一、概述

在称重测力传感器的研制与生产过程中, 电阻应变计是称重传感器的核心器件，在进行电阻应变计的定型配套工作中，必须重视称重测力传感器布片的定型及其调整工艺，这里所说的布片定型及调整工艺，主要是指电阻应变计的如何定型、分布和调整的问题。理论与实践证明：传感器用应变计是否正确定型、合理分布及有效调整的问题，对传感器的灵敏度输出、综合精度、方位误差及稳定性等都会带来不同程度的影响。以下，从电阻应变计定型配套的角度，谈谈自己开展称重测力传感器的布片及调整工艺的一些实践经验和体会。

二、称重测力传感器布片的定型工艺

（1 ） 对传感器进行定型布片时，一般要考虑传感器布片区域的实际应变梯度的影响。对于应变梯度大的，应尽可采用栅长小的应变计布片 （ 所谓栅长一般指的是应变计能够感受应变的敏感栅在灵敏轴线方向上的长度 ），为尽可能减少应变计的横向效应影响，一般可通过对应变计的事先设计补偿调整处理或修片调整来得到改善。而对于应变梯度大且垂直于灵敏轴线的传感器，例如处于动态应变状态的传感器 （相对于单轴应变计，这里灵敏轴线又指应变片的纵向轴线，一般指的是当这条轴线在传感器试件上平行于最大的机械主应变方向时，应变计产生的电阻变化最大 ），宜用小栅宽的应变计布片 （ 所谓栅宽指能够承受应

变的敏感栅在灵敏轴线垂直方向上的整个宽度 ），而不同结构的传感器，其实际的应变梯度大小及受力状态等会有所不同，在定型布片工艺时，应一并考虑。

（2 ） 基于上面所述，不同结构的称重测力传感器，对电阻应变计的定型配套提出的基本布片工艺要求会有所不同。这里仅以东莞市华兰海电子有限公司生产的电阻应变计产品为例，简要说明如下。而需要提前说明的是，由于不同的应变计生产厂家，其产品的命名规则也会有所不同，在考虑传感器布片的定型及其调整工艺时，可依据各生产厂家的产品样本来参考和理解。

1 ） 对于一般电子计价秤、平台秤、天平、计重秤用双连孔平行梁系列传感器，一般采用 3AA系列的单轴应变计布片；

2 ） 对于一般电子手掌秤用双连孔平行梁系列传感器，一般采用 1.5AA系列的单轴应变计布片；

3 ） 对于一般电子厨房秤用双连孔平行梁系列传感器和电子人体秤用双端固支梁系列传感器，一般采用 1GB 或 2GB 双轴系列的半桥应变计布片；

4 ） 对于一般柱式、筒式、板环系列传感器，一般采用 2AA 或 3AA 系列的单轴应变计布片，也可以采用一横一竖排列的 2BB 或 3BB 系列的应变计布片；

5 ） 对于一般轮辐式系列传感器，一般采用3AB的单 45°单轴系列应变计布片；

6 ） 对于一般圆板式系列传感器，一般采用1.5AA、2AA、3AA 系列的单轴应变计布片，也可以采用 1GB或 2GB双轴系列的半桥应变计布片；

7 ） 对于一般 S 形单孔平行梁系列传感器，一般采用 2AA 或 3AA 的单轴系列应变计布片，也可采用 1GB或 2GB双轴系列的半桥应变计布片；

8 ） 对于一般剪切梁或桥式系列传感器，一般采用 3HA 或 4HA 双 45°半桥片系列的应变计布片。

（3 ） 在定型称重传感器布片的定型工艺时，必须在了解电阻应变计的箔材材质与热处理工艺、结构、敏感栅形状及几何尺寸的关联影响上，合理有效的开展传感器的布片及工艺调整工作。

1 ） 对于一般 350Ω 阻抗的应变计，其敏感栅的材料常采用康铜合金，1KΩ 及 1KΩ 以上阻抗的应变计，其敏感栅的材料常采用伊文或卡码合金，这对于应变计制造厂家来说，其中一个主要的原因就是因为伊文或卡码合金材料的电阻率要比康铜合金材料的电阻率大，更适合做相对阻值高的应变计，也正是如此，若同一阻抗的应变计在分别采用伊文或卡码合金材料时，其应变计的有效使用面积 （ 应变计的使用面积＝栅长×栅宽 ）相比康铜合金材料可以做得更小一些。而对于传感器制造厂家来说，一般情况下，康铜合金材料的综合性能比伊文或卡码合金材料稳定，如果以前使用的是用伊文或卡码合金材料做的应变计，现在为了追求高精度、高稳定性、高信噪比和低功耗等性能，而改用康铜材料做的应变计，其应变计的尺寸会做得更大，反而带来布片和粘贴的问题，所以，在定型布片时，应对应变计的实际成品的有效尺寸和传感器贴片面的有效粘贴尺寸事先进行综合考虑。

2 ） 电阻应变计的结构、敏感栅形状及几何尺寸都会影响到传感器的灵敏度输出，特别是对于应力分布曲线比较陡峭的传感器，一般情况下，在定型布片工艺后，不要任意更改。鉴于称重测力传感器的研制与生产的实际情况的需要，提出以下几种布片调整工艺的思路，仅供参考。

① 尽可能采用带有具有中心距结构的半桥片代替单轴系列应变计。目前，市场上常用的半桥片的中心距尺寸有 6.0mm、7.0mm、10.5mm 等多种规格, 其产品技术已很成熟，市场用量也很大。对于双连孔平行梁系列传感器，在设计及工艺定型上，可优先采用带有具有中心距结构的半桥片定型布片，这无论是从传感器的综合精度及稳定可靠性，还是从贴片及加压等工序的操作的方便性等，都非常有必要去考虑研究和应用。

② 在采用带有具有中心距结构的半桥片时，同样适用于在应变孔孔内布片的平行梁系列传感器，无论是单连孔结构 （ 如图 1 所示 ），还是矩形孔结构，在采用半桥片后，由于通过试验不同中心距的应变计，可以调整传感器的灵敏度输出，在实际工作中，通过这种布片调整工艺，可以实现在不影响产品质量的情况下，应急改善或解决一些传感器的灵敏度输出偏差的问题。

③ 对于一般电子计价秤用双连孔平行梁系列传感器，当采用单面贴片的偏心梁铝制系列传感器结构时，许多传感器生产厂家大多采用 4 片3AA 的单轴系列应变计布片，从综合精度、稳定可靠性及操作方便性的来说，采用 2 片 FB 系列的连片结构应变计布片更佳。

④ 对于要求不高的小圆板结构的非标系列传感器，例如圆板总外径在 φ25mm 内，应变孔尺寸在 φ15mm内，量程在 1kg～50kg的这一类传感器，由于必须注意到应变计的尺寸与传感器布片区域的大小及位置的匹配问题，一般传感器厂家大多采用 1 片 KA系列的圆片布片，从设计和布片工艺调整的角度，在尽可减小工作跨度的基础上，也可以采用 2 片或 4 片中心距较小的 1GB 系列的半桥片布片。

⑤ 对于圆板式的非标传感器，许多传感器厂家一般采用 4 片单轴系列应变计，其中 2 片靠外，2 片靠内的方式布片，会存在一些工艺问题和质量问题。不管圆板中间有无凸台设计，建议采用事先确定好敏感栅及基底规格尺寸的 GB 系列的半桥片布片 （ 一般要求应变计的敏感栅规格尺寸同原单轴系列应变计的尺寸尽可相同，同时考虑应变计的基底规格尺寸，以布片定位后不影响工作片有效采集区域为原则 ），同样也是采用 4 片布片粘贴，如图 4 所示，最终可通过应变机的基底长度尺寸的布片来定位工作片。而且，当不同客户对传感器的输出阻抗有不同的要求，在采用 4 片 GB系列应变计布片时，更多了一条调整思路，如 4个 350Ω的 GB系列的半桥片，在组桥时，既可以做 350Ω 输出阻抗的 （ 即只选用其中任意相对的 2个内圈应变计和另外 2 个相对的外圈应变计组桥，效果基本等同于原4 片单轴应变计的组桥 ），还可以做 700Ω 输出阻抗的 （ 即所有应变计均组桥 ），由于适合调整，方便研制和生产，非常实用。

3 ） 在实际试制与批量生产过程中，关于其他称重测力传感器的一些应急的布片调整工艺，简要举例如下。

① 对于一般电子计重秤、电子人体秤用双连孔平行梁系列传感器，当采用单面贴片的偏心梁铝制系列传感器结构时，一般传感器生产厂家大多采用 1 片 FG 系列的全桥应变计布片，但在应急情况下，可以采用中心距同弹性体应变梁中心距相同的 2 片 GB系列的半桥应变计并排布片。

② 对于一般板环式传感器，一般传感器生产厂家大多采用 2 片 BB 系列的应变计布片，但在应急情况下，也可以采用 2 片 HA 的双 45°半桥片系列的应变计旋转角度布片。

③ 对于某些应用于工控场合的轮辐式传感器，一般传感器生产厂家大多采用 8 片 3AB 的单 45°单轴系列应变计在应变梁的双面布片，在弹性体的应变梁布片尺寸允许的情况下，也可以应急采用 4 片 HA 的双 45°半桥片系列的应变计在应变梁的单面布片。

④ 对于 S 型双连孔平行梁传感器，例如1kg～50kg 内的低量程系列传感器，我们许多应变计的用户还大多采用 3AA 的单轴系列应变计，由于应变计在弯曲面贴片时，容易出现粘贴及加压操作不方便的问题，使贴片质量及效率受到影响。建议调整为 2AA 的单轴系列应变计，以进一步方便贴片特别是加压的操作，确保应变计的贴片质量及定位良好。

三、在定型及调整称重传感器的布片工艺时，还要考虑的两个具体工作，简要说明如下

（1 ） 布片工艺的管理

这里重点指的是布片工艺的管理有序性，即在大批量贴片时，如何对每个贴片员工的布片合理安排的问题，其中最常见的就是电阻应变计有不同的生产批号、或者同一生产批号但电阻值归属于不同阻值的情况比较常见。从严格意义上讲，根据电阻应变计的生产批号及阻值来分组布片对传感器的质量是有好处的。在实际大批量操作过程中，不管是单面贴片，还是双面贴片，也不管传感器数量的多少，应尽可能通过布片工艺管理的办法，使同一支传感器的每一片应变计在其生产批号及阻值上不混用。

（2 ） 考虑组桥工艺、防护与密封的需要如方便操作性方面，在考虑布片工艺时，可以从要求应变计制造厂家的设计工艺上，对电阻应变计焊点的如何排列走向、焊点的个数、形状及大小，应变计的定位标以及由于实际需要做的标识等，提前同电阻应变计制造厂家协商确定。同时，在实际布片时，还要考虑好电阻应变计焊点朝向位置的确定。而在改善组桥质量及密封质量方面，也可以对电阻应变计制造厂家提出订做要求，如通过延长电阻应变计的基底尺寸改善传感器的绝缘性能等，不再尽述。

四、结束语

以上内容，只是根据本人多年的现场工作经验以及对电阻应变计和称重、测力传感器的认识进行一些总结，仅供业内人士参考和探讨，同时希望能对相关人员有所启发或帮助。称重测力传感器的布片及调整工艺是传感器生产制造厂家较为关键的基础工艺之一，在定型和调整其工艺时，必须基于传感器的综合性能、产品质量、工艺操作的方便性以及成本等方面综合考虑，同时借助必要的工艺调整思路和方法，才能达到为称重测力传感器产品服务的最终目的。

由于水平有限，所述内容难免有缺点和错漏，敬请专家和同仁给予指正。

参考文献：

[1] 王云章.应变式传感器故障分析与修理[M].北京中国计量出版社,1994.

[2] 东莞市华兰海电子有限公司.电阻应变计选型样本[Z].2009.

[3] 刘九卿.应变式称重传感器技术动向和发展趋势[C].第五届全国称重技术研讨会论文集.2006.

 

 

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