保證稱(chēng)重傳感器在品種、規格、數量、質(zhì)量、價(jià)格等方面均能滿(mǎn)足國內外電子衡器市場(chǎng)需求的一種手段，是用以達到企業(yè)能盡快融入國際市場(chǎng)參與國際競爭的需要。

制造技術(shù)總是不斷發(fā)展，沒(méi)有永恒的先進(jìn)制造技術(shù)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，不斷賦予制造技術(shù)新的內涵，制造技術(shù)的進(jìn)步應促使整體效率和效益的提高。較長(cháng)時(shí)間以來(lái)，稱(chēng)重傳感器彈性元件及其附件制造技術(shù)的進(jìn)步，只局限在單臺機床、單道工序、單個(gè)工具的生產(chǎn)效率提高，不適應批量生產(chǎn)。為實(shí)現規模生產(chǎn)，必須從稱(chēng)重傳感器及其附件生產(chǎn)的全局上分析研究，改進(jìn)制造技術(shù)，提高整體效率。目前，我國絕大多數企業(yè)彈性元件及其附件的加工，是采用普通機床加專(zhuān)用夾具或者采用專(zhuān)用機床，盡管生產(chǎn)效率有較大提高，但仍然滿(mǎn)足不了大批量生產(chǎn)的需求。

只有較少數企業(yè)彈性元件及其附件的冷熱加工自動(dòng)化程度較高，但也只是處于單機自動(dòng)化、剛性自動(dòng)化階段。處于國際市場(chǎng)引導者地位的稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)，已經(jīng)將電子計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與傳統的制造技術(shù)相結合，普遍采用數控機床、加工中心、柔性制造單元，實(shí)現了柔性自動(dòng)化生產(chǎn)，達到兼容多品種生產(chǎn)，穩定質(zhì)量，提高效率，降低成本的綜合目的。我國傳統稱(chēng)重傳感器產(chǎn)業(yè)的改造也必須倚賴(lài)先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)制造裝備，這是實(shí)現技術(shù)升級，跟上國際稱(chēng)重傳感器技術(shù)發(fā)展步伐的有力舉措。

隨著(zhù)稱(chēng)重傳感器技術(shù)的發(fā)展，應用范圍的不斷擴大，制造工藝及生產(chǎn)工藝流程不再被認為是毫無(wú)技術(shù)含量的作坊手藝式的手工勞動(dòng)，而是一個(gè)集機械、電子、材料、熱處理、信息和管理為一體的綜合技術(shù)。眾所周知，電子稱(chēng)重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品的需要是稱(chēng)重傳感器永恒的技術(shù)課題，因此制造工藝受稱(chēng)重傳感器結構更新、邊界變化、性能提高、應用領(lǐng)域擴大等新要求而同步改進(jìn)和發(fā)展。

其中，基礎工藝和核心工藝的改進(jìn)、提高及其發(fā)展趨勢最具代表性。

為適應物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的需要，一部分測力與稱(chēng)重傳感器正由傳統型向全新型的小型化、多功能、低功耗、低成本方向發(fā)展，其技術(shù)難度之一是要求基礎工藝提供微型化、高阻值電阻應變計。為研制大阻值，低功耗電阻應變計，美國  V-MM公司研究軋制出    0.00006～0.00008英寸（1.5～2μm）厚的應變電阻合金箔材，并應用此箔材研制出微型高阻單軸和全橋電阻應變計。

微型高阻單軸電阻應變計的特點(diǎn)是：采用帶有溫度自補償性能的卡瑪合金制造敏感柵，基底材料與普通尺寸應變計相同；敏感柵的總體尺寸很小，可以做到  1×1mm和   0.5×0.5mm，而且仍能手工焊接；應變計電阻值可達  5k?，誤差  0.2%。微型高阻全橋電阻應變計的特點(diǎn)是：采用帶溫度自補償性能的卡瑪合金制造敏感柵，基底材料與標準尺寸應變計相同；也有用于剪應力測量的敏感柵為45°方向的全橋電阻應變計；基底尺寸是 3.8mm×4.0mm，電阻值為 5000?±0.2%。

稱(chēng)重傳感器核心制造工藝中最重要的環(huán)節，是將電阻應變計牢固的粘貼在彈性元件上，盡管創(chuàng )造各種條件使其固化非常完全，但在工作時(shí)也會(huì )出現性能波動(dòng)。美國 MS公司創(chuàng )造了在高溫下，將半導體電阻應變計與無(wú)機玻璃熔于小型彈性元件上，制成低成本新型稱(chēng)重傳感器。這種無(wú)機玻璃粘貼電阻應變計的新技術(shù)與新工藝，消除了傳統的用環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛環(huán)氧樹(shù)脂粘貼電阻應變計所帶來(lái)的不穩定性，極大的提高了稱(chēng)重傳感器的長(cháng)期穩定性和工作可靠性，經(jīng)過(guò)一千萬(wàn)周期以上的測試，其壽命基本是無(wú)限的。

稱(chēng)重傳感器的原理和制造工藝決定了，在其生產(chǎn)工藝流程中必然產(chǎn)生一些缺陷，因為許多工序為人工操作、手動(dòng)控制，人為的因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。為了使生產(chǎn)的每一個(gè)產(chǎn)品都符合國家標準的要求，保證大批量生產(chǎn)稱(chēng)重傳感器的質(zhì)量，最大限度的排除人為的因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響。稱(chēng)重傳感器制造工藝的發(fā)展趨勢是：在生產(chǎn)工藝流程中盡量增加以計算機控制為主的半自動(dòng)化或自動(dòng)化工序。并將網(wǎng)絡(luò )信息化技術(shù)應用于稱(chēng)重傳感器的生產(chǎn)工藝流程中，實(shí)現工藝流程的網(wǎng)絡(luò )化。即通過(guò)通訊線(xiàn)路和設備把各生產(chǎn)工序具有獨立操作和控制功能的計算機系統相互連接起來(lái)，在網(wǎng)絡(luò )軟件管理下，實(shí)現信息的收集、存儲和處理。進(jìn)入 21世紀以來(lái)，威世精密集團北京特迪亞公司、中航電

測儀器股份有限公司、寧波柯力傳感技術(shù)股份有限公司等，都將網(wǎng)絡(luò )信息化技術(shù)應用于稱(chēng)重傳感器生產(chǎn)工藝流程中，基本實(shí)現了工藝流程的網(wǎng)絡(luò )化。

在以計算機控制為中心的網(wǎng)絡(luò )化生產(chǎn)工藝流程中，單道工序的半自動(dòng)化和自動(dòng)化是生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò )化的基礎。20世紀  90年代以來(lái)，稱(chēng)重傳感器制造工藝流程中，單道工序的半自動(dòng)化和自動(dòng)化改造成果主要有：超聲波水洗技術(shù)與工藝；全自動(dòng)機器人粘貼電阻應變計和輔助粘貼電阻應變計系統；固化、后固化工藝的隧道式加溫控溫烘道，控溫精度高、工作段溫度均勻性好，固化、后固化完成后應變膠粘劑物理和機械性能的均一性好；高效智能零點(diǎn)、靈敏度溫度補償測試系統；快速全自動(dòng)在線(xiàn)檢測工藝和多臺疊加式力標準機同時(shí)工作的無(wú)縫鏈接自動(dòng)檢測稱(chēng)重傳感器生產(chǎn)線(xiàn)；將卣素引入高聚物中或用硅氧鍵嵌入高聚物中的高度防潮耐水密封膠密封新工藝，以及采用含氟聚酰亞

胺、含氟環(huán)氧樹(shù)脂、含氟丙烯酸脂，硅氧/亞酰胺共聚物、苯基有機硅和硅化苯乙烯為基礎材料制作密封膠的新防護密封工藝；全自動(dòng)穩定性處理工藝；動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器的機械阻尼、油阻尼、電子振蕩阻尼工藝；高溫稱(chēng)重傳感器的高溫電路補償及高溫密封新工藝等。

大批量生產(chǎn)稱(chēng)重傳感器，多對生產(chǎn)工藝流程采取統計制程管理。即利用統計學(xué)原理，對生產(chǎn)工藝全過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制和管理，以達到盡可能第一次就使產(chǎn)品符合國家標準和國家檢定規程要求的目的。統計制程管理的核心是科學(xué)、合理的進(jìn)行抽樣試驗與測試；把生產(chǎn)工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝裝備利用聯(lián)系在一起，提高生產(chǎn)過(guò)程控制能力；快速分析制程出現的問(wèn)題和迅速采取措施保證制程穩定，最大限度的減小產(chǎn)品的不合格率。統計制程管理的特點(diǎn)是：

①經(jīng)濟性：采用抽樣檢驗法，產(chǎn)品參與檢測、試驗的項目和次數科學(xué)合理，使生產(chǎn)工藝流程穩定，最大限度的減少產(chǎn)品的不合格率；

②預警性：一旦生產(chǎn)工藝流程出現異常趨勢，可立即采取對策，預防批量不合格。一般都是根據工藝理論和實(shí)踐經(jīng)驗提供控制資料。

③科學(xué)性：把工藝過(guò)程、質(zhì)量控制、裝備利用聯(lián)系在一起，提高生產(chǎn)過(guò)程控制能力和快速分辨共同和特殊原因的評估能力；

④高效性：統計制程控制，解決了長(cháng)期困擾的大批量生產(chǎn)的質(zhì)量檢驗問(wèn)題，改善了評估方法，減少了報表和數據分析，保證了成本、質(zhì)量和交貨期。

在稱(chēng)重傳感器生產(chǎn)工藝流程中，實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程信息、通信、自動(dòng)化技術(shù)的橫向與縱向真正的無(wú)縫一體化，是大批量生產(chǎn)工藝流程發(fā)展的必然趨勢。

五、結語(yǔ)

世界上工業(yè)發(fā)達國家對制造技術(shù)、制造工藝的保密是非常嚴格的。從國外論文集、技術(shù)刊物、相關(guān)文獻中，可以找到關(guān)于系統、原理、結構等方面的參考資料，然而很難找到關(guān)于制造技術(shù)、制造工藝資料。稱(chēng)重傳感器技術(shù)領(lǐng)域也不例外，其有關(guān)資料和論著(zhù)都是講起結構原理滔滔不絕，講起制造工藝守口如瓶。對制造工藝的另一種偏見(jiàn)，就是認為制造工藝的理論性不強，只是一種實(shí)際經(jīng)驗與技藝而已。實(shí)際并非如此，而是對制造工藝探索得太少，對其機理與規律研究、揭示和掌握的很不夠。本文只是從制造工藝在稱(chēng)重傳感器研制生產(chǎn)中所起的關(guān)鍵作用這一側面，說(shuō)明制造工藝的重要性，希望能引起足夠的重視。

國產(chǎn)稱(chēng)重傳感器與工業(yè)發(fā)達國家同類(lèi)產(chǎn)品相比，主要差距在制造工藝上，具體的講就是基礎工藝和核心工藝相對落后。其中基礎工藝、技術(shù)裝備、檢測手段落后，工序半自動(dòng)化和自動(dòng)化程度低，制程穩定性差，技術(shù)與管理相結合不夠等問(wèn)題，早已引起各研制、生產(chǎn)單位以及有關(guān)領(lǐng)導部門(mén)關(guān)注和重視。但深入研究，統籌規劃、采取措施，解決問(wèn)題不夠，使得稱(chēng)重傳感器制造技術(shù)、制造工藝進(jìn)步不大。為適應電子衡器技術(shù)的發(fā)展和滿(mǎn)足稱(chēng)重傳感器市場(chǎng)的新需求，希望一些稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)，盡快從采用較低技術(shù)、傳統的手工作坊式勞動(dòng)密集型生產(chǎn)方式中解放出來(lái)，從觀(guān)念上、技術(shù)上和管理上迎頭趕上，瞄準先進(jìn)，迎接挑戰。在企業(yè)轉型發(fā)展中，納入先進(jìn)的制造工藝、有效的管

理手段、切合實(shí)際的市場(chǎng)開(kāi)拓方式，把稱(chēng)重傳感器技術(shù)與工藝提高到一個(gè)新水平，為發(fā)展我國民族衡器工業(yè)作出新貢獻。