佳木斯市質量技術監(jiān)督檢驗檢測中心 劉立生

　　在生產(chǎn)實踐和科學實驗中，我們經(jīng)常會遇到各種物理量，化學量的非電量測量，粗略地來分，一類是電學量，如電阻、-電流、電壓的大小等，另一類則是非電量，如長度、溫度、酸堿度、力、顏色等，隨著電子技術的發(fā)展，人們開始致力于把生產(chǎn)，科研等過程中的各種非電量，轉換成電量來測量的專門技術的研究。因為電量很容易進行處理，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，通過它能夠獲得客觀世界的種信息。

　　這里，把測力稱重的一種電阻應變式傳感器作為例子，來說明非電量（這里指的是力或質量）轉換成電量（這里指的是電壓量）測量的技術以及它的部分應用。

應變片和傳感器

　　我們知道，電阻材料的阻值大小，與該材料的種類和形狀有關。同種、同等長度的電阻材料，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時，其電阻就會變大，反之就會變小。利用這個特性，將一根康銅材料的電阻絲（或箔）在一個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，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分之一為單位來測量的，但是只需將這些應變片按一定規(guī)律組成一個惠斯登電橋，我們就容易獲得一個足夠大的輸出電壓信號，一般有幾個到幾十個毫伏電壓，將加在彈性體上的外力與電橋的輸出電壓對應起來，就可以正確地將力轉換成電壓量來進行測量了，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單的傳感器。

　　但是，這種簡單的傳感器還有不少缺點。比如說，在溫度變化時，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有外力作用時，也會有一個微小的電壓輸出。這就是無載荷時的溫度漂移。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進行電學性能上的溫度補償工作。

　　我們都知道，溫度升高時，金屬材料會變輕。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)較大的材料來補償這種溫度帶來的誤差。這種工作通常叫做靈敏度的溫度補償或彈性模數(shù)的溫度補償，現(xiàn)在則逐漸被人稱為傳感器系數(shù)的溫度補償。在傳感器制作過程中，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，在沒有外力作用時，也會有一個輸出電壓。而在受相同外力時，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(diào)整工作。經(jīng)過這種補償和調(diào)整后的一個好的傳感器，用來把它所受的力轉換為電壓來測量時。其精確度可達±0.1%以上，是一種理想的轉換器。

電子秤

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

　　電子秤是一種理想的質量---電壓轉換器。用現(xiàn)在國內(nèi)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量的汽車衡，用測量重量來代替計件數(shù)的計件秤。各種平臺秤等。由于這種轉換極快，還可以用傳感器來制成各種動態(tài)秤。如裝在鐵軌下對慢速行進中貨車計量的電子軌道衡，對皮帶運輸機運送的物料進行計量的電子皮帶秤。還有在吊裝貨物時計量的電子吊鉤秤等。電子秤的應用。可以提高勞動生產(chǎn)力。降低生產(chǎn)成本，減少物資損耗，減輕勞動強度，改善勞動條件，對節(jié)約能源起到良好作用。

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

　　非電量的電測量，是一門獲得廣泛應用的測量技術，應用適當，就會象萬花筒一樣，放射出奇導美妙的光彩。