佳木斯市質(zhì)量技術(shù)監督檢驗檢測中心 劉立生

　　在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗中，我們經(jīng)常會(huì )遇到各種物理量，化學(xué)量的非電量測量，粗略地來(lái)分，一類(lèi)是電學(xué)量，如電阻、-電流、電壓的大小等，另一類(lèi)則是非電量，如長(cháng)度、溫度、酸堿度、力、顏色等，隨著(zhù)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，轉換成電量來(lái)測量的專(zhuān)門(mén)技術(shù)的研究。因為電量很容易進(jìn)行處理，傳輸和控制，而且測量精度高，因此各種各樣的轉換器件也就應運而生了。轉換器也叫做傳感器，通過(guò)它能夠獲得客觀(guān)世界的種信息。

　　這里，把測力稱(chēng)重的一種電阻應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）轉換成電量（這里指的是電壓量）測量的技術(shù)以及它的部分應用。

應變片和傳感器

　　我們知道，電阻材料的阻值大小，與該材料的種類(lèi)和形狀有關(guān)。同種、同等長(cháng)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(cháng)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，當彈性體在外力作用下產(chǎn)生變形時(shí)，貼了應變片的地方當然也有變形，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量是以百萬(wàn)分之一為單位來(lái)測量的，但是只需將這些應變片按一定規律組成一個(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，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應起來(lái)，就可以正確地將力轉換成電壓量來(lái)進(jìn)行測量了，這種基于某些物體形變引起電阻值改變原理構成的應變片彈性體是最簡(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。就要用溫度系數較大的銅絲或鎳絲等來(lái)進(jìn)行電學(xué)性能上的溫度補償工作。

　　我們都知道，溫度升高時(shí)，金屬材料會(huì )變輕。在常溫下，表現為溫度每升高1℃。合金材料的彈性模數會(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較大的材料來(lái)補償這種溫度帶來(lái)的誤差。這種工作通常叫做靈敏度的溫度補償或彈性模數的溫度補償，現在則逐漸被人稱(chēng)為傳感器系數的溫度補償。在傳感器制作過(guò)程中，有不可避免的加工誤差等。應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。因此還要對這種差異進(jìn)行補償。為了應用的需要，各電橋的輸出和輸入阻抗還應一致，也需對此做一些調整工作。經(jīng)過(guò)這種補償和調整后的一個(gè)好的傳感器，用來(lái)把它所受的力轉換為電壓來(lái)測量時(shí)。其精確度可達±0.1%以上，是一種理想的轉換器。

電子秤

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

　　電子秤是一種理想的質(zhì)量---電壓轉換器。用現在國內生產(chǎn)的高精度傳感器，可以做出相對誤差小于±0.1%的各類(lèi)靜態(tài)電子秤。如可以做成配料用的料斗秤，用于載重汽車(chē)載貨量計量的汽車(chē)衡，用測量重量來(lái)代替計件數的計件秤。各種平臺秤等。由于這種轉換極快，還可以用傳感器來(lái)制成各種動(dòng)態(tài)秤。如裝在鐵軌下對慢速行進(jìn)中貨車(chē)計量的電子軌道衡，對皮帶運輸機運送的物料進(jìn)行計量的電子皮帶秤。還有在吊裝貨物時(shí)計量的電子吊鉤秤等。電子秤的應用?？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)強度，改善勞動(dòng)條件，對節約能源起到良好作用。

　　當然，傳感器還可用來(lái)測力，如測量火箭的推力，還可做成特制的鞋，來(lái)測量我們走路時(shí)用力情況，也有用來(lái)做成特殊的手套。來(lái)幫助病人恢復部分手的功能。還可用來(lái)正確地測量接骨時(shí)的對接力等。廣泛應用于生物力學(xué)測試。

　　非電量的電測量，是一門(mén)獲得廣泛應用的測量技術(shù)，應用適當，就會(huì )象萬(wàn)花筒一樣，放射出奇導美妙的光彩。