称重传感器的发展

第三次技术革命开始以来，我们在不知不觉中就处在了信息时代。信息的使 用是当代社会发展进步的关键之一，而要获得准确的信息，就需要多种测试途径 和方法，传感器是其中之一，尤其是在实业产业(例如制造业、工程建设)中，需要 很多准确可靠的参数数据，这些数据绝大多数都要靠精密可靠的传感器来获得。 因此说，传感器的使用和技术保证是现代化工业生产的基础之一。

同时在科研中，传感器的地位更加突出，现代科学的研究对象相比以前更加 广泛，领域涵盖面更大，且技术领域的交叉是普遍现象。大到争个宇宙的发展探 索，小到最细微的微观世界，这些都需要传感器技术的迅速发展，都依赖于传感 器提供检测数据的准确性，可以说没有传感器的应用和进步，就没有科技的发展。 根据上述发展要求，我们必须在需要的时刻获取所需的测量数据，

二这些数 据靠人类的感官是无法获得或者是获得的数据十分粗略，必须依靠相应的各类型 的传感器来测量获取。科学技术的进步和发展，大多时候需要获得极其精确和精 密的数据，而这些数据是十分难以测量和获得的，但如果有一款或一类新型的更 高精度的传感器被发明生产，这些数据的获得就不再是难题，所以科技和社会的 发展在很大程度上取决于传感器的发展。 中国传感器生产和研发行业都处于由传统型传感器向新型传感器转变的时 期，这一转变体现了新型传感器向微小型、多用途、数字化、连接智能计算机、 全面和联网发展的大趋势。

传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可 分三代： 第一代是依靠结构变化的称重传感器，结构变化的信号转化为其它信号输出， 这一类称为结构型传感器。 第二代是使用具有某些特殊性能的新材料制造的称重传感器，这些材料有特 殊磁性材料、半导体材料等，利用材料的变化转化为其它变量输出，这类传感器 称为固体型传感器。

第三代传感器是与计算机相连接的称重传感器，同时也可以连接其它检测装 置，具有一定的智能性，因此称为智能型传感器。这是近代才发展起来的一种新 型称重传感器。 资料显示，目前我国传感器产品约 6000 种左右，而国外已达 20000 多个，远 远满足不了国内市场需求。中高端传感器进口占比达 80%，传感器芯片进口更 是 达 90%，国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短 缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需 的传感器及智能化仪器仪表，国外对我国往往采取限制。 传感器技术产业渗透性强，其发展滞后局 面已经对我国新兴产业的推进形成 制约。由于我国传感器技术总体实力仍处于弱势，短时间内寻求全面突破恐不现 实。因此，发展传感器技术应首先争取在局部形成 突破，掌握一批具有自主知识 产权的核心技术，通过这些关键性领域突破的辐射带动推动产业进步。

事实上， 我国传感器产业在某些领域已形成优势。先施科技、远望谷等企业在超高射频RFID 产品领域占据国内 90%的市场份额。根据湘财证券研究报告，汉威电子气体传感 器国内市场占有率也高达 60%，气体检测仪器仪表市场占有率达 9%。

在众多应用领域，传感器虽然是不可或缺的关键器件，但它只能依附于大的 产业系统而存在，在很多领域往往还需要量身定做，不少单个领域市场规模并不 大，因此企业不应一味追求规模。 称重传感器的历史较为悠久，根据工作原理的不同主要分为应变式称重传感 器和数字式智能称重传感器，前者比后者早出现了半个世纪[4]。 早在 1938 年，美国人首先发明了纸基丝绕式电阻应变计，分别同时研制出， 命名为 SR-4(发明人分别鲁奇、西蒙斯，以两人的名字命名)，这是研制应变式称重传感器的先驱。 在这之后的 1940 年，美国 BLH 公司在 SR-4 电阻应变计的基础上研发出了应 变式负荷传感器，成为应变式传感器的创始者。

这种传感器在 1942 年大量成产出 售，实现了称重传感器的产业化。这种应变式负荷传感器多为桶、梁、环、柱式 结构，其原理是利用正应力(包括弯曲应力、压应力、拉应力等)使负荷传感器产生 应变。不久后又出现了利用粘贴式电阻应变计的模拟式称重传感器，极大的提高 了传感器的蠕变能力、准确性和稳定性。

上世纪七十年代美国人霍格斯特姆为改正当时一般负荷传感器的固有缺陷， 经研究后指出如果不使用正应力，而改用切应力设计负荷传感器，因为切应力与 弯矩无关。在此基础上他设计了圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器，使得 称重传感器有了新的突破，开辟了新的发展道路。

他为称重传感器的结构发展做 出了重大贡献。70 年代中期，一些发达资本主义国家出于需要开始研制用于商业用途的电子 计价秤，需要小量程的符合传感器（几公斤到几十公斤），这是传统的正应力负荷 传感器和切应力负荷传感器都不能满足的，由此美国学者查特斯开发出了基于不 变弯矩原理的合金平行梁负荷传感器，成为称重传感器的又一发展道路。

进入 80 年代后，随着电子技术的发展和数字技术的应用，特别是电子衡器的 发展越来越迅猛，应变式负荷传感器渐渐不能满足使用需求了，在这种情况下， 美国 TOLEDO(现 METTLER TOLEDO)公司提出了“数字式”概念并将其用于称重传感器，最终研制出了摇柱形数字式智能称重传感器，开创了数字式称重传感器的时 代。同时，称重传感器与测力传感器彻底分离，称重传感器形成了独立的一支， 并且国际计量大会衡器委员会制定了 R60 国际建议，确立了称重传感器的 检测理 论依据。

21 世纪是科技革命的世纪，信息的使用是当代社会发展进步的关键之一，而 要获得准确的信息，就需要多种测试途径和方法，传感器是其中之一，尤其是在 实业产业(例如制造业、工程建设)中，需要很多准确可靠的参数数据，这些数据绝 大多数都要靠精密可靠的传感器来获得。 作为一种测量装置，传感器的主要功能是感受被测量的变化信息，并将这一 信息转变成为其它信息型式，然后加以输出。 近年来，传感器一直朝着更灵敏、更精确、更强的适应性、更小巧和更加智 能的方向发展。可见传感器的发展还将有新的突破，迈向新的台阶。

称重传感器是一种将形变或结构变化等物理变化信号转变为可测量的电信号 等其它信号输出的装置。而对于传感器来说，使用环境是至为重要的，每一种传感器都规定了其适合使用的环境温湿度、工作场地、工作范围等因素，如果超出 这些因素使用，则会严重影响传感器的准确性和安全性，同时也会影响其寿命。

称重仪表就是称重显示器，是将称重数值显示出来的装置，是一种将称重传 感器的物理变化信号转变为其它信号传输到显示器上显示的电子仪表，它同时可 以具备多种传输、打印等功能。其应用方面十分多，几乎涵盖了当今社会的各个 方面和领域，特别是一些恶劣的氛围，为许多行业的发展贡献了力量。因此称重 传感器具必然会有广阔的前进和巨大的市场需求，不说长久，至少在未来 5 年， 称重传感器将会有广阔的发展前景。