從應(yīng)變式稱重傳感器研發(fā)、強(qiáng)化企業(yè)競爭力和參與國際市場競爭等角度，認(rèn)識制造工藝的地位和作用，得出應(yīng)變式稱重傳感器是以制造工藝為基礎(chǔ)，并倚賴于制造工藝而發(fā)展起來的，當(dāng)今應(yīng)變式稱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(yīng)變式稱重傳感器研制生產(chǎn)過程中一般稱之的共性基礎(chǔ)技術(shù)，而且已成為起關(guān)鍵作用的專業(yè)技術(shù)。本文從制造工藝在應(yīng)變式稱重傳感器研制生產(chǎn)中的地位和作用；應(yīng)變式稱重傳感器主要制造工藝及其機(jī)理；應(yīng)變式稱重傳感器

制造工藝發(fā)展趨勢等方面闡述這一理念。

一、概述

在人類文明社會起始之時，就認(rèn)識到制造技術(shù)、制造工藝的地位和作用。勞動創(chuàng)造世界，制造技術(shù)、制造工藝從來就是生產(chǎn)力的活躍內(nèi)涵，是工程技術(shù)物化過程中最積極的因素，是科研成果轉(zhuǎn)化為商品的橋梁。應(yīng)變式稱重傳感器（以下簡稱為稱重傳感器）技術(shù)與產(chǎn)品也不例外，從 20  世紀(jì)40年代問世至今完全是以制造技術(shù)、制造工藝為基礎(chǔ)，并倚賴于制造技術(shù)、制造工藝而發(fā)展起來的。

20世紀(jì)  90年代以來，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家處于國際市場引導(dǎo)者地位的稱重傳感器制造企業(yè)，通過分析、研究幾乎均不約而同的將科研發(fā)展重心轉(zhuǎn)移到制造技術(shù)、制造工藝研究與應(yīng)用領(lǐng)域，有許多新認(rèn)識、新體會，創(chuàng)造和應(yīng)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(yīng)用效果。這些稱重傳感器制造企業(yè)的體會是：稱重傳感器制造技術(shù)、制造工藝絕對不是一些人觀念中的“作坊手藝”，而是一個集機(jī)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(xiàn)代管理技術(shù)的納入和推動，制造工藝的概念及內(nèi)涵不斷的擴(kuò)展，由狹義到廣義、由局部到整體、由單項到系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的稱重傳感器制造工藝與現(xiàn)代工藝技術(shù)相結(jié)合，技術(shù)與管理相結(jié)合形成新型

的現(xiàn)代制造工藝系統(tǒng)。上述認(rèn)識，越來越被國內(nèi)稱重傳感器制造企業(yè)所接受，制造工藝的發(fā)展與應(yīng)用越來越為技術(shù)人員所重視和關(guān)注。近年來一些企業(yè)針對重傳感器大批量生產(chǎn)線，開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(bǔ)償系統(tǒng)；液壓全自動疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)自動快速檢測系統(tǒng)；每塊砝碼可單獨(dú)加載、幾塊砝碼或全部砝碼組合起來一同快速加載的 50t靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)；橋式稱重傳感器無縫鏈接自動檢測生產(chǎn)線等新型工藝裝備和制造工藝均取得了較好的應(yīng)用效果。

二、制造工藝在稱重傳感器研制生產(chǎn)中的地位和作用

眾所周知，稱重傳感器在研制、生產(chǎn)過程中有四大關(guān)鍵問題，即結(jié)構(gòu)、材料、工藝、檢測。其中制造技術(shù)、制造工藝對稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性影響極大，可以說制造工藝水平直接影響稱重傳感器技術(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，稱重傳感器技術(shù)與應(yīng)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)、制造工藝與稱重傳感器技術(shù)是相輔相成的促進(jìn)與帶動關(guān)系，制造工藝是稱重傳感器制造企業(yè)強(qiáng)化競爭能力、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。哪個企業(yè)重視制造技術(shù)、制造工藝的研究與應(yīng)用，哪個企業(yè)就受益多、進(jìn)步快。稱重傳感器制造企業(yè)要在當(dāng)今激烈而近乎殘酷的市場競爭中能生存、發(fā)展并取得經(jīng)濟(jì)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，才能占領(lǐng)市場。這些綜合優(yōu)勢的取得，主要的手段是靠產(chǎn)品開發(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，在稱重科技領(lǐng)域具有很高的專業(yè)技術(shù)水平。特別是在稱重傳感器研究、制造、應(yīng)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重傳感器方面的制造專家，能制造出穩(wěn)定性、可靠性具佳的高準(zhǔn)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(chǔ)。德國工程物理研究院高級顧問曼弗雷德．科赫西科博士認(rèn)為，這要?dú)w功于德國衡器制造業(yè)日益增強(qiáng)的技術(shù)與工藝革新能力和永不滿足的創(chuàng)新精神。

稱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，是對制造工藝及其工藝流程的科學(xué)性、合理性、穩(wěn)定性和可重復(fù)性的嚴(yán)格考驗。正如國際制造專業(yè)專家的評價： “如果產(chǎn)品開發(fā)要花十倍努力的話，那么批量生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)就要花百倍的努力。 ”美國、歐洲一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的稱重傳感器制造企業(yè)，正是他們在開發(fā)批量生產(chǎn)技術(shù)中用了百倍的努力，才在國際稱重傳感器技術(shù)和市場競爭中處于引導(dǎo)者地位，并保持至今。

稱重傳感器制造技術(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(rèn)識，未能給予足夠的重視。有些企業(yè)稱重傳感器產(chǎn)品設(shè)計遷就工藝，工藝設(shè)計遷就設(shè)備，這是長期以來稱重傳感器技術(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(shè)備，并要反復(fù)的進(jìn)行制造工藝方面的實踐，需要積累多年的實踐經(jīng)驗，辛勤專研若干年后才能攻克某些技術(shù)與工藝難關(guān)。因此，難以在較短時期內(nèi)出成果、出人才、出效益。但是，稱重傳感器的質(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。

稱重傳感器產(chǎn)品開發(fā)實踐證明，結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)和制造工藝技術(shù)是保證批量生產(chǎn)的每一個產(chǎn)品，都符合國家標(biāo)準(zhǔn)的主要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代化的先進(jìn)設(shè)計技術(shù)是實現(xiàn)高質(zhì)量稱重傳感器的主導(dǎo)性因素，而科學(xué)合理、可重復(fù)的制造工藝技術(shù)是實現(xiàn)高質(zhì)量稱重傳感器的基礎(chǔ)性保障，此兩大基礎(chǔ)不可分割，必須并重。就稱重傳感器產(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)量無可厚非，不抓生產(chǎn)工藝永無寧日。20世紀(jì)  80年代末期，美國為克服一些企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略思想適應(yīng)市場變化慢，設(shè)計的產(chǎn)品可制造性差、開發(fā)周期較長、忽視不斷改進(jìn)產(chǎn)品性能和提高制造工藝水平等問題，提出設(shè)計和工藝要平行作業(yè)，聯(lián)合工作，開展：“同時工程“（Concurrent    Engineering），確定了同時、制約、協(xié)調(diào)、一致四原則。即在相同的時間框架內(nèi)設(shè)計與工藝進(jìn)行平行作業(yè)，不同程度的縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。當(dāng)然在目前   CAD/CAM/CAE

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

三、稱重傳感器主要制造工藝及其機(jī)理分析

1．電阻應(yīng)變計粘貼工藝機(jī)理

將電阻應(yīng)變計粘貼在彈性元件應(yīng)變區(qū)的表面屬于物理結(jié)合，利用的是金屬材料表面的附著力和分子之間的引力，它不象化學(xué)結(jié)合那樣由分子鍵聚合而十分牢固。因此，為使電阻應(yīng)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，為增加表面的附著力創(chuàng)造條件。

（2）增大有效粘貼面積，提高粘結(jié)強(qiáng)度，特別是抗剪強(qiáng)度。

（3）使應(yīng)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(yīng)變計是稱重傳感器制造工藝流程中的關(guān)鍵工序，應(yīng)嚴(yán)格按工藝技術(shù)要求操作。為保護(hù)粘貼好的電阻應(yīng)變計使其保持位置準(zhǔn)確，應(yīng)與高溫橡膠板隔離。即在電阻應(yīng)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(shù)低，所以作為一個滑動膜位于電阻應(yīng)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的余地，而又不影響電阻應(yīng)變計粘貼位置的準(zhǔn)確性。實際上是在已粘貼電阻應(yīng)變計和高溫橡膠板兩者之間，提供一個非吸附性界面，為正確安裝加壓夾具，保證電阻應(yīng)變計位置準(zhǔn)確創(chuàng)造條件。

2．應(yīng)變膠粘劑固化、后固化工藝機(jī)理

固化就是在規(guī)定的溫度下、一定的時間內(nèi)應(yīng)變膠粘劑本身交聯(lián)，以及它和彈性元件之間產(chǎn)生附著作用而牢固結(jié)合的過程。固化是否充分、完全，直接影響應(yīng)變膠粘劑的物理和機(jī)械性能，主要是關(guān)系到影響應(yīng)變傳遞性能的粘結(jié)強(qiáng)度，特別是剪切強(qiáng)度達(dá)不到技術(shù)要求，造成彈性元件的應(yīng)變不能同步準(zhǔn)確的傳遞給電阻應(yīng)變計的敏感柵。固化工藝的關(guān)鍵問題是固化溫度、保溫時間、升溫速率，因此必須嚴(yán)格按應(yīng)變膠粘劑的固化工藝要求進(jìn)行，要特別保證溫度的準(zhǔn)確性和均勻性。嚴(yán)格說來，應(yīng)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間對應(yīng)變膠粘劑的微觀結(jié)構(gòu)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間，使應(yīng)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，由于其分子鍵聚合不牢固，在承受變形時會產(chǎn)生小分子，增加蠕滑效應(yīng)，從而增大了蠕變值，并使稱重傳感器的零點(diǎn)不穩(wěn)定，因此應(yīng)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(yīng)變膠粘劑達(dá)到最佳綜合性能和進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的工序，其目的是使應(yīng)變膠粘劑固化更完全，并消除一次固化時因加壓、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(yīng)力。

也可以說是在短時間內(nèi)，通過加溫模擬長時間應(yīng)變膠粘劑膠層的自然固化。后固化的最高溫度應(yīng)比固化溫度高 20℃～30℃，保溫 2～3小時，隨加溫設(shè)備降溫，后固化的作用：

（1）擴(kuò)大了電阻應(yīng)變計與彈性元件粘結(jié)層的溫度極限。

（2）增加了粘結(jié)層的彈性模量。

（3）釋放殘余應(yīng)力，使粘結(jié)層的應(yīng)力均勻進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3．組焊惠斯通電橋工藝機(jī)理

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

四個電阻稱為電橋的四個臂，四邊形的 BD對角線連有測量儀表稱為電橋的輸出端，四邊形的AC對角線連接電源稱為電橋的供橋端。在供橋端AC施加供橋電壓U后，便在輸出端BD有一個初始電壓U，若橋臂的電阻發(fā)生變化，則輸出電壓也相應(yīng)變化為U＋△U。

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

即：

上式說明，電橋平衡時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，只有一個橋臂電阻發(fā)生變化的稱為單臂式電橋；兩個相鄰橋臂電阻發(fā)生變化的稱為半橋式電橋；四個橋臂電阻均發(fā)生變化的稱為全橋式電橋。

惠斯通電橋用于應(yīng)變式稱重傳感器時有如下特點(diǎn)：

（1）起始狀態(tài)（橋臂電阻未發(fā)生變化）時，輸出電壓 U可以為零。工作時，以輸出電壓從零開始的變化量△U反映電阻的變化量，可以達(dá)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全橋連接可以相互抵消；

（3）如果電阻應(yīng)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(cè)向載荷的影響；

（4）容易進(jìn)行各項電路補(bǔ)償與調(diào)整。

稱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路，即R＝∝，通常將這種電橋稱為“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(dǎo)出電橋輸出電壓公式：

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

4．靈敏度溫度補(bǔ)償工藝機(jī)理

早在 20世紀(jì)  40年代初期，也就是應(yīng)變式負(fù)荷傳感器問世之時，人們就注意到溫度對合金鋼制成的機(jī)械式標(biāo)準(zhǔn)測力環(huán)指示值的影響。美國和前蘇聯(lián)學(xué)者經(jīng)過反復(fù)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(zhǔn)確的修正系數(shù) 0.027％/℃。美國學(xué)者威爾遜 1946年發(fā)表的論文“標(biāo)準(zhǔn)測力環(huán)的溫度系數(shù)”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(yīng)變式測力與稱重傳感器也必然產(chǎn)生此種溫度誤差，而且其影響因素比標(biāo)準(zhǔn)測力環(huán)更多、更復(fù)雜。除稱重傳感器彈性元件金屬材料的彈性模量具有負(fù)溫度系數(shù)的影響外，還有電阻應(yīng)變計靈敏系數(shù)的溫度系數(shù)影響。主要是彈性模量溫度系數(shù)影響，其影響量即稱重傳感器的靈敏度溫度誤差可達(dá)（0.03～0.05）％/℃。稱重傳感器在使用過程中，溫度每變化 10℃靈敏度就變化 0.3％～0.5％，這是非?？捎^的誤差，因此必須進(jìn)行靈敏度溫度補(bǔ)償。

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

這說明稱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(yīng)變計靈敏系數(shù)和制造工藝，在相當(dāng)小的程度上與稱重傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

國內(nèi)外稱重傳感器制造企業(yè)大量的試驗測量數(shù)據(jù)證明，對同一種彈性元件結(jié)構(gòu)而言，只要彈性元件的金屬材料、電阻應(yīng)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(bǔ)償工藝引起的。

既然稱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，如果在稱重傳感器靈敏度增大的同時，使電橋電路的實際供橋電壓也與之成比例的減小，保持供橋電壓與實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(bǔ)償原理。根據(jù)這一原理，在電橋的供橋回路中，串聯(lián)一個隨環(huán)境溫度變化而變化的靈敏度溫度補(bǔ)償電阻R，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，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，使電橋的實際供橋電壓U減小，從而導(dǎo)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(bǔ)償作用。靈敏度溫度補(bǔ)償電路如圖 2所示。

5．防護(hù)與密封工藝機(jī)理

防護(hù)與密封是稱重傳感器制造工藝流程中的要害工序，是稱重傳感器耐受客觀環(huán)境和感應(yīng)環(huán)境影響而能穩(wěn)定可靠工作的根本保障。粘貼在稱重傳感器彈性元件上的電阻應(yīng)變計，以及所用的應(yīng)變膠粘劑，都會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(hù)與密封不良，電阻應(yīng)變計和應(yīng)變膠粘劑吸收空氣中的水份，就會使膠粘劑層膨脹增塑，造成絕緣電阻、粘結(jié)強(qiáng)度和剛性急劇下降，引起零點(diǎn)漂移和輸出無規(guī)律變化，直至稱重傳感器失效。在某些試驗場合，稱重傳感器還會受到水的直接噴射和浸泡，潮氣的滲入都會使應(yīng)變膠粘劑的粘結(jié)強(qiáng)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(fù)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(yīng)變計和應(yīng)變膠粘劑有較強(qiáng)的腐蝕作用。此時稱重傳感器的制造工藝再精湛、技術(shù)性能指標(biāo)再優(yōu)良也無法發(fā)揮作用，所以穩(wěn)定性和可靠性是稱重傳感器的前提性技術(shù)指標(biāo)。確保此項指標(biāo)必須進(jìn)行有效的防護(hù)與密封，提高稱重傳感器防潮、防水、防鹽霧性能和抗振動、沖擊的能力。這是稱重傳感器防護(hù)與密封的重點(diǎn)，如果防護(hù)與密封不良，將使此前各項工藝成果前功盡棄，可見防護(hù)與密封的重要性。

目前，稱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(zhuǎn)變時效狀態(tài)處理工藝機(jī)理

在研制小量程稱重傳感器時，靈敏度與剛度應(yīng)同時考慮，即在規(guī)定的靈敏度條件下，稱重傳感器盡可能的具有較大的剛度。為了滿足這一要求，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(qiáng)比高、比強(qiáng)度大、塑性好、耐腐蝕性強(qiáng)，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重傳感器材料。

國內(nèi)外應(yīng)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(guī)范按 QJ／Z127—84規(guī)定，淬火溫度為  490～503℃，淬火保溫時間按下式計算：

T=20＋（1.5～2）t

式中

T——淬火保溫時間（min）；

t——板材厚度（mm）。

考慮到 2A12鋁合金淬火過燒溫度為  507℃，淬火溫度選擇偏下限 495℃，保溫時間選擇偏上限T=20＋2t為好，淬火水溫控制在  20～30℃。淬火后自然時效 96小時為熱處理自然時效狀態(tài)，代號T4（原代號 CZ）。自然時效狀態(tài)的 2A12—T4鋁合金不適合制造高準(zhǔn)確度稱重傳感器，無法保證彈性元件尺寸穩(wěn)定性，直接影響稱重傳感器的零點(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(nèi)應(yīng)力，經(jīng)自然時效不能得到有效的消除。此淬火內(nèi)應(yīng)力是由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，其表層為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力。當(dāng)進(jìn)行切削加工時，內(nèi)應(yīng)力的平衡狀態(tài)受到破壞而導(dǎo)致變形或歪曲，加工成彈性元件后，還會因為應(yīng)力松馳繼續(xù)發(fā)生變形。

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

（3）在機(jī)械加工過程中，由于切削力的作用，使彈性元件本身產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，并在其表層形成很不穩(wěn)定的加工硬化層。有一部分能量會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(wěn)定狀態(tài)，殘余內(nèi)應(yīng)力也較大。隨著使用時間的延長，被變形的組織會發(fā)生變化，內(nèi)應(yīng)力不斷松弛，也將導(dǎo)致彈性元件尺寸變化。

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

如果采購了熱處理自然時效狀態(tài)的 2A12—T4鋁合金，為確保稱重傳感器的零點(diǎn)和靈敏度穩(wěn)定性，對粗加工后處于自然時效狀態(tài)的彈性元件，必須進(jìn)行一次轉(zhuǎn)變熱處理狀態(tài)的人工時效處理，即變 2A12鋁合金的自然時效狀態(tài)（T4）為人工時效狀態(tài)（T6）。為了不降低  2A12鋁合金的強(qiáng)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小時的人工時效轉(zhuǎn)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效狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯r效狀態(tài)，穩(wěn)定了組織，而且還達(dá)到了消除粗加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的目的。

四、稱重傳感器制造技術(shù)與制造工藝發(fā)展趨勢

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

發(fā)展制造技術(shù)、制造工藝本身不是目的，而是用以保證稱重傳感器在品種、規(guī)格、數(shù)量、質(zhì)量、價格等方面均能滿足國內(nèi)外電子衡器市場需求的一種手段，是用以達(dá)到企業(yè)能盡快融入國際市場參與國際競爭的需要。

制造技術(shù)總是不斷發(fā)展，沒有永恒的先進(jìn)制造技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)自動化水平的提高，不斷賦予制造技術(shù)新的內(nèi)涵，制造技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)促使整體效率和效益的提高。較長時間以來，稱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(jī)床、單道工序、單個工具的生產(chǎn)效率提高，不適應(yīng)批量生產(chǎn)。為實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，必須從稱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(shù)企業(yè)彈性元件及其附件的加工，是采用普通機(jī)床加專用夾具或者采用專用機(jī)床，盡管生產(chǎn)效率有較大提高，但仍然滿足不了大批量生產(chǎn)的需求。

只有較少數(shù)企業(yè)彈性元件及其附件的冷熱加工自動化程度較高，但也只是處于單機(jī)自動化、剛性自動化階段。處于國際市場引導(dǎo)者地位的稱重傳感器制造企業(yè)，已經(jīng)將電子計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合，普遍采用數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造單元，實現(xiàn)了柔性自動化生產(chǎn)，達(dá)到兼容多品種生產(chǎn)，穩(wěn)定質(zhì)量，提高效率，降低成本的綜合目的。我國傳統(tǒng)稱重傳感器產(chǎn)業(yè)的改造也必須倚賴先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)制造裝備，這是實現(xiàn)技術(shù)升級，跟上國際稱重傳感器技術(shù)發(fā)展步伐的有力舉措。

隨著稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，制造工藝及生產(chǎn)工藝流程不再被認(rèn)為是毫無技術(shù)含量的作坊手藝式的手工勞動，而是一個集機(jī)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，電子稱重技術(shù)和電子衡器產(chǎn)品的需要是稱重傳感器永恒的技術(shù)課題，因此制造工藝受稱重傳感器結(jié)構(gòu)更新、邊界變化、性能提高、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大等新要求而同步改進(jìn)和發(fā)展。

其中，基礎(chǔ)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(yīng)物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，一部分測力與稱重傳感器正由傳統(tǒng)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(chǔ)工藝提供微型化、高阻值電阻應(yīng)變計。為研制大阻值，低功耗電阻應(yīng)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(yīng)變電阻合金箔材，并應(yīng)用此箔材研制出微型高阻單軸和全橋電阻應(yīng)變計。

微型高阻單軸電阻應(yīng)變計的特點(diǎn)是：采用帶有溫度自補(bǔ)償性能的卡瑪合金制造敏感柵，基底材料與普通尺寸應(yīng)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(yīng)變計電阻值可達(dá)  5k?，誤差  0.2%。微型高阻全橋電阻應(yīng)變計的特點(diǎn)是：采用帶溫度自補(bǔ)償性能的卡瑪合金制造敏感柵，基底材料與標(biāo)準(zhǔn)尺寸應(yīng)變計相同；也有用于剪應(yīng)力測量的敏感柵為45°方向的全橋電阻應(yīng)變計；基底尺寸是 3.8mm×4.0mm，電阻值為 5000?±0.2%。

稱重傳感器核心制造工藝中最重要的環(huán)節(jié)，是將電阻應(yīng)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，但在工作時也會出現(xiàn)性能波動。美國 MS公司創(chuàng)造了在高溫下，將半導(dǎo)體電阻應(yīng)變計與無機(jī)玻璃熔于小型彈性元件上，制成低成本新型稱重傳感器。這種無機(jī)玻璃粘貼電阻應(yīng)變計的新技術(shù)與新工藝，消除了傳統(tǒng)的用環(huán)氧樹脂和酚醛環(huán)氧樹脂粘貼電阻應(yīng)變計所帶來的不穩(wěn)定性，極大的提高了稱重傳感器的長期穩(wěn)定性和工作可靠性，經(jīng)過一千萬周期以上的測試，其壽命基本是無限的。

稱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)的每一個產(chǎn)品都符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，保證大批量生產(chǎn)稱重傳感器的質(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(jī)控制為主的半自動化或自動化工序。并將網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)應(yīng)用于稱重傳感器的生產(chǎn)工藝流程中，實現(xiàn)工藝流程的網(wǎng)絡(luò)化。即通過通訊線路和設(shè)備把各生產(chǎn)工序具有獨(dú)立操作和控制功能的計算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下，實現(xiàn)信息的收集、存儲和處理。進(jìn)入 21世紀(jì)以來，威世精密集團(tuán)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(yīng)用于稱重傳感器生產(chǎn)工藝流程中，基本實現(xiàn)了工藝流程的網(wǎng)絡(luò)化。

在以計算機(jī)控制為中心的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)工藝流程中，單道工序的半自動化和自動化是生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)。20世紀(jì)  90年代以來，稱重傳感器制造工藝流程中，單道工序的半自動化和自動化改造成果主要有：超聲波水洗技術(shù)與工藝；全自動機(jī)器人粘貼電阻應(yīng)變計和輔助粘貼電阻應(yīng)變計系統(tǒng)；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(yīng)變膠粘劑物理和機(jī)械性能的均一性好；高效智能零點(diǎn)、靈敏度溫度補(bǔ)償測試系統(tǒng)；快速全自動在線檢測工藝和多臺疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)同時工作的無縫鏈接自動檢測稱重傳感器生產(chǎn)線；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)氧樹脂、含氟丙烯酸脂，硅氧/亞酰胺共聚物、苯基有機(jī)硅和硅化苯乙烯為基礎(chǔ)材料制作密封膠的新防護(hù)密封工藝；全自動穩(wěn)定性處理工藝；動態(tài)稱重傳感器的機(jī)械阻尼、油阻尼、電子振蕩阻尼工藝；高溫稱重傳感器的高溫電路補(bǔ)償及高溫密封新工藝等。

大批量生產(chǎn)稱重傳感器，多對生產(chǎn)工藝流程采取統(tǒng)計制程管理。即利用統(tǒng)計學(xué)原理，對生產(chǎn)工藝全過程中的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制和管理，以達(dá)到盡可能第一次就使產(chǎn)品符合國家標(biāo)準(zhǔn)和國家檢定規(guī)程要求的目的。統(tǒng)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)過程控制能力；快速分析制程出現(xiàn)的問題和迅速采取措施保證制程穩(wěn)定，最大限度的減小產(chǎn)品的不合格率。統(tǒng)計制程管理的特點(diǎn)是：

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

②預(yù)警性：一旦生產(chǎn)工藝流程出現(xiàn)異常趨勢，可立即采取對策，預(yù)防批量不合格。一般都是根據(jù)工藝?yán)碚摵蛯嵺`經(jīng)驗提供控制資料。

③科學(xué)性：把工藝過程、質(zhì)量控制、裝備利用聯(lián)系在一起，提高生產(chǎn)過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(tǒng)計制程控制，解決了長期困擾的大批量生產(chǎn)的質(zhì)量檢驗問題，改善了評估方法，減少了報表和數(shù)據(jù)分析，保證了成本、質(zhì)量和交貨期。

在稱重傳感器生產(chǎn)工藝流程中，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程信息、通信、自動化技術(shù)的橫向與縱向真正的無縫一體化，是大批量生產(chǎn)工藝流程發(fā)展的必然趨勢。

五、結(jié)語

世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家對制造技術(shù)、制造工藝的保密是非常嚴(yán)格的。從國外論文集、技術(shù)刊物、相關(guān)文獻(xiàn)中，可以找到關(guān)于系統(tǒng)、原理、結(jié)構(gòu)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。稱重傳感器技術(shù)領(lǐng)域也不例外，其有關(guān)資料和論著都是講起結(jié)構(gòu)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，就是認(rèn)為制造工藝的理論性不強(qiáng)，只是一種實際經(jīng)驗與技藝而已。實際并非如此，而是對制造工藝探索得太少，對其機(jī)理與規(guī)律研究、揭示和掌握的很不夠。本文只是從制造工藝在稱重傳感器研制生產(chǎn)中所起的關(guān)鍵作用這一側(cè)面，說明制造工藝的重要性，希望能引起足夠的重視。

國產(chǎn)稱重傳感器與工業(yè)發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比，主要差距在制造工藝上，具體的講就是基礎(chǔ)工藝和核心工藝相對落后。其中基礎(chǔ)工藝、技術(shù)裝備、檢測手段落后，工序半自動化和自動化程度低，制程穩(wěn)定性差，技術(shù)與管理相結(jié)合不夠等問題，早已引起各研制、生產(chǎn)單位以及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門關(guān)注和重視。但深入研究，統(tǒng)籌規(guī)劃、采取措施，解決問題不夠，使得稱重傳感器制造技術(shù)、制造工藝進(jìn)步不大。為適應(yīng)電子衡器技術(shù)的發(fā)展和滿足稱重傳感器市場的新需求，希望一些稱重傳感器制造企業(yè)，盡快從采用較低技術(shù)、傳統(tǒng)的手工作坊式勞動密集型生產(chǎn)方式中解放出來，從觀念上、技術(shù)上和管理上迎頭趕上，瞄準(zhǔn)先進(jìn)，迎接挑戰(zhàn)。在企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中，納入先進(jìn)的制造工藝、有效的管

理手段、切合實際的市場開拓方式，把稱重傳感器技術(shù)與工藝提高到一個新水平，為發(fā)展我國民族衡器工業(yè)作出新貢獻(xiàn)。