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非电量的电测量

减小 增大 作者:刘立生 来源:本站整理 发布时间:2015-07-16

佳木斯市质量技术监督检验检测中心 刘立生

  在生产实践和科学实验中,我们经常会遇到各种物理量,化学量的非电量测量,粗略地来分,一类是电学量,如电阻、-电流、电压的大小等,另一类则是非电量,如长度、温度、酸碱度、力、颜色等,随着电子技术的发展,人们开始致力于把生产,科研等过程中的各种非电量,转换成电量来测量的专门技术的研究。因为电量很容易进行处理,传输和控制,而且测量精度高,因此各种各样的转换器件也就应运而生了。转换器也叫做传感器,通过它能够获得客观世界的种信息。

  这里,把测力称重的一种电阻应变式传感器作为例子,来说明非电量(这里指的是力或质量)转换成电量(这里指的是电压量)测量的技术以及它的部分应用。

应变片和传感器

  我们知道,电阻材料的阻值大小,与该材料的种类和形状有关。同种、同等长度的电阻材料,其电阻值与材料的截面积成反比。所以我们将一根电阻丝拉长时,其电阻就会变大,反之就会变小。利用这个特性,将一根康铜材料的电阻丝(或箔)在一个绝缘的基底上做成一定的形状,就成为丝式(箔式)电阻应变片了。将这种指甲大小的片,贴到一个特制的有弹性的物体上,当弹性体在外力作用下产生变形时,贴了应变片的地方当然也有变形,这种变化能传到电阻丝上,如果丝受到拉伸,其电阻值就变大,反之就变小。虽然这种弹性体的变化的相对量是以百万分之一为单位来测量的,但是只需将这些应变片按一定规律组成一个惠斯登电桥,我们就容易获得一个足够大的输出电压信号,一般有几个到几十个毫伏电压,将加在弹性体上的外力与电桥的输出电压对应起来,就可以正确地将力转换成电压量来进行测量了,这种基于某些物体形变引起电阻值改变原理构成的应变片弹性体是最简单的传感器。

  但是,这种简单的传感器还有不少缺点。比如说,在温度变化时,传感器上各应变电阻值的变化量不尽相同。这种微小的差异引起了传感器在没有外力作用时,也会有一个微小的电压输出。这就是无载荷时的温度漂移。为了使这种漂移减小。就要用温度系数较大的铜丝或镍丝等来进行电学性能上的温度补偿工作。

  我们都知道,温度升高时,金属材料会变轻。在常温下,表现为温度每升高1℃。合金材料的弹性模数会降低0.027%左右。因此,在弹性体上加同样大小的外力,在较高温度下变化较大,从而应变电阻值的变化也较大。这时传感器输出电压也就变大,反之,就变小。这就要求我们也用电阻温度系数较大的材料来补偿这种温度带来的误差。这种工作通常叫做灵敏度的温度补偿或弹性模数的温度补偿,现在则逐渐被人称为传感器系数的温度补偿。在传感器制作过程中,有不可避免的加工误差等。应变片也有阻值的差异,所以做成的传感器,在没有外力作用时,也会有一个输出电压。而在受相同外力时,相同形式的传感器,其输出电压也不相同。因此还要对这种差异进行补偿。为了应用的需要,各电桥的输出和输入阻抗还应一致,也需对此做一些调整工作。经过这种补偿和调整后的一个好的传感器,用来把它所受的力转换为电压来测量时。其精确度可达±0.1%以上,是一种理想的转换器。

电子秤

  我们自然会想到,这种传感器放在秤台下面。将被秤重物的质量与传感器受压后的输出电压对应起来,就成一台电子秤了。

  电子秤是一种理想的质量---电压转换器。用现在国内生产的高精度传感器,可以做出相对误差小于±0.1%的各类静态电子秤。如可以做成配料用的料斗秤,用于载重汽车载货量计量的汽车衡,用测量重量来代替计件数的计件秤。各种平台秤等。由于这种转换极快,还可以用传感器来制成各种动态秤。如装在铁轨下对慢速行进中货车计量的电子轨道衡,对皮带运输机运送的物料进行计量的电子皮带秤。还有在吊装货物时计量的电子吊钩秤等。电子秤的应用。可以提高劳动生产力。降低生产成本,减少物资损耗,减轻劳动强度,改善劳动条件,对节约能源起到良好作用。

  当然,传感器还可用来测力,如测量火箭的推力,还可做成特制的鞋,来测量我们走路时用力情况,也有用来做成特殊的手套。来帮助病人恢复部分手的功能。还可用来正确地测量接骨时的对接力等。广泛应用于生物力学测试。

  非电量的电测量,是一门获得广泛应用的测量技术,应用适当,就会象万花筒一样,放射出奇导美妙的光彩。


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