Desarrollo e innovación tecnológica de células de carga extensométricas
En los primeros 30 años, los sensores de carga estructural de columnas, tubos, anillos y vigas para tensiones normales (tensión, compresión y flexión) dominaron el mundo. Durante este período, el académico británico Jackson desarrolló galgas extensométricas de resistencia con láminas metálicas, que proporcionaron elementos de conversión ideales para sensores de carga y creó un nuevo proceso para pegar galgas extensométricas de resistencia con adhesivos termoestables. Después de años de práctica, American BLH Company y Revere Company crearon la tecnología de ajuste de compensación del circuito del sensor de carga, que mejoró la precisión y estabilidad del sensor de carga, aumentando la precisión de un pequeño porcentaje en la década de 1940 a 0,05 a principios de la década de 1970. Sin embargo, los problemas durante el proceso de aplicación también son muy destacados, y se manifiestan principalmente en: (1) los cambios en el punto de aplicación provocarán cambios de sensibilidad relativamente grandes cuando se realizan cargas cíclicas de tracción y presión al mismo tiempo, la desviación de la sensibilidad es grande; resistencia a cargas excéntricas y laterales. La capacidad es pobre; no se puede realizar la medición de cargas pequeñas. Las deficiencias mencionadas limitan seriamente el desarrollo de sensores de carga.
Más de 30 años después, se han producido dos avances tecnológicos: el sensor de carga de tensión cortante y el sensor de carga a pequeña escala de aleación de aluminio en la década de 1970, en la década de 1980, la celda de carga estaba completamente separada de la carga; celda y dos El segundo cambio importante es la formulación de las recomendaciones internacionales R60 y el desarrollo de sensores de pesaje digitales inteligentes. En la década de 1990, se integraron continuamente altas y nuevas tecnologías en los procesos de diseño estructural y fabricación para enfrentar nuevos desafíos, lo que aceleró el desarrollo de la tecnología de celdas de carga.
En 1973, el académico estadounidense Hogg Sturm propuso la teoría de utilizar la tensión de corte como independiente del momento de flexión en lugar de la tensión normal para diseñar sensores de carga, y diseñó un sensor de carga de viga de corte en voladizo con un I-circular. sección transversal en forma. Rompe la unidad de los sensores de carga de tensión convencionales y forma una nueva tendencia de desarrollo. Este es un gran avance en el diseño estructural de células de carga.
Alrededor de 1974, el académico estadounidense Stein y el académico alemán Edom propusieron establecer un modelo de mecánica corporal elástica más complejo, utilizando métodos de cálculo de elementos finitos para analizar la resistencia, la rigidez, el campo de tensión y el campo de desplazamiento del elastómero para obtener el diseño óptimo. Abre una nueva forma de diseñar y calcular sensores de carga utilizando métodos de análisis y cálculo modernos.
A mediados y principios de la década de 1970, las empresas fabricantes de instrumentos de pesaje en Estados Unidos, Japón y otros países comenzaron a desarrollar básculas de precios electrónicas comerciales y necesitaban urgentemente sensores de carga de pequeño alcance. Ni el sensor de tensión normal tradicional ni el sensor de carga de tensión de corte recientemente desarrollado pueden medir en el rango de varios kilogramos a decenas de kilogramos. El académico estadounidense Charters propuso utilizar una aleación de aluminio con un módulo elástico bajo como elastómero y utilizar una estructura de múltiples vigas para resolver la contradicción entre sensibilidad y rigidez. Se diseña un pequeño sensor de carga de viga paralela de aleación de aluminio. Cabe señalar que el sensor de carga de viga paralela se basa en el principio de momento de flexión constante, de modo que la estructura de tensión normal que utiliza la tensión de flexión en la superficie de la viga paralela tiene. las características de un sensor de carga de esfuerzo cortante. Es el primer paso del sensor de carga de estructura de vigas paralelas. El cálculo del diseño sentó las bases teóricas y formó otra tendencia de desarrollo.
La fluencia es un problema clave que los extensímetros de resistencia y los sensores de carga de aleación de aluminio encuentran a menudo y que debe resolverse. De 1943 a 1978, la ex académica soviética Kolokova analizó el modelo mecánico unidimensional y el coeficiente de transferencia de deformación y propuso que controlando la relación entre el ancho de la cabeza de la rejilla y el ancho de la línea de la rejilla de la rejilla sensible al extensímetro de resistencia, se pueden fabricar diferentes deformaciones de fluencia. La teoría de las galgas extensométricas de resistencia de valor variable y desarrolló con éxito una serie de galgas extensométricas de resistencia de compensación de fluencia. Desempeña un papel importante en la reducción del error de fluencia y la mejora de la precisión de los sensores de carga de aleación de aluminio de baja capacidad, lo que permite producir múltiples variedades y producción en masa de sensores de carga de aleación de aluminio para básculas electrónicas de precios.
Debido al rápido desarrollo de la tecnología de pesaje electrónico, el método de evaluación del rendimiento del sensor de carga ya no puede satisfacer las necesidades de utilizar zonas de tolerancia escalonada para evaluar el nivel de precisión de los instrumentos de pesaje electrónicos. Existe una necesidad urgente. para un método adecuado para la evaluación de la precisión de los instrumentos de pesaje electrónicos. A principios de la década de 1980, la Secretaría de Orientación de Medición de Calidad de la OIML decidió separar completamente los sensores utilizados para el pesaje electrónico de los sensores utilizados para la medición de fuerza, y la Secretaría del Octavo Informe administrada por los Estados Unidos redactó las "Reglas de medición de sensores de carga". Después de una votación por escrito de los estados miembros de la OIML, fue adoptado formalmente en la Séptima Conferencia de Metrología Legal en junio de 1984+00, y promulgado en junio de 1985 junto con las recomendaciones internacionales de la OIML y R60, y distribuido a todos los estados miembros. Los países están implementando la versión 2000 de la R60. Se puede decir que las "Reglas de medición de sensores de carga" R60 son el "pasaporte" para que los sensores de carga de varios países ingresen al mercado internacional.
Con el desarrollo de la tecnología digital y la tecnología de la información, varias industrias tienen una demanda creciente de instrumentos de pesaje electrónicos digitales. Se propone utilizar un sistema de pesaje digital para superar las limitaciones del sistema de pesaje analógico, y los sensores de pesaje analógicos no tienen poder. Porque antes de esto, la investigación sobre células de carga se centraba principalmente en el hardware, como la innovación de estructuras elásticas, la mejora de los procesos de fabricación y la mejora de la compensación y el ajuste de los circuitos. Las celdas de carga analógicas todavía tienen deficiencias como señal de salida pequeña, capacidad antiinterferencia deficiente, distancia de transmisión corta, instrumentos de control de visualización de pesaje complejos y ciclos de depuración largos de los componentes de la báscula.
Para satisfacer las necesidades de las básculas electrónicas digitales, las empresas Toledo, STS, CARDINAL en los Estados Unidos y la empresa HBM en Alemania han desarrollado sucesivamente sensores de pesaje digitales inteligentes integrados y separados debido a su gran señal de salida y su fuerte capacidad antiinterferencia. y distancia de transmisión de señal Control inteligente remoto y fácil de realizar, se ha convertido en un producto esencial para básculas electrónicas digitales y sistemas automáticos de control y medición de pesaje, y se ha convertido en un punto caliente en desarrollo.
En la década de 1990, debido a la madurez de las tecnologías básicas como el diseño y cálculo de celdas de carga, el desarrollo de las celdas de carga se centró en la investigación de procesos y aplicaciones, centrándose en la estandarización de productos, la serialización, el diseño de ingeniería y la escala. Se han logrado grandes avances en la tecnología de producción, principalmente en:
Introducción de tecnología de realidad virtual informática y tecnología virtual en el diseño estructural y de procesos; integración de tecnología de fabricación flexible en el procesamiento de elastómeros mediante tecnología de envejecimiento por vibración trasplantada; y nueva tecnología de envejecimiento por vibración en el proceso de estabilización creó métodos automáticos de detección rápida y comparación dinámica en pruebas y verificación. También se ha producido un gran avance en la investigación de tecnologías aplicadas: se ha desarrollado un nuevo módulo de pesaje basado en el módulo de pesaje tradicional. Este es un producto típico que aplica nuevas tecnologías para enfrentar nuevos desafíos. Se caracteriza por un diseño modular y una función plug-and-play, que puede reducir los errores de pesaje causados por sobrepeso, efectos térmicos, sobrecarga accidental, etc., y puede soportar el sobrepeso causado por vibraciones, impactos, agitaciones u otras fuerzas externas. En resumen, dos avances tecnológicos en la década de 1970, dos cambios importantes en la década de 1980 y la introducción de conceptos de alta tecnología de I+D que enfrentaron nuevos desafíos en la década de 1990 han promovido en gran medida el desarrollo de la tecnología de sensores de carga.
Célula de carga extensométrica-II. El estado actual de la tecnología de sensores de carga extranjera y las razones de su rápido desarrollo. En cuanto a la tecnología y el proceso de fabricación de las células de carga utilizadas en básculas electrónicas industriales y comerciales, empresas fabricantes famosas de países desarrollados como Estados Unidos y Alemania ocupan una posición de liderazgo en el mercado internacional de empresas fabricantes con cierta escala en mi país. están en la posición de retadores o seguidores del mercado. Los centros de investigación y desarrollo y producción de celdas de carga para básculas electrónicas domésticas se encuentran en China y Shenzhen, y la tecnología de fabricación, el nivel de proceso, la calidad del producto y la producción anual mejoran año tras año.
La competencia en la tecnología de sensores de pesaje en el mercado internacional actual se refleja principalmente en la competencia de la precisión, estabilidad y confiabilidad del producto; la competencia de la tecnología de fabricación y el proceso de fabricación; Desarrollar nuevos productos y productos con competencia independiente en derechos de propiedad intelectual. Todos los fabricantes de células de carga están trabajando arduamente para cultivar sus propias tecnologías básicas de competitividad y crear productos básicos de competitividad.
De los productos exhibidos en la Exposición Internacional de la Industria de Instrumentos de Pesaje en los últimos años y del análisis de los productos de muchas empresas líderes del mercado, se puede concluir que estas empresas tienen el mismo objetivo: mejores materiales elastómeros. ; los requisitos técnicos para las galgas extensométricas de resistencia, los componentes de compensación y la detección de estrés ambiental son más estrictos; el proceso de fabricación es más refinado y el proceso de compensación del circuito es más perfecto;
La precisión, estabilidad y fiabilidad de las células de carga son indicadores de calidad importantes y también son los temas que más preocupan a los usuarios. En este sentido, estas empresas han realizado muchos trabajos de investigación y pruebas en diseño estructural, tecnología de fabricación, compensación y ajuste de circuitos, procesamiento de estabilidad, etc., y han logrado grandes avances. Los principales resultados son los siguientes:
(1) En el proceso de cálculo del diseño estructural, se introduce tecnología de realidad virtual por computadora para la simulación dinámica y el análisis dinámico se introduce en el diseño del proceso para simular y probar; el proceso de producción de elastómeros;
(2) La tecnología de fabricación avanzada se integra en el proceso de procesamiento de elastómeros para transformar la fabricación rígida en fabricación flexible. Los centros de mecanizado, las unidades de fabricación flexibles y los sistemas de fabricación flexibles se utilizan ampliamente;
(3) En todo el proceso de producción, las operaciones manuales y los controles manuales deben reducirse tanto como sea posible, y los controles semiautomáticos y automáticos y se deben agregar procedimientos de inspección automática para aumentar la producción. En el proceso se utiliza tecnología de redes informáticas;
(4) Mejorar los equipos de proceso innovadores, lograr una compensación de circuito inteligente eficiente, establecer un sistema de detección rápida completamente automático y mejorar la tasa de éxito de los productos C3 y la tasa de aprobación de muestreo de los productos producidos en masa
(5) Transplantar tecnología y equipos de estabilización avanzados, implementar envejecimiento por vibración o nueva tecnología de envejecimiento por vibración y mejorar la estabilidad a largo plazo. y confiabilidad de trabajo de la celda de carga;
(6) Aplicar tecnologías avanzadas y nuevas para desarrollar nuevos productos y productos con derechos de propiedad intelectual independientes para mejorar la competitividad central. Las empresas que ocupan una posición de liderazgo en el mercado internacional cuentan con sus propias tecnologías, procesos y productos competitivos, tales como: celdas de carga dinámicas "O-creep" con puentes de fluencia hacia adelante y hacia atrás en bronce berilio: inteligentes digitales integrales y Split; células de carga: células de carga de alta temperatura de 3 y 4 columnas de acero inoxidable de alta precisión, nuevos módulos de pesaje "plug and play" de diseño modular, etc.