四、耐高温称重传感器
　　耐高温称重传感器，是耐高温称重计量的核心部件。耐高温称重传感器目前在国内的研发和生产的技术还是不成熟的，多采用国外的传感器。
　　（一）高温称重的工作原理
　　称重传感器的工作原理，是由外力作用导致弹性体微应变，使桥路电阻发生变化，从而导致电压输出变化，其中，弹性体及应变计是一个力敏载体。对于高温环境用称重传感器，弹性体及应变计不但是一个力敏载体，同时也是热敏元件。 1、称重传感器，是一个力敏器件：外力作用→弹性体微应变→应变计微应变→桥路电阻变化→电压（电流）输出变化；
　　2、弹性体热敏效应，对弹性体加热时，其温度升高，对弹性体也会引起与力的作用同样的变化：对弹性体加温→弹性体膨胀→应变计微应变→桥路电阻变化→电压（电流）输出变化；
　　3、温度对弹性模量也有一定影响：对弹性体加温→弹性模量变化→弹性体应变加大→应变计微应变加大→桥路电阻变化加大→电压（电流）输出变化加大； 从上述原理看，应变式称重传感器弹性体（含应计）既是一个力敏载体，又是一个热敏元件。 而耐高温称重要解决的关键要点，在于克服或减小高温环境温度对称重传感器的影响程度。
　　（二）耐高温称重传感器制造工艺
　　耐高温称重传感器，其工作原理与常温电阻应变式称重传感器相同，不同之处主要在于采用自动补偿的耐高温应变计、耐高温粘结剂、耐高温焊锡与耐高温电缆，采用了系统的温度补偿、特殊性的工艺处理和补偿元件。
　　1、材料选用工艺
　　A、电阻应变计选用
　　采用具有温度自补偿功能的玻璃纤维网格加固式卡玛片；工作温度：-196℃—+250℃，补偿温度：+10℃—+250℃；如威世 MM 公司的高温型传感器用电阻应变计，其性能特点如下： 测量温度范围：静态：+205℃，动态：+260℃； — 3 — 材质：改性卡玛合金； 工艺：栅丝复盖； 粘贴胶：Mbond450 高温胶水。
　　B、弹性体材料选用
　　采用热敏系数较小的铬钢，如 40CrNiMoA，1Cr18Ni9Ti。选择合适的弹性材料，保证其弹性模量在 0～+250℃范围内总体性能稳定可靠。弹性体结构设计，应保证工作应变片之间空间距离尽可能地集中于一点，以减少温度梯度下引起的零漂。
　　C、耐高温应变胶，采用耐高温应变计生产厂家对应推荐的粘胶。粘贴高温应变计的粘胶，必须能耐高温，具有高粘合性，高绝缘性和优良的蠕变特性。
　　D、耐高温焊锡、引线和电缆
　　高温焊锡，熔点≥280℃；高温引线，对应变计的特性，灵敏度，零点温度漂移等影响较大。应选用电阻率和电阻温度系数较小，有足够的绝缘电阻的引线； 高温电缆价格昂贵，选用时，应根据实际测温现场，确定电缆长度。
　　2、温度补偿工艺
　　A、零点温度补偿， 耐高温称重传感器制造，虽然选用了能对温度进行自补偿的电阻应变计，使应变计在高温环境下工作时，几乎没有热输出或热输出很小。但是，耐高温称重传感器的零点输出随温度，特别是温度梯度的影响，零点输出随环境温度变化还会有所变化，因此，还必须对耐高温称重传感器逐一进行零点温度补偿。 根据测试经验数据，耐高温称重传感器的高、常温的零点输出差值大于 40μV 时，则需对其进行零点温度补偿。
　　B、灵敏度温度补偿
　　称重传感器弹性元件材料的弹性模量（E）随着温度而改变，变化的结果使得称重传感器的输出信号变化，即会产生称重传感器灵敏系数的温度影响。 应变计的灵敏系数在常温下是一常数，在高温环境中，由于敏感栅材料的灵敏系数、粘贴剂和基底材料的传递变形能力都会随温度发生变化。因此，必须对高温称重传感器逐个进行弹性模量补偿。在实验操作中，按每隔 50℃设一个测试补偿点，最大限度地模拟实际工况测试各项数据，对各点进行灵敏系数温度补偿。 补偿与组桥焊接方式均为高温焊锡焊接，电烙铁焊接温度应调至 300℃。
　　3、通过对材料的选择和温度补偿工艺，材料热胀冷缩十分接近，降低材料对称重传感器零点漂移的影响，降低弹性体、应变计及高温应变胶的弹性模量对应变计灵敏系数的影响，减小温度升高引起的电压输出变化，提高称重传感器在长期高温热幅射，环境温度梯度变化或瞬变时，能保持— 4 — 称重传感器的准确度与稳定性。
　　五、耐高温称重的现场应用技术
　　钢铁冶金企业，是比较典型的高温出产环境。为了适应高温前提计量的需要，解决高温计量难题，冶金企业与衡器仪表企业进行了一些有效的探索。
　　（一）耐高温称重电子秤的高温环境特征
　　高温环境中需计量的，一般都是笨、大、黑、粗、热的物件，如钢水包、铁水包、钢坯、钢材、热焦炭、热球矿等。其征是，温度高，冲击力大，热量大，灰尘多。 如钢包电子秤，结构形式多样，但一般都是在钢包支承座底下设计一台特殊结构的电子秤，使钢包落在左右两只底座支承的电子秤秤架上。 钢包电子秤结构设计制造时，需重点考虑如下因素的影响：
　　1、在吊运过程中，因为行车操纵室离地面较高，降落时凭经验操纵，有时会造成较高落差，
　　对秤体冲击很大。
　　2、行车吊运钢包，属于高空功课，钢包支承耳落入电子秤支承座内的难度较大。
　　3、在现场实际使用中，钢包一般都没有加盖，电子秤安装位置的温度很高，可达 200℃左右。
　　（二）抗冲击防护
　　1、选器具有抗垂直冲击和抗水平冲击，受力好的称重传感器。此类电子秤一般都为工艺计量秤，对精度要求不高，在选择称重传感器时，可尽量采用大量程传感器。这样可进步电子秤的总体抗冲击能力，延长称重传感器使用寿命。
　　2、秤体设计采用模块式结构 秤体由一组长方体钢结构件焊接组成，内部安装称重传感器，秤体形状尺寸根据现场实际需要确定。秤体内设有导柱导向和限位装置，保证称重传感器不受侧向力冲击，称重受力垂直正确。
　　3、引导导向架
　　当行车龙门吊钩吊着庞大的钢包，放置到秤体位置时，行车操纵者在几十米外凭目测进行操纵，假如秤体附近不设置引导装置，要使钢包正确地进入秤体位置，是比较难题的。需在秤体左右设计安装导向装置，引导导向架固定于秤体两侧。引导导向架的顶部制作成一定斜面，给吊运操纵者一个显著的参照标志指示。当钢包包耳接近导向架时，斜面带动包耳顺利进入秤体，进步操纵安全性，同时又可保护秤体和称重传感器。 — 5 — 引导导向架在斜面的作用下，迫使钢包向中央靠近，最后座落到承重梁上。
　　（三）密封式结构的称量箱
　　称重传感器安装在全密封箱体内，高温信号电缆全部进入金属导管，防止钢水钢渣溢溅时烧损称重传感器与信号电缆。钢包电子秤的高温威胁，主要来自钢水外溅及钢包内高温钢水 1600℃左右的高温辐射，以及钢包包壁的自身温度对秤体的传导。在秤体附近要设置防钢水溅射隔热板，称重传感器引线由秤体中间引入到线管内，进行双重防护。
　　（四）耐高温称重信号传输
　　称重显示仪表及各种变送器，因电子器件受答应工作温度的影响限制，一般只能在 0～+40°C前提下长期工作。如何将高温区电子秤的称重信号传输到常温区进行处理与显示，是一个必需解决的重要题目。 高温环境称重，除选用耐高温称重传感器、接线端子、引线、专用电缆等特殊性元器件外，还必需采用特殊制造工件、补偿手段及多种传输方式来保障称重信号的正确可靠传送。
　　1、因为模拟式称重传感器输出信号小，抗干扰能力差，传输间隔短。称重信号要进行数字化处理，进步抗干扰能力，进步信号传输间隔。
　　2、采用无线传输方式
　　在行车吊车称重计量、钢包炉前称重信号有线传输有难题的地方，可采用无线传输接收方式。称重数据无线传输装置，由称重数据发射机和称重数据接收机组成，传输间隔≥500m；称重数据无线传输发射与接收方式原理如图 2。称重数据无线传输装置。
　　3、专用信号转换传输装置
　　对于旋转设备，称重传感器信号线会被环绕纠缠，信号无法进行有线传输。如炼钢回转炉钢包电子秤，工作中是 360°旋转，称重信号无法直接传送，则需设计专用信号转换传输装置。
　　4、称重信号电气联接处理
　　（1）信号电缆线应采用耐高温电缆；
　　（2）信号电缆线应阔别强电电源及其它强干扰源；
　　（3）信号电缆线应采用防高温、防水导管保护；
　　六、耐高温称重技术的成果与存在的题目
　　（一）经由近十多年的努力，国内耐高温称重技术得到了较好的发展和应用。按有关资料阐述，国内耐高温称重技术取得了相应的专利学术成果、尺度规程成果及现场应用成果。
　　1、耐高温称重计量产品的“高温”界定题目
　　《高温称重传感器》行业尺度讨论稿提出：“本尺度合用于试验温度在+20℃以上但不高于+200℃的电阻应变式称重传感器。对该类传感器简称高温称重传感器，（以下同）。”
　　到底温度高到什么程度才算是“高温”？在电子产品技术领域，目前大部门电子产品适应的答应工作环境温度是+45℃以下，也有划定+50℃以下的，军工级电子产品也只能达+70℃。电阻应变式称重传感器也属电子产品。 而在高温称重应用中，有+200℃及以上高温环境，还有湿气，甚至还有+300℃以上，同时有其它气体的环境，也在寻求称重计量解决方案。定义多少度才是“高温”，存有争议。
　　2、电子材料的“耐高温性”对高温称重技术的制约题目
　　高温称重技术的核心，是耐高温称重传感器，耐高温称重传感器的核心是电阻应变计。电阻应变计的机理在目前技术前提下，所谓的高温应变，长短常有限的。就目前国外技术表明，电阻应变计的最高耐高温特性是+260℃（动态），而国内还未能见有此技术指标过关。国产的相关的应变计粘胶、电缆、组桥引线、补偿引线、焊接焊锡等耐高温特性也没突破。
　　3、制造工艺对耐高温称重传感器质量的制约题目
　　我国电阻应变式称重传感器出产工艺存在的题目主要在于：手工操纵与人工控制成份大，人为的因素对产品质量影响较大，出产效率低，难以适合多品种、大批量出产。手工操纵的制造工艺，最大的题目是重复性、一致性差。对于“耐高温称重传感器”的耐高温程度，枢纽是应变电路对“高温”前提的“反应应变”能力，在电阻应变计现有材料与制造技术前提下，“高温称重传感器”的“高温应变”能力，枢纽是依靠于称重传感器的制造工艺。加强“耐高温称重传感器”工艺技术规范和改进，很有必要。
　　4、耐高温称重传感器出厂前的“高温试验” 与使用现场的差异题目
　　温度梯度变化的不确定性，是高温环境影响计量用具的最大威胁。因为称重传感器的现场使用温度区间较大（行标稿：+20℃～+200℃），而温度梯度往往是造成称重传感器数据超差的最大杀手。 所以能知足“实验室试验”状态下的称重传感器，不一定能知足现场的要求。工艺计量电子秤，首先应将知足用户现场需要放在首位。
　　5、“耐高温称重传感器”，假如要形成尺度进行规范出产的话，可能有不少题目需要实验、探讨与商榷。 由于“高温称重传感器”不是一种常规计量产品，主要用于“高温”环境工艺计量。只是一种有特殊性要求的非常规计量产品，只有一个所谓“高温”的适应要求，其它指标都是常规的。这类产品要形成国家尺度，必要性不强，或前提不成熟。其技术结构原理还是电阻应变式机理，称重传感器的— 8 — 其它指标，已有现行国家尺度（GB/T7551）。
　　耐高温称重技术，在我国发展应用已有十多年的历史。在发展应用过程中，已经取得不少的成果和成功，但存在不少关键技术有待去突破。耐高温称重计量技术，是近年来我国衡器称重技术领域的技术攻关方向之一，也将是称重计量领域长期的攻关课题之一，有待称重计量工作者继续探索与攻关。特殊性环境计量，任重道远。