【摘 要】 我們國(guó)家的電阻應(yīng)變式稱重傳感器在上一世紀(jì)80年代末期獲得了快速的發(fā)展。當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是GB7551—87《電阻應(yīng)變稱重傳感器》，實(shí)施日期為1989年1月1日。后來(lái)有了GB/T7551—1997《稱重傳感器》，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)是GB/7551—2008《稱重傳感器》。本文重點(diǎn)分析了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)的制修訂過(guò)程中發(fā)生的變化，論述了標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提高產(chǎn)品性能的推動(dòng)作用。
【關(guān)鍵詞】 標(biāo)準(zhǔn)；靈敏度；溫度靈敏度；偏載；產(chǎn)品性能
一、概述
改革開(kāi)放之后的十九世紀(jì)八十年代末期，電子秤獲得了快速的發(fā)展。而以電阻應(yīng)變稱重傳感器（以下簡(jiǎn)稱稱重傳感器）為重量—電量轉(zhuǎn)換原理的電子秤發(fā)展zui為迅速。稱重傳感器是電子秤的核心部件，其精度決定了電子秤的精度，是隨著電子秤技術(shù)的需求而快速發(fā)展的。早在七十年代，我國(guó)就開(kāi)始出現(xiàn)了應(yīng)變式稱重傳感器原理的電子秤，在輕工行業(yè)，曾經(jīng)還舉行過(guò)稱重傳感器的質(zhì)量評(píng)比。稱重傳感器的精度一般都較低，zui高能達(dá)到0.05%左右，受到彈性體材料、電阻應(yīng)變計(jì)、貼片膠、密封膠、制做工藝等的影響，精度一直沒(méi)有大的提高。所以，當(dāng)1983年，輕工部和中國(guó)衡器協(xié)會(huì)提出了“手動(dòng)改自動(dòng)，機(jī)械改電子”的發(fā)展目標(biāo)以后，行業(yè)內(nèi)的一些企業(yè)、科研院所，開(kāi)始加速生產(chǎn)電阻應(yīng)變式稱重傳感器。一方面，受到當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的限值，如：鋼材、鋁材、應(yīng)變計(jì)、貼片膠等性能不是很好；另一方面，稱重傳感器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求也不是很高，萬(wàn)分之三的產(chǎn)品就是很好的產(chǎn)品了。因?yàn)楣潭ㄊ狡?chē)衡大部分是機(jī)械杠桿式汽車(chē)衡，量程一般在30t～60t左右，精度在三千分之一。根本沒(méi)有像現(xiàn)在的市場(chǎng)一樣：有5000分度的要求，甚至是7500分度的要求。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電子秤產(chǎn)品對(duì)稱重傳感器不斷提出了更高的要求。八十年代中期，國(guó)內(nèi)先后有4家企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)了電阻應(yīng)變計(jì)的制做技術(shù)，有2家企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)了電阻應(yīng)變稱重傳感器的制做技術(shù)，稱重傳感器產(chǎn)品的質(zhì)量水平獲得了較大的提高，達(dá)到了GB7551-87《電阻應(yīng)變稱重傳感器》的zui0.02級(jí)的要求，電子秤的精度也有了較大的提高。使中國(guó)衡器的制造水平一下提升了近20年，達(dá)到了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的同期水平。后來(lái)對(duì)稱重傳感器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，形成GB/T7551-1997《稱重傳感器》，目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T7551—2008《稱重傳感器》。這中間，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)傳感器產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步起到了積極的作用。認(rèn)真分析新舊標(biāo)準(zhǔn)的異同點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)稱重傳感器產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的演變過(guò)程，進(jìn)而尋求產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高。
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稱重科技
二、7551-87《電阻應(yīng)變稱重傳感器》的主要特點(diǎn)
該標(biāo)準(zhǔn)是*個(gè)國(guó)標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，原標(biāo)準(zhǔn)JB2166-77《電阻應(yīng)變稱重傳感器》同時(shí)作廢。該標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)如下：
1、稱重傳感器等級(jí)：稱重傳感器等級(jí)是由非線性、滯后、重復(fù)性、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差和額定輸出溫度附加誤差六項(xiàng)指標(biāo)中的zui大誤差確定。等級(jí)分為0.02，0.03，0.05，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，共8個(gè)等級(jí)。是由單項(xiàng)指標(biāo)的zui大值，決定稱重傳感器的級(jí)別。zui高精度為0.02級(jí)。
2、靈敏度：稱重傳感器的標(biāo)準(zhǔn)靈敏度分為5檔：1，1.5，2，2.5，3，mV/V。
3、正常工作條件：溫度：－10～＋55℃。比后來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)高＋15℃。
4、與稱重傳感器等級(jí)對(duì)應(yīng)的技術(shù)要求：以常用的0.02，0.03，0.05級(jí)稱重傳感器為例，非線性、滯后、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差、額定輸出溫度附加誤差五大指標(biāo)，都是對(duì)應(yīng)的0.02，0.03，0.05級(jí)，而重復(fù)性指標(biāo)提高了一個(gè)級(jí)別，為0.02～0.03，便于對(duì)稱重傳感器級(jí)別進(jìn)行判定，生產(chǎn)廠家和技術(shù)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)人員在稱重傳感器測(cè)試完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理也比較容易。同時(shí)，對(duì)稱重傳感器的靈敏度允差和零點(diǎn)輸出也進(jìn)行了明確的要求。見(jiàn)下表1。
5、對(duì)稱重傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性提出了要求，如：零點(diǎn)漂移（2h），靈敏度不穩(wěn)定度（6個(gè)月），是八十年代末期當(dāng)時(shí)條件下稱重傳感器容易出現(xiàn)問(wèn)題的指標(biāo)。見(jiàn)下表1。
表1 稱重傳感器的技術(shù)指標(biāo)（大于0.05級(jí) 略）
稱重傳感器等級(jí)
序號(hào)
技術(shù)指標(biāo)
0.02（％）
0.03（％）
0.05（％）
4.1.1
非線性
±0.02
±0.03
±0.05
4.1.2
滯后誤差
±0.02
±0.03
±0.05
4.1.5
蠕變（30min）
±0.02
±0.03
±0.05
環(huán)境溫度每變化10℃時(shí)，
零點(diǎn)變化
0.02
0.03
0.05
4.2.1.a
同上，額定輸出變化
±0.02
±0.03
±0.05
4.1.3
重復(fù)性誤差
0.02
0.02
0.03
4.1.4
靈敏度允差
±0.1
±0.1
±0.1
4.1.7
零點(diǎn)輸出
±1
±1
±2
4.2.1.b
零點(diǎn)漂移（2h）
0.02
0.03
0.05
4.2.1.c
靈敏度不穩(wěn)定度（6個(gè)月）
0.04
0.06
0.1
6、對(duì)稱重傳感器的偏載影響提出了要求，如：水平方位偏載（0°，90°，180°，270°）、同心傾斜（1°）、偏心傾斜（e，1°）、偏心（e）等，都提出了要求，其數(shù)據(jù)分別與對(duì)應(yīng)的傳感器級(jí)別相適應(yīng)，如：0.02級(jí)傳感器對(duì)應(yīng)的指標(biāo)是0.02。
7、其他性能
對(duì)稱重傳感器的靈敏度允差、零點(diǎn)輸出、絕緣電阻、輸入輸出電阻允差、固有頻率、外觀等，
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稱重傳感器與稱重儀表篇
都提出了明確的要求。影響量中，也對(duì)過(guò)載、機(jī)械振動(dòng)、連續(xù)沖擊、加速壽命試驗(yàn)等，提出了要求。
8、對(duì)產(chǎn)品的推動(dòng)作用
從某種意義上說(shuō)，該標(biāo)準(zhǔn)從生產(chǎn)廠的角度出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品提出了技術(shù)、計(jì)量要求，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用具有積極的指導(dǎo)作用。在實(shí)際應(yīng)用中，稱重傳感器零點(diǎn)、絕緣、輸入輸出電阻，也成了在現(xiàn)場(chǎng)判斷產(chǎn)品好壞的重要條件。經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是稱重傳感器的零點(diǎn)輸出大了，超出了出廠值。為了達(dá)到消除稱重傳感器初始零點(diǎn)和靈敏度不穩(wěn)定性的目的，有的生產(chǎn)廠家，在產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)之后，在倉(cāng)庫(kù)中放置半年以上的時(shí)間，經(jīng)二次復(fù)測(cè)，再銷(xiāo)往市場(chǎng)用戶。為了適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家還更改技術(shù)參數(shù)，如：濟(jì)南金鐘衡器公司，引進(jìn)日本久保田株式會(huì)社的稱重傳感器技術(shù)，橋式稱重傳感器的靈敏度為2.02±0.004mV/V，后來(lái)改為2±0.004mV/V；溫度零點(diǎn)和溫度靈敏度的試驗(yàn)箱，也是按＋55℃的條件來(lái)設(shè)計(jì)的等等，都是為了適應(yīng)國(guó)標(biāo)的技術(shù)要求。衡器用戶在使用稱重傳感器時(shí)，對(duì)靈敏度允差特別關(guān)注，要求誤差盡量的小，以便于衡器產(chǎn)品的四角調(diào)整。在皮帶秤上使用稱重傳感器的用戶，還會(huì)要求提供稱重傳感器的加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)。不管是生產(chǎn)廠、檢測(cè)機(jī)構(gòu)還是用戶，大家都在以標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)來(lái)嚴(yán)格控制生產(chǎn)、檢測(cè)和使用傳感器。
三、GB/T7551-1997《稱重傳感器》的主要特點(diǎn)
該標(biāo)準(zhǔn)等效采用了OIML R60《稱重傳感器計(jì)量規(guī)程》建議（1991年版），并提出了與接軌的觀點(diǎn)。采用了分度值、分度數(shù)和稱重傳感器zui大允許誤差帶的概念。其誤差根據(jù)OIML R76號(hào)建議“典型模塊誤差分配”的要求，稱重傳感器取衡器的0.7倍。見(jiàn)表2。
表2 稱重傳感器zui大允許誤差（*B級(jí) 略）
負(fù) 荷
zui大允許誤差
C級(jí)
D級(jí)
0.35v
0≤m≤500v
0≤m≤50v
0.7v
500v＜m≤2000v
50v＜m≤200v
1.05v
2000v＜m≤10000v
200v＜m≤1000v
通常，稱重傳感器的設(shè)計(jì)精度都取C3級(jí)或C2級(jí)，即滿足3000分度或者2000分度的精度，才能滿足衡器3000分度的要求。該標(biāo)準(zhǔn)還提出了zui小靜負(fù)荷的概念，并將稱重傳感器零點(diǎn)溫度附加誤差改進(jìn)為溫度對(duì)zui小靜負(fù)荷輸出的影響，使之更加適合稱重傳感器在衡器上的使用情況。雖然有“溫度對(duì)靈敏度的影響”概念，但是標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容中并沒(méi)有計(jì)算要求，而是在稱重傳感器誤差帶中綜合要求。在標(biāo)準(zhǔn)的“范圍”中，提出：“本標(biāo)準(zhǔn)的原則是當(dāng)稱重傳感器的性能特性與允許誤差帶相擬合時(shí)，稱重傳感器的各種誤差必須合在一起考慮。必須認(rèn)識(shí)到稱重傳感器可能具有小的非線性、滯后誤差和適中的溫度誤差；或者恰好相反，可能具有適中的非線性、滯后誤差和小的溫度誤差。因此，對(duì)給定的特性（非線性、滯后等）規(guī)定其各自的誤差限就被認(rèn)為是不適當(dāng)?shù)模鴮幙砂逊Q重傳感器的允許總誤差帶作為限值因素”。用誤差帶的概念來(lái)考評(píng)稱重傳感器，和衡器的誤差帶更加適應(yīng)，顯然是比較合適的。
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有了誤差帶的概念之后，怎樣選擇稱重傳感器的級(jí)別滿足衡器要求的精度，一直是衡器設(shè)計(jì)人員研究、探討的問(wèn)題。其中包括單只稱重傳感器應(yīng)用和多只稱重傳感器在衡器上的應(yīng)用。技術(shù)人員考慮較多的問(wèn)題是：3000分度的衡器，是否要用C3（3000分度）級(jí)的稱重傳感器；多只稱重傳感器應(yīng)用，系統(tǒng)精度會(huì)提高1/n，此時(shí)對(duì)于5000分度、6000分度的衡器，要使用多少分度的稱重傳感器；稱重傳感器的zui小檢定分度值怎樣設(shè)計(jì)確定；稱重傳感器的溫度靈敏度在衡器使用中怎樣起作用；并且，新標(biāo)準(zhǔn)中，確定稱重傳感器性能的參考理論直線由過(guò)去標(biāo)準(zhǔn)的100%滿量程和零點(diǎn)之間的直線，修改為75%的稱重傳感器滿量程輸出與零點(diǎn)之間的連線為理論直線。對(duì)稱重傳感器的評(píng)價(jià)更多的是考慮與衡器精度的匹配關(guān)系，理論計(jì)算比87標(biāo)準(zhǔn)要復(fù)雜很多，不能直觀的進(jìn)行判斷；該標(biāo)準(zhǔn)更像是檢定規(guī)程，注重了稱重傳感器的性能評(píng)價(jià)，而沒(méi)有考慮傳感器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中需要解決的問(wèn)題。如：稱重傳感器零點(diǎn)，溫度零點(diǎn)，靈敏度允差，絕緣指標(biāo)，輸入輸出電阻允差等。由于在產(chǎn)品領(lǐng)取生產(chǎn)許可證和復(fù)評(píng)中，首先需要對(duì)稱重傳感器進(jìn)行溫度性能試驗(yàn)，所以生產(chǎn)廠家、檢測(cè)部門(mén)都開(kāi)始配備帶溫度試驗(yàn)箱的測(cè)力機(jī)，嚴(yán)格控制稱重傳感器在各溫度下的性能指標(biāo)，這一點(diǎn)應(yīng)該是該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱重傳感器技術(shù)zui有力的推動(dòng)作用。用戶和生產(chǎn)廠家在銷(xiāo)售和選擇稱重傳感器時(shí)，也更多的是考慮稱重傳感器的級(jí)別和分度數(shù)來(lái)作為產(chǎn)品的優(yōu)選指標(biāo)而不是再以單一指標(biāo)0.02或者0.03級(jí)來(lái)選擇傳感器了。
四、GB/T7551-2008《稱重傳感器》的主要特點(diǎn)
該標(biāo)準(zhǔn)與GB/T7551－1997《稱重傳感器》在稱重傳感器性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方面是一致的，仍然沿用了97版標(biāo)準(zhǔn)的稱重傳感器分度值、分度數(shù)和zui大允許誤差帶的概念。為了彌補(bǔ)97版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生產(chǎn)指導(dǎo)的不足，增加了零點(diǎn)、輸入輸出電阻、絕緣、外觀等指標(biāo)要求，但對(duì)稱重傳感器的模擬部分的長(zhǎng)期穩(wěn)定性指標(biāo)，沒(méi)有提及；在影響量中，也沒(méi)有考慮偏載、過(guò)載、機(jī)械振動(dòng)、連續(xù)沖擊、加速壽命試驗(yàn)等；但是提出了“對(duì)帶電子組件的稱重傳感器的要求”，即數(shù)字稱重傳感器的要求，以適應(yīng)蓬勃發(fā)展的數(shù)字傳感器技術(shù)。從某種意義上講，稱重傳感器屬于一種半*性器件，使用壽命一般的應(yīng)該達(dá)到5～10年的時(shí)間。所以在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，不能夠忽視這些技術(shù)指標(biāo)，除了從產(chǎn)品的檢測(cè)、評(píng)價(jià)角度來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)外，更應(yīng)該從生產(chǎn)和使用的角度來(lái)規(guī)定稱重傳感器的技術(shù)指標(biāo)。
五、淺談新標(biāo)準(zhǔn)存在的不足
1、沒(méi)有考慮靈敏度允差對(duì)衡器四角的影響
以多只稱重傳感器的使用為例，稱重傳感器的靈敏度允差，是選擇稱重傳感器時(shí)需要認(rèn)真考慮的指標(biāo)，靈敏度允差過(guò)大，會(huì)使得各稱重傳感器輸出不平衡，影響衡器的四角調(diào)整。
2、沒(méi)有提出模擬稱重傳感器的穩(wěn)定性指標(biāo)
（1）穩(wěn)定性與靈敏度指標(biāo)的關(guān)系
稱重傳感器的靈敏度，一方面是設(shè)計(jì)和加工決定的，另一方面也是通過(guò)電氣補(bǔ)償進(jìn)行靈敏度標(biāo)準(zhǔn)化補(bǔ)償確定的，是二次靈敏度。所以，對(duì)于相同量程的二只稱重傳感器，假設(shè)其靈敏度一樣，而彈性體的應(yīng)變梁壁厚不一樣，其初始靈敏度為2.1Mv/V和2.4Mv/V，然后通過(guò)串聯(lián)電阻而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)
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化輸出的要求2mV/V。因此，雖然zui終指標(biāo)一樣，但由于設(shè)計(jì)值不一樣，而使得二只稱重傳感器抗過(guò)載能力和靈敏度穩(wěn)定性會(huì)不一樣。
（2）穩(wěn)定性與材料的關(guān)系
沒(méi)有了稱重傳感器的穩(wěn)定性指標(biāo)，目前市場(chǎng)上，就出現(xiàn)了各種材料的稱重傳感器。以橋式稱重傳感器為例，材料當(dāng)然是40CrNiMoA，但現(xiàn)在大量的有40Cr的材料制成的稱重傳感器；其長(zhǎng)期穩(wěn)定性肯定不一樣。生產(chǎn)廠沒(méi)有花精力去研究什么樣的材料可以提高稱重傳感器的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期保證稱重傳感器的性能，而是挖空心思降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，采用稍差的材料來(lái)生產(chǎn)稱重傳感器，而考慮稱重傳感器在短時(shí)間損害的時(shí)候，通過(guò)更換稱重傳感器時(shí)抬高價(jià)格來(lái)彌補(bǔ)初始銷(xiāo)售時(shí)低價(jià)格帶來(lái)的損失。在87版標(biāo)準(zhǔn)的影響下，生產(chǎn)廠將稱重傳感器放置半年以后才發(fā)貨，而現(xiàn)在根本沒(méi)有這樣來(lái)組織生產(chǎn)的企業(yè)了。所以，在作為標(biāo)準(zhǔn)器件使用的場(chǎng)合，只能使用德國(guó)等國(guó)家生產(chǎn)的具有良好穩(wěn)定性能的稱重傳感器了，作為標(biāo)準(zhǔn)使用的稱重傳感器，仍然在使用國(guó)外公司的產(chǎn)品。
3、稱重傳感器的分度值大于3000之后，分度是否合理
目前，市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)了分度數(shù)大于3000的稱重傳感器，即：C4，C5級(jí)的稱重傳感器，按技術(shù)要求，大于2000分度之后，誤差限為1.05e，稱重傳感器的相對(duì)誤差會(huì)很小，而測(cè)量要求“載荷發(fā)生系統(tǒng)和測(cè)量稱重傳感器輸出的指示儀表系統(tǒng)共同形成的系統(tǒng)擴(kuò)展不確定度，應(yīng)不超過(guò)受試稱重傳感器zui大允許誤差的三分之一”。這樣，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)提出了更高的要求，現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)很多都達(dá)不到要求。
六、結(jié)束語(yǔ)
本文分析了自GB7551-87《電阻應(yīng)變稱重傳感器》標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來(lái)，稱重傳感器標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的變化，以及這些變化對(duì)生產(chǎn)廠、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、用戶在生產(chǎn)、檢測(cè)、選擇稱重傳感器時(shí)，帶來(lái)的影響。zui后根據(jù)自己的理解，提出了一點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展的看法。不當(dāng)之處，請(qǐng)同行批評(píng)指正。