PDF《应变式称重传感器及其相关技术 的新发展》

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一、概述 称重传感器是知识密集、技术密集和技巧密 集型的高技术产品.

研制和生产所涉及的内容多、 离散大,技术密集程度高,边缘学科色彩浓,是 多种学科相互交叉、相互渗透的结晶.批量生产 称重传感器对工艺装备和检测手段要求较高,制 造工艺比较复杂,是支持工艺、基础工艺、核心 工艺、特殊工艺的科学运用和集成. 电子称重技术的快速发展,电子衡器产品的 新需求,对称重传感器的研制和生产提出了新的 更加严格的要求,主要是与称重系统的匹配性, 即除与后接仪器或计算机组成的称重系统的输入、 输出匹配外,还要求品种多、规格全,适用于各 种电子衡器产品;

防止震动、冲击影响的机械特 性;

静态、动态和环境特性都十分优良的工作特 性;

特别是要有较长的无故障工作时间的可靠寿 命.这都要求称重传感器的研制与生产企业,必 须应用新技术、新工艺努力提高称重传感器的可 匹配性、机械特性、工作特性、长期稳定性和工 作可靠性,迎接电子称重技术和电子衡器产品的 新挑战.只有在称重传感器的研制和批量生产中 纳入新技术、新工艺,研发新产品和自主知识产 权产品,才能提高企业的核心竞争力,在以创新 竞争战略为主导的国内外市场竞争中立于不败之 地.

二、电阻应变计的新技术与新工艺 电阻应变计是应变式称重传感器的核心器件, 其敏感栅结构与应变电阻合金材料,基底、覆盖 层材料与厚度,制造工艺的科学性与合理性,热 输出、机械滞后、蠕变、漂移、灵敏系数稳定性 等工作特性,直接影响应变式称重传感器的准确 度、稳定性和可靠性.国内外许多企业都把电阻 应变式称重传感器及其相关技术 的新发展 中国运载火箭技术研究院第七零二研究所 刘九卿 [ 摘要]本文介绍了近些年来国内外称重传感器设计与制造技术及其相关的电阻应 变计、防护与密封等技术发展概况.重点介绍了技术研究的方向与课题以及纳入的新技术、 新工艺,研发的新产品.在分析这些新技术、新工艺、新产品的基础上,结合我国称重传感 器设计与制造技术的差距,提出我国称重传感器技术攻关方向与内容. [ 关键词 ] 称重传感器;

电阻应变计;

新技术;

新工艺;

技术攻关方向;

技术攻关内容 [中图分类号] TH715.1 [文献标识码] C 作者简介:刘九卿 ( 1937-),男,1960 年毕业于吉林工业大学.中国航天科技集 团公司下属中国运载火箭技术研究院第七 O 二研究所研究员,享受国家特殊津贴专家. 现为中国衡器协会技术专家委员会、职业教育工作委员会顾问, 《 衡器 》 杂志编委.编著《电阻应变式称重传感器 》 、 《 国家职业资格培训教程―称重传感器 》 ,且在有关杂志 上共发表学术论文

80 多篇. 发展论坛De ve lopm e nt Forum

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11 应变计的生产列入应变式称重传感器的基础工艺, 稳定批量生产质量都是从电阻应变计这一源头抓 起,或建立与称重传感器产品配套的电阻应变计 生产部门,或经过严格考察确定长期供货的电阻 应变计生产企业.20 世纪

90 年代以来,以美国 HPM公司、V-MM公司为代表的应变电阻合金箔 材轧制企业,以美国 V-MM、BLH 公司,德国 HBM 公司为代表的电阻应变计设计与制造企业和 我国北京紫微浩阳科技有限公司等电阻应变计生 产设备制造企业,在应变电阻合金研究、箔材轧 制与热处理、电阻应变计设计技术与制造工艺、 关键工艺装备的研制与应用上都取得一些突破性 进展,其新技术与新工艺成果如下: 1. 采用三维有限单元方法设计电阻应变计 处于国际市场引导地位的企业普遍采用二维 和三维有限单元法,建立相应的力学模型,分析 电阻应变计的应变传递系数,提出敏感栅结构设 计原则.美国 V-MM公司建立三维有限单元六面 体力学模型,取一万多个节点,在大容量电子计 算机上进行计算,其目的是研究电阻应变计结构, 解决敏感栅结构的力学效应,覆盖层的力学效果, 基底、敏感栅、覆盖层厚度对机械滞后的影响, 敏感栅结构与蠕变自补偿问题.保证电阻应变计 敏感栅的结构形状、几何尺寸、基底与覆盖层厚 度最合理. 2. 在学术领域形成了应变电阻合金学术分科 进行应变电阻合金材料、力学与电学性能测 试、箔材轧制与热处理工艺研究.主要任务是研 制满足各种类型电阻应变计工作特性要求的应变 电阻合金材料,并从合金熔炼、锻造,箔材轧制、 碾压、热处理开始控制电阻应变计的质量.箔材 粗轧工艺中的合金熔炼、电渣重熔应保证合金成 份不变,严格锻造、冷轧、碾压等工艺要求为精 轧工艺作准备.箔材精轧工艺是在洁净度较高的 环境条件下,利用高速轧机进行冷轧,采用轧机 自动厚度控制系统控制带材厚度,保证均匀一致. 碾压精度要求:厚度为0.0001 ~0.0002 英寸(2.5~5μm ) 的带材,厚度变化小于 0.00001 英寸 ( 0.25μm ). 3. 应变电阻合金箔材智能真空热处理设备 箔材在多次轧制、碾压过程中,晶格产生位 错、滑移、空位、破裂等缺陷,其附近的原子处 于热力学上的不稳定状态,是电学性能不稳定的 重要原因.因此必须进行稳定性处理,即退火处 理,在达到退火温度时这些原子吸收热能产生扩 散,使晶格缺陷迁移和消失,电阻率和电阻温度 系数趋于稳定. 智能真空热处理炉,能在极高的真空条件下, 精确的按照设定的热处理工艺曲线,对应变电阻 合金箔材进行热处理,并采用正压氢气体保护技 术,保证金属箔材不被氧化和化学成分不变,在 此前提下调整其热输出性能. 4. 超薄应变电阻合金箔材 为研制大阻值、低功耗电阻应变计,美国 V- MM 公司研究轧制出0.00006 ~0.00008 英寸(1.5~2μm ) 厚的应变电阻合金箔材. 5. 漫射光光刻技术与光刻装备 紫外爆光灯,其光谱能量集中分布在 365~ 435nm,曝光更加快速、准确,真空吸附式曝光, 箔材与光刻板接触紧密. 6. 离子束投影光刻技术 ( IPL ) 与光刻装备 被称为新一代光刻技术,其光刻工艺为: 离子源→离子束→掩膜片→静电透镜系统→ 参考平面→步进扫描承片台. 特点:分辩率高,能达到 50nm 的特征尺寸;