佳木斯市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心 劉立生

　　在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到各種物理量，化學(xué)量的非電量測(cè)量，粗略地來(lái)分，一類是電學(xué)量，如電阻、-電流、電壓的大小等，另一類則是非電量，如長(zhǎng)度、溫度、酸堿度、力、顏色等，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始致力于把生產(chǎn)，科研等過(guò)程中的各種非電量，轉(zhuǎn)換成電量來(lái)測(cè)量的專門技術(shù)的研究。因?yàn)殡娏亢苋菀走M(jìn)行處理，傳輸和控制，而且測(cè)量精度高，因此各種各樣的轉(zhuǎn)換器件也就應(yīng)運(yùn)而生了。轉(zhuǎn)換器也叫做傳感器，通過(guò)它能夠獲得客觀世界的種信息。

　　這里，把測(cè)力稱重的一種電阻應(yīng)變式傳感器作為例子，來(lái)說(shuō)明非電量（這里指的是力或質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成電量（這里指的是電壓量）測(cè)量的技術(shù)以及它的部分應(yīng)用。

應(yīng)變片和傳感器

　　我們知道，電阻材料的阻值大小，與該材料的種類和形狀有關(guān)。同種、同等長(zhǎng)度的電阻材料，其電阻值與材料的截面積成反比。所以我們將一根電阻絲拉長(zhǎng)時(shí)，其電阻就會(huì)變大，反之就會(huì)變小。利用這個(gè)特性，將一根康銅材料的電阻絲（或箔）在一個(gè)絕緣的基底上做成一定的形狀，就成為絲式（箔式）電阻應(yīng)變片了。將這種指甲大小的片，貼到一個(gè)特制的有彈性的物體上，當(dāng)彈性體在外力作用下產(chǎn)生變形時(shí)，貼了應(yīng)變片的地方當(dāng)然也有變形，這種變化能傳到電阻絲上，如果絲受到拉伸，其電阻值就變大，反之就變小。雖然這種彈性體的變化的相對(duì)量是以百萬(wàn)分之一為單位來(lái)測(cè)量的，但是只需將這些應(yīng)變片按一定規(guī)律組成一個(gè)惠斯登電橋，我們就容易獲得一個(gè)足夠大的輸出電壓信號(hào)，一般有幾個(gè)到幾十個(gè)毫伏電壓，將加在彈性體上的外力與電橋的輸出電壓對(duì)應(yīng)起來(lái)，就可以正確地將力轉(zhuǎn)換成電壓量來(lái)進(jìn)行測(cè)量了，這種基于某些物體形變引起電阻值改變?cè)順?gòu)成的應(yīng)變片彈性體是最簡(jiǎn)單的傳感器。

　　但是，這種簡(jiǎn)單的傳感器還有不少缺點(diǎn)。比如說(shuō)，在溫度變化時(shí)，傳感器上各應(yīng)變電阻值的變化量不盡相同。這種微小的差異引起了傳感器在沒(méi)有外力作用時(shí)，也會(huì)有一個(gè)微小的電壓輸出。這就是無(wú)載荷時(shí)的溫度漂移。為了使這種漂移減小。就要用溫度系數(shù)較大的銅絲或鎳絲等來(lái)進(jìn)行電學(xué)性能上的溫度補(bǔ)償工作。

　　我們都知道，溫度升高時(shí)，金屬材料會(huì)變輕。在常溫下，表現(xiàn)為溫度每升高1℃。合金材料的彈性模數(shù)會(huì)降低0.027%左右。因此，在彈性體上加同樣大小的外力，在較高溫度下變化較大，從而應(yīng)變電阻值的變化也較大。這時(shí)傳感器輸出電壓也就變大，反之，就變小。這就要求我們也用電阻溫度系數(shù)較大的材料來(lái)補(bǔ)償這種溫度帶來(lái)的誤差。這種工作通常叫做靈敏度的溫度補(bǔ)償或彈性模數(shù)的溫度補(bǔ)償，現(xiàn)在則逐漸被人稱為傳感器系數(shù)的溫度補(bǔ)償。在傳感器制作過(guò)程中，有不可避免的加工誤差等。應(yīng)變片也有阻值的差異，所以做成的傳感器，在沒(méi)有外力作用時(shí)，也會(huì)有一個(gè)輸出電壓。而在受相同外力時(shí)，相同形式的傳感器，其輸出電壓也不相同。因此還要對(duì)這種差異進(jìn)行補(bǔ)償。為了應(yīng)用的需要，各電橋的輸出和輸入阻抗還應(yīng)一致，也需對(duì)此做一些調(diào)整工作。經(jīng)過(guò)這種補(bǔ)償和調(diào)整后的一個(gè)好的傳感器，用來(lái)把它所受的力轉(zhuǎn)換為電壓來(lái)測(cè)量時(shí)。其精確度可達(dá)±0.1%以上，是一種理想的轉(zhuǎn)換器。

電子秤

　　我們自然會(huì)想到，這種傳感器放在秤臺(tái)下面。將被秤重物的質(zhì)量與傳感器受壓后的輸出電壓對(duì)應(yīng)起來(lái)，就成一臺(tái)電子秤了。

　　電子秤是一種理想的質(zhì)量---電壓轉(zhuǎn)換器。用現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高精度傳感器，可以做出相對(duì)誤差小于±0.1%的各類靜態(tài)電子秤。如可以做成配料用的料斗秤，用于載重汽車載貨量計(jì)量的汽車衡，用測(cè)量重量來(lái)代替計(jì)件數(shù)的計(jì)件秤。各種平臺(tái)秤等。由于這種轉(zhuǎn)換極快，還可以用傳感器來(lái)制成各種動(dòng)態(tài)秤。如裝在鐵軌下對(duì)慢速行進(jìn)中貨車計(jì)量的電子軌道衡，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送的物料進(jìn)行計(jì)量的電子皮帶秤。還有在吊裝貨物時(shí)計(jì)量的電子吊鉤秤等。電子秤的應(yīng)用?？梢蕴岣邉趧?dòng)生產(chǎn)力。降低生產(chǎn)成本，減少物資損耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，對(duì)節(jié)約能源起到良好作用。

　　當(dāng)然，傳感器還可用來(lái)測(cè)力，如測(cè)量火箭的推力，還可做成特制的鞋，來(lái)測(cè)量我們走路時(shí)用力情況，也有用來(lái)做成特殊的手套。來(lái)幫助病人恢復(fù)部分手的功能。還可用來(lái)正確地測(cè)量接骨時(shí)的對(duì)接力等。廣泛應(yīng)用于生物力學(xué)測(cè)試。

　　非電量的電測(cè)量，是一門獲得廣泛應(yīng)用的測(cè)量技術(shù)，應(yīng)用適當(dāng)，就會(huì)象萬(wàn)花筒一樣，放射出奇導(dǎo)美妙的光彩。