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介绍传感器的一个新技术参量 |
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作者：中国计量科学研究院 周祖濂 |
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最近国外传感器生产厂家在其技术参量中增加了新的一个参量：电流校准（值）、英文名称为“Current calibzation”。也有记为mv/v/Ω校准（值）。它的定义是“额定输出（Rated Output）”与“输出阻抗（Output Resistance）”之比。其量纲为电流，所以定义为电流校准。该电流值被校准在参考值的0.05%以内。在参量表中记为≤0.05%。有了该参量使我们在传感器并联使用时变得很容易，可以节省衡器四角平衡调节的时间。更重要的是在更换传感器时可以无需重新校准，保持原来的校准数据。
为叙述其物理概念，先回顾以往衡器四角平衡时，传感器的调节方法。图1为电压调节电路，通过串联在电源激励电压与传感器电桥电路中的电阻或电位器，达到改变传感器的输出电压，在衡器偏载校验时，通过这样的调节可使四角调平衡。图2为电流调节电路，通过调节跨接在电桥输出端的电位器，达到调节电桥输出的分流电流。同样也能达到衡器四角平衡。显而易见，这两种调节方法，在更换传感器时，必须对衡器进行重新校。
图1 电压调节电路 图2 电流调节电路
而具有电流校准或mv/v/Ω校准的传感器就可以在更换传感器后，无需重新校准。其原理如下：为了简化问题，我们考虑两只传感器并联的情况，所得的结论推广到多只传感器是不困难。根据Thevenin等效电路原理，可将一个复杂的系统简化为一个电压源和一输出阻抗串联的等效电路，故两只并联传感器可简化为图3的等效电路。系统的输出电压为：
其中V1和V2为电压源，R2和R2为输出阻抗。从式中可以看出，在传感器并联时要求输出相等。实质上是要求传感器的短路电流mv/v/Ω值相等。而不是要求输出电压相等。以上等效电路、使用Norton等效电路原理，可转化为电流型等效电路。如图4所示。由图4有：
目前衡器生产厂家，对其产品的电流校准参量值可控制在0.05%以内。在偏载调整时，以往通常只要求并联传感器具有相同的灵敏度值，即使是对并联传感器的输出阻抗也要求匹配。但由于在以上两种调节线路，接入了串接电阻或输出端跨接了分流电阻，这就破坏了原来的匹配条件，原来的灵敏度值和输出阻抗值已变得无意义。
图3 并联电压等效电路图4 并联电流等效电路
众所周知，造成四角误差的原因：一是传感器，二是受力的机械系统的状况。以往的调整时，是偏重通过对传感器的调整，来使偏载误差达到所需的要求。这往往会造成并联传感器之间工作状况有较大的差异，实际是反映出衡器在四个角的工作受力态有很大的差异，对一台设计优良的衡器是不应当的。一台工作状态良好的衡器应当是每个角的受力状态是一致的，即在偏载调整时，应着重对每个角受力状况的调节，而不是过分的借助于对传感器的工作条件的调整。在使用电流校准值一致的传感器的衡器时，是通过设计和机械调节达到偏载测量的计量要求，而不调节传感器的输出电压或电流。因为此种情况、传感器在出厂前已调整到足够的一致，即mv/v/Ω值在0.05%以内。这样调整的优点在于，首先衡器处在均匀的受力状态，其次在更换传感器时，无需对衡器重新校准，衡器仍可“保持”原有的校准值。
图5
现举例如下，若新传感器的开路输出电压值或灵敏度值，比被更换的传感器高2%，此时由于这些传感器的电流校准值（mv/v/Ω）是一致的。若将该传感器直接接入原线路，此时的输出电压为：
而
此时，在与源来的重量被称重时，更换后的输出就要比更换前高出百分之一，这是我们所不希望的。这样的情况在以往更换传感器时是不可避免的现象。但是，在使用具有电流校准传感器时，就很容易来避免这样的情况。在所述例子中，只需在并联传感器的输出端并接一阻值为51Ω的电阻，就可以使衡器仍保持更换传感器的工作状况，无需重复校准，此结果可根据图5电路的计算得到：
并接上51Ω电阻后三个电阻的并联值仍等于更换前的电阻值R/2。这样使并接后的输出电压值仍“保持”更换前的值，达到无需重新校准的目的。近年来，为了满足国际建议和国家标准的要求，国外在对衡器校准方面，作了一些工作，特别是对大型衡器。如仓储秤、大罐称重、汽车衡等的校准。上述的电流校准参量的使用，数字系统的无砝码校准，就是这方面的例子。这些方法对节约资金、节省劳力方面是值得我们推广的，特别对工业、冶金、矿山领域使用的衡器，具有非常积极的意义。(end)
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(3/25/2008) |
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