稱重傳感器的防護與密封

上海香川電子衡器有限公司

【摘 要】 防護與密封是稱重傳感器耐受客觀環境和感應環境條件影響而能穩定可靠

工作的根本保障，因此它是制造工藝流程中的要害工序，防護密封技術與工藝必須先進、

合理、可靠�；�于這一理念，本文重點介紹了稱重傳感器防護與密封的基礎；國際通用

IP防護與密封標準體系及其密封性能試驗方法；表面密封、盲孔灌封材料的特點、選擇

及膠封工藝；對焊接密封技術與裝備的要求及焊接密封工藝。并簡單介紹了柯伐合金密

封端子的特點及應用方法。

一、概述

防護與密封是稱重傳感器制造工藝流程中的要害工序，是稱重傳感器耐受客觀環境

和感應環境條件影響而能穩定可靠工作的根本保障。粘貼在稱重傳感器彈性元件上的電

阻應變計，以及所用的應變膠粘劑，都會受到空氣中水分和氧氣的影響，因為水能滲入

幾乎所有的聚合物，而產生增塑。如果防護與密封不良，電阻應變計和應變膠粘劑吸收

空氣中的水分，就會使膠粘劑層膨脹增塑，造成絕緣電阻、粘結強度和剛性急劇下降，

引起零點漂移和輸出無規律變化，直至稱重傳感器失效。此時稱重傳感器的制造工藝再

精湛、技術性能指標再優良也無法發揮作用，所以穩定性和可靠性是稱重傳感器的前提

性技術指標。確保此項指標必須進行有效的防護與密封，提高稱重傳感器防潮、防水、

防鹽霧性能和抗振動、沖擊的能力。

稱重傳感器在使用過程中，受到水的直接噴射和浸泡，潮氣的滲入都會使應變膠粘

劑的粘結強度和絕緣電阻下降，因為潮氣并不完全是H20，通常是許多復雜的水溶液，

它能滲入各種聚合物，使其增塑而改變性能。鹽霧是一種氣溶膠狀體，主要成份是氯化

鈣、氯化鎂和其它雜質，對彈性元件、電阻應變計和應變膠粘劑有較強的腐蝕作用。這

是稱重傳感器防護與密封的重點，如果防護與密封不良，將使此前各項工藝成果前功盡

棄，可見防護與密封的重要性。

二、防護密封的基礎與方法

稱重傳感器防護與密封的基礎，是涂刷電阻應變計防護面膠。對防護面膠的要求是：

（1）絕緣強度＞5000MΩ，體積電阻1014～1018Ω.cm；

（2）與金屬表面有很強的粘結力，防止潮濕氣體從界面滲入；

（3）吸潮性小，內聚強度大；

（4）固化反應不釋放有害化合物，對電阻應變計無腐蝕作用；

（5）固化成膜后柔軟并在彈性元件應變范圍內恒彈性。

電阻應變計防護面膠的涂刷時機與涂刷前的清洗至關重要。在稱重傳感器生產工藝

流程中，是在完成下列兩項工作后進行，其一是貼片、加壓固化、卸壓后固化、質量檢

查、粘貼端子、焊線組橋和測量絕緣電阻各工序質量合格；其二是對工序質量合格的彈

性元件進行整體清洗。彈性元件整體清洗后必須盡快放入高溫試驗箱內，加溫40℃并保

溫一定時間，從箱內取出彈性元件在干燥的環境條件下涂刷防護面膠⑴。其目的是防止

電阻應變計在生產過程中受潮，并為最后的防護與密封打好基礎。

國內外應用較多的電阻應變計防護面膠主要有丙烯酸酯和橡膠型膠粘劑兩種類型。

單組份的丙烯酸酯膠粘劑應用較為普遍，由于其分子鏈末端具有丙烯酸基因或甲基

丙烯酸基因，所以活性大，涂層薄、彈性好、粘結力強、界面密封性能好。主要品種有

美國專利產品液態的氯丁橡膠，美國BLH公司J型防護面膠，美國V－MM公司M－Coat C

型、D型防護面膠⑵，以及我國研制的P5型防護面膠。

橡膠型膠粘劑應用較多的膠型主要有：美國Dow Corning公司的3140和日本東芝

株式會社的TSE397、TSE399單組份硅橡膠。國內此類膠型的產品較多，主要有室溫固

化單組份硫化硅橡膠ND－703、ND－704、ND－705、ND－81、ND901等20余個品種，

基本符合電阻應變計防護面膠的技術要求。

稱重傳感器的防護與密封主要有表面密封、盲孔灌封和焊接密封三種方法。由于波

紋平膜片、雙層膜片、杯形膜片的設計制造技術，焊接工藝裝備，制造成本等原因，目

前世界各國稱重傳感器的防護與密封仍以表面密封和盲孔灌封的膠封為主。

三、國際通用IP防護與密封標準體系及其密封性能試驗方法

1、國際通用IP防護與密封標準體系

國際上通用的防護標準體系（International Protection）采用3個依次排列的數字表

示，按數字順序分別表示防塵、防潮（或防水）、抗沖擊。例如IP675，表示完全防塵；

防水深度15cm～1m；抗沖擊能量200焦耳。因稱重傳感器本身具有抗振動、沖擊能力，

所以省略第3位數字，只用兩位數字表示即可。IP防護與密封體系2位數字表示內容如

下：

第一位數字表示防塵等級

1——防護固體顆粒到50mm；

2——防護固體顆粒到12mm；

3——防護固體顆粒到2.5mm；

4——防護固體顆粒到1.0mm；

5——進入防塵范圍（基本防塵）；

6——完全防塵。

第二位數字表示防潮（或防水）等級

0——不防護；

1——防護垂直下降的來水；

2——防護從垂直方向一直到15o來水的直接噴射；

3——防護從垂直方向一直到60o來水的直接噴射；

4——防護全方位范圍來水的直接噴射；

5——防護水從低壓噴嘴進行噴射；

6——防護水從高壓噴嘴進行噴射；

7——防護水深度在15cm～1m之間；

8——防護在壓力下長時間浸泡。

2、防護與密封性能試驗方法

稱重傳感器的防護與密封試驗，對于生產企業是工藝性試驗，由于防護與密封質量

已包含在各項技術性能指標中，特別是穩定性和可靠性指標中。因此在“稱重傳感器”國

家標準和計量檢定規程中沒有明確規定。許多生產企業在進行稱重傳感器的防護與密封

性能試驗時，都參照國家計量檢定規程中的濕度試驗方法，只是用水箱代替濕熱試驗箱

進行試驗測試。

按要求的水深將稱重傳感器放置在水箱內48小時后取出，擦掉表面水痕，在室溫

下放置2～4小時，按濕度試驗測試方法進行測量，試驗前后靈敏度變化應不超過重復

性誤差。

四、表面密封

1、表面密封方法、特點及材料選擇

表面密封方法用于既無外殼密封又無盲孔灌封的稱重傳感器，主要是電子計價秤、

電子臺秤用鋁合金平行梁結構的稱重傳感器。其密封方法是在電阻應變計、引線與焊線

端子、補償片電阻的面膠上，再涂一層防護與密封材料，使電阻應變計及其面膠等與空

氣隔離并得到很好的保護，達到防護與密封的目的。其特點是密封工藝和涂覆作業雖然

比較簡單，但對已涂刷的面膠和彈性元件表面的潔凈度要求較高，必須嚴格處理并在符

合要求的環境條件下涂覆，各項涂覆工序如有不周全將引起絕緣下降，達不到絕緣電阻

＞5000MΩ的要求。

對表面防護與密封材料的要求是：

（1）優良的粘結性能，即與電阻應變計的防護面膠層、彈性元件表面粘結性好；

（2）良好的防潮耐水性能和耐低溫性能；

（3）具有較高的電絕緣性能、穩定的物理與化學性能；

（4）酸堿度呈中性，對電阻應變計面膠等無腐蝕作用；

（5）涂覆應力低，固化體積收縮�。�

（6）在稱重傳感器使用溫度范圍內（一般為-20℃～70℃）柔軟，彈性好，不增加

剛度；

（7）操作方便，涂刷性好，固化工藝簡單；

（8）成本較低，容易保存。

2、表面密封工藝

表面密封有單層和多層密封兩種工藝。表面單層密封是在電阻應變計防護面膠涂層

的基礎上，再涂一層防護與密封材料。這類表面防護與密封材料較多，比較理想的防潮

涂料是美國專利介紹的液態異丁橡膠，其配方為：橡膠10％、填料50％、增韌劑10％、

膠3％～5％、溶劑25％～27％。最具代表性的還有美國V－MM公司的M－Coat FBT

溶劑稀釋的丁基橡膠，日本信越化學工業株式會社的KE441型單組份液態硅橡膠。硅

橡膠密封材料有一個共同缺點，即固化時揮發出酒精等成份，對防護面膠和彈性元件表

面有一定的影響，為克服這一缺點，而采用多層密封。

表面多層密封是利用多種防護與密封材料的特性和它們之間的互補性，組成一個具

有優良防護性能的表面密封結構。這種防護與密封結構是由內層的防護膠粘劑，中層的

密封薄膜和外層的硅橡膠構成。靠近電阻應變計的內層防護膠粘劑主要起粘結密封薄膜

作用，外層硅橡膠起一定的密封和機械防護作用，真正起防潮、防水、防鹽霧等密封作

用的是中層的密封薄膜，如果密封薄膜底面帶有膠粘劑，就不用再涂刷防護膠粘劑。在

這類密封薄膜中應用較多的是PTFE密封薄膜和聚胺酯密封薄膜。PTFE密封薄膜實際

上是雙面經過特殊處理的聚四氟乙烯薄膜，它具有防濕熱、耐水解性能好，抗大氣老化

和化學腐蝕能力強的特點。有關資料給出，厚度為0.1mm的聚四氟乙烯薄膜在室外暴

露六年多，其外觀和機械性能等均無明顯變化。PTFE密封薄膜的技術性能為：

（1）使用溫度范圍 -100℃～200℃；

（2）伸長率 20％～400％；

（3）體積電阻 （20℃/50％RH）＞108Ω.cm；

（4）介質損耗角 （106Hz）0.0002。

五、盲孔灌封

1、盲孔灌封方法、特點及材料選擇

顧名思義，盲孔灌封就是無需設計密封外殼，利用彈性元件應變區內的盲孔、通孔

等結構，選擇合適的高分子防護與密封材料，根據其分子結構和聚集狀態進行配方設計，

最后將其分層澆灌在盲孔內，固化后即可起到防護與密封作用。盲孔灌封方法實際上是

在彈性元件盲孔內的電阻應變計、焊線端子、補償元器件已涂覆的防護面膠上，澆灌一

層或多層防護與密封材料，以及金屬防護蓋，經固化形成一個整體的防潮、防水密封絕

緣彈性體。

由于盲孔最外層的灌封材料長期與空氣中的水份和氧氣接觸，所以對其技術性能要

求較高，主要是：

（1）極優良的防潮性能；

（2）良好的粘結性能；

（3）優良的電絕緣性能；

（4）固化發熱少，收縮率低，為較硬結構且彈性好；

（5）分子結構穩定，耐老化，長期穩定性好；

（6）使用溫度范圍大于稱重傳感器工作溫度范圍；

（7）工藝簡單，最好室溫固化，如必須加溫時，其固化溫度應小于80℃；

（8）無毒或低毒，對操作者影響小，成本低。

此外，對電性能、耐老化性能、物理機械性能等也應有具體要求。

電性能：一般要求是具有較高的擊穿電壓和絕緣電阻，較小的介電常數和介電損耗。

耐老化性能：首先是具有較高的耐濕熱老化能力，在濕熱環境中體積電阻率應大于

1010Ω.cm；其次是較好的耐高低溫能力，應保證在-20℃～70℃范圍內仍有優良的綜合性

能，特別是彈性性能。

物理機械性能：抗拉強度和抗沖擊強度要大，韌性要好，線膨脹系數和收縮率要小。

2、盲孔灌封工藝

任何應變膠粘劑和防護與密封材料，嚴格說來都有吸收潮氣的特性，僅靠較薄的一

層防護面膠不足以抵抗空氣中的水份和氧氣浸害，因此必須在盲孔、應變通孔、彈性元

件與外殼之間的空腔內，全部灌滿防護與密封材料，使電阻應變計、各種補償電阻等與

外界環境條件完全隔離，阻礙潮氣、水份和鹽霧浸入，提高防護與密封能力。

盲孔灌封分為盲孔內電阻應變計、短接線、補償元器件加固和外層灌封及粘貼金屬

防護蓋兩個階段進行。

（1）補償元器件加固

補償元器件加固就是用加固材料將盲孔內和引線盒內的補償元器件、電阻絲和連接

線等加固密封，保護引線和焊點提高抗振動、沖擊載荷的能力。國內外加固材料多采用

環氧類或聚胺酯灌封膠，對配方的要求是固化后必須成柔軟的彈性結構⑶。這樣將其澆

灌在盲孔的最底層或引線盒內，即可加固元器件又能起到密封作用。

環氧類加固密封材料視樹脂和固化劑的種類不同，有多種組合配方和加固密封工

藝。雙酚A型環氧樹脂和低分子聚酰胺（650）組成的配方，盡管加固后有一定的韌性，

抗振動、沖擊能力較強，但柔軟性較差，不是理想的加固密封材料。目前應用較多的是

DG-4透明環氧膠和聚胺酯灌封膠，后者是采用端羥基聚丁二烯和多異氰酸脂為主要材

料制成的，雙組份結構，可配制成柔軟的彈性結構。從分子式看碳氧結合是單鍵，分子

結構穩定，不易老化，長期穩定性好。當采用硅橡膠加固密封時，之前的防潮涂層不能

選用聚胺脂類膠，因為硅橡膠和聚胺脂涂層的粘結力較差，極容易剝落。所以應選擇有

機硅類防潮涂層，它能改善硅橡膠與被加固密封印刷電路板等的粘結效果，提高加固密

封的可靠性。

（2）盲孔灌封

一般灌封材料可分為剛性和彈性兩種結構。剛性灌封材料為環氧樹脂類、不飽和聚

脂、酚醛聚脂等，其特點是密封性能好，但剛性大，難以更換元器件。彈性灌封材料主

要有硅橡膠、聚硫橡膠、聚胺脂橡膠等，其中以室溫硫化硅橡膠和聚胺脂橡膠應用最為

廣泛。

室溫硫化硅橡膠形成的彈性體能在-65℃～200℃下長期使用，它具有優良的化學穩

定性，良好的防潮、防水和抗振性能；無毒、無味，容易灌封；能在深部硫化，且收縮

率低。但在固化時將有低分子物放出，因此灌封后應晾置一定時間，使低分子物盡量揮

發，其后方可使用。

聚胺脂橡膠具有良好的機械強度和粘結性能，硬度可在較大范圍內調節，特別適合

不同結構、不同量程的稱重傳感器密封。聚胺脂橡膠的電性能、力學性能、耐透濕性能

均優于環氧膠，同時還具有耐水解穩定性，防潮能力強，絕緣性能好，耐高壓，無腐蝕，

冷熱循環體積收縮率小等特點，但在配制時的反應過程中會產生氣泡，所以必須在排除

氣泡后才能灌封。

灌封工藝比較簡單，灌封前將盲孔周圍清洗干凈，測量并記錄絕緣電阻值。按技術

要求配制灌封膠，經真空脫泡后進行灌封，按要求固化成形。  

六、焊接密封

1、對焊接密封技術與裝備的要求

稱重傳感器在惡劣的環境條件下和在對穩定性要求較高的條件下工作時，必須對其

采用抽真空、充惰性氣體的焊接密封工藝。由于應變式稱重傳感器的結構和制造工藝的

特殊性，對焊接技術和焊接工藝裝備有如下要求：

（1）焊接時的熱影響區盡量小，這就要求在進行結構設計時焊縫盡量遠離電阻應

變計粘貼位置；

（2）焊縫應均勻、整齊、美觀、可靠，盡量不使膜片變形，因此要求焊接膜片設

計成波紋平膜片、杯形膜片，以減少焊接變形，降低殘余應力和對靈敏度的影響；

（3）彈性元件的坡口和焊接膜片尖角應符合焊接要求，焊縫位置開敞易于焊接作

業，以保證焊縫質量；

（4）工藝簡單，焊接效率高。

2、焊接方法、原理與特點

焊接方法主要有電子束焊接、激光焊接、脈沖氬弧焊接、弱等離子焊接等，其中應

用較多的是激光焊接和脈沖氬弧焊接。

（1）電子束焊接

在電子束焊機真空腔內進行焊接，其焊接工藝是焊機通入電流加熱陰極，使它成為

一個能發射電子的電子槍系統，帶有負電荷的電子束高速飛向處于高電位的稱重傳感器

外殼、密封模片與彈性元件相貼合的焊縫。焊機的聚焦系統使電子束聚焦，并以極高的

速度沖擊到極小面積的焊縫上，將動能轉變為熱能。電子束聚焦越細能量就越高度集中，

可在幾分之一微秒內，使被焊接的極小面積焊縫的溫度升高到幾千度，從而熔化被焊材

料進行焊接密封。

電子束焊接的特點是：

1）焊接在102～103pa壓力真空腔內進行，不受各種污染物影響；

2）焊接時能量快速高度集中，熱影響區小，被焊件不變形；

3）適用范圍廣，可焊接各種合金鋼、不銹鋼和有色金屬材料，焊接最小厚度為

0.1mm；

4）焊接后彈性元件或電阻應變計處于102～103pa真空中，是最佳的密封狀態，密

封等級可達IP68；

5）沒有焊渣，無需清除氧化模。

電子束焊接的缺點是設備昂貴，焊接成本高。

（2）激光焊接

激光光束是由單色的、相位相干的電磁波組成，正因為它的單色性和相干性，激光

束的能量才可以匯聚到一個相對較小的點上，其功率密度能達到 107 W/cm2以上。當激

光束聚焦后射向焊縫時，焊接接頭吸收光能在局部產生高熱，使焊接坡口的尖端熔化而

成為一體。

稱重傳感器的焊接密封是在激光焊接機上，利用高能激光脈沖束進行焊接。對彈性

元件焊接坡口、膜片尖角的要求與電子束焊接相同。焊接時脈沖激光電源首先把氙燈點

亮，使其處于預燃狀態，計算機控制激光電源使氙燈脈沖放電，從而形成一定頻率、, 一

定脈寬的光波，該光經過聚光腔輻射到激光晶體上并使其發光，再經過激光諧振腔諧振

后發出波長為1.06μm的激光，激光經擴束、反射、聚焦后射向被焊接稱重傳感器的焊

縫上，焊縫吸收光能，局部產生高熱而熔化，使彈性元件和膜片、外殼熔合為一體。

激光焊接的特點是：

1）激光焊是不接觸焊接，可將彈性元件放在透明真空罩內，實現真空焊接密封；

2）能量集中，熱影響區小，焊接的彈性元件、膜片和外殼不變形；

3）可熔合不同金屬和合金，并能完成不同材料的異性焊接，例如金屬與陶瓷等；

4）沒有焊渣，也不需要清除氧化模。

進口激光焊機價格昂貴，國產同類機型已達到較高技術水平，并有多項國際激光發

明專利，是稱重傳感器焊接密封較理想的設備，它具有電腦控制，直線、弧線焊接，操

作方便，焊縫質量好，工作效率高等特點。

（3）脈沖氬弧焊接

脈沖氬弧焊接是保護氣體下電弧焊的一種，其特點是工藝簡單，焊接效率高，適應

性強，可焊接各種鋼、鋁、鈦合金，焊接厚度0.1～2mm。缺點是熱影響區較大，對操

作者的焊接技術要求高，不適合焊接低容量、體積較小的稱重傳感器。

脈沖氬弧焊接設備由高頻脈沖直流焊接電源、氬氣瓶、焊槍及其固定支架、表面鋪

有厚度為3～5mm銅鈑的工作臺和自動旋轉分度頭等組成，可進行手動和自動焊接。脈

沖氬弧焊接的特點是：動特性好，脈沖頻率調節范圍寬，輸出電流穩定，電源體積小，

焊接技術容易掌握，成本低而焊接質量好。其應用范圍是：

1）焊接0.08～1mm厚度的不銹鋼、合金鋼、鎳基合金、鈦合金及0.5～1mm厚度

的鋁合金；

2）用于連續低頻脈沖、高頻脈沖各種焊接過程；

3）適合焊接較薄的波紋管、波紋平膜片、杯形膜片等。

脈沖氬弧焊接設備的主要技術參數為：

①電源電壓 三相380V；

②主弧電壓 40V；

③維弧電壓 150V；

④主弧電流 0.5～40A；

⑤維弧電流 1.5A；

⑥脈沖頻率 低頻2～10Hz ，高頻500～1500Hz。

不管是采用電子束焊接、激光焊接，脈沖氬弧焊接還是其它焊接方法,都必須進行嚴

格的檢漏,以保證焊接質量。檢漏的方法較多，對于稱重傳感器而言，采用氦質譜檢漏儀

進行檢漏是比較理想的方法，因為此法工藝性好，精確度高，可靠性強。為便于氦質譜

檢漏儀有效的檢查焊縫質量，稱重傳感器在抽真空后，應充入90％的氮氣，10％的氦氣。

對于體積小、結構復雜而焊縫較多的稱重傳感器，可采用較先進的氦質譜“真空容

器正壓法”進行檢漏。此法具有受外界因素影響小，檢漏比較簡單，易于掌握，精確度

高，檢漏結果穩定、可靠等特點。

氦質譜“真空容器正壓法”檢漏系統由氦子譜檢漏儀、真空容器、氦氣瓶、金屬軟管、

多路導管和壓力表等組成。檢漏時，先將稱重傳感器放入真空容器內，將充氣口與容器

上的接管嘴相連，容器經由氦子譜檢漏儀抽真空，稱重傳感器內通入一個標準大氣壓的

示漏氦氣，從檢漏儀上讀出密封面的漏率，以漏率的大小來表示焊縫的泄漏量值，或給

出漏孔的大小，以判斷焊縫是否合格。

3、焊接密封的工藝特點

焊接密封的稱重傳感器，除設計有結構合理的波紋平膜片與彈性元件和密封外殼組

合，杯形膜片與盲孔外環組合外，還必須設計有柯伐合金焊線端子的焊接口。該焊線端

子是在稱重傳感器焊接密封后，抽真空充惰性氣體前，焊接在出線口處。其作用是在焊

接密封腔外，調節因焊接應力對零點輸出等技術指標的影響，即在密封腔外精調有關技

術性能指標。其柯伐合金焊線端子和電橋電路圖如圖3-1所示。

焊線端子的6個焊線柱，是通過玻璃粉燒結在由柯伐合金制成的圓盤上的6個圓孔

內。由于柯伐合金與玻璃粉的溫度系數一致，當環境溫度變化時兩者同步變化，保證焊

接密封的可靠性和工作穩定性。

采用電子束焊接、在真空條件下焊接、焊接后腔內空氣很少的稱重傳感器，不必進

行抽真空充氮氣處理，可直接使用。焊接密封后內腔較大的稱重傳感器，例如圓柱式、

圓筒式、輪輻式、軸對稱式結構必須進行抽真空充氮氣處理。它要求稱重傳感器外殼上

或彈性元件上，留有一個抽真空充氮氣的錐形孔，同時也是打入銅錐銷的密封孔。

抽真空充氮氣多在專用的設備上進行，也可在經過改造的帶有氮氣瓶的真空干燥箱

內進行，要求充入干燥的氮氣。抽真空充氮氣后應對稱重傳感器的電氣性能進行檢查，

特別是絕緣電阻和零點輸出指標，如有超差應采取措施排除或進行腔外調整，最后對腔

外調整與電纜出線盒實施激光焊接密封或聚胺酯密封膠灌封。