如何為基于PC的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用選擇基于應(yīng)變計的傳感器

基于PC的數(shù)據(jù)采集和記錄器產(chǎn)品可用于監(jiān)測、記錄和分析各種信號類型。然而，很少有比基于應(yīng)變計的傳感器更常見的了，它可以測量各種機械性能，如壓力、載荷、力等。本應(yīng)用筆記探討了為確?；趹?yīng)變計的傳感器測量成功而應(yīng)了解的一些關(guān)鍵事項。

換能器優(yōu)先

我們無法計算客戶打電話詳細(xì)說明他想要進行的測量的次數(shù)，但沒有傳感器信息，這對于正確選擇數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至關(guān)重要。下面是一個示例：

客戶：“是的，您好。我需要測量施加在鐵路車輛聯(lián)軸器的負(fù)載。負(fù)載將使用容量為 50，000 磅的 S 型梁稱重傳感器進行測量，我需要每秒采樣大約五個樣品。測量將在幾天內(nèi)無人值守，因此數(shù)據(jù)記錄儀需要獨立運行。

數(shù)據(jù)問：“好的。您是否為此應(yīng)用選擇了負(fù)載傳感器？

顧客：“沒有。

那么近，卻又那么遠(yuǎn)。問題在于稱重傳感器的電氣性能至少與其機械特性一樣重要。在本例中，客戶完全了解傳感器的機械要求，但在實際選擇傳感器并了解其電氣特性之前，無法可靠地推薦數(shù)據(jù)記錄儀。這就像試圖在不知道其品牌、型號和年份的情況下為您的汽車找到零件。

您應(yīng)該首先根據(jù)機械要求（測量范圍和外形尺寸）選擇傳感器。之后，記下傳感器制造商提供的輸出選項，并將其發(fā)送給您的數(shù)據(jù)采集或記錄器供應(yīng)商。我們考慮的是伏特、毫伏或滿量程電流，傳感器的機械性能幾乎沒有軸承。今天適用于 50，000 磅稱重傳感器的相同放大器，明天將適用于 50 克滿量程稱重傳感器。

在查看電換能器特性時，您會注意到的第一件事是只有少數(shù)幾個易于理解的選擇，它們分為兩大類：放大和非放大（見表1）。

放大換能器

構(gòu)成傳感器心臟的應(yīng)變計是一種僅輸出毫伏的設(shè)備，即使在傳感器的滿量程容量下也是如此。該信號在如此低的水平下不是很有用，需要放大。一些換能器制造商為您提供將放大器直接捆綁到換能器中的選項。它們接受寬功率范圍（通常為 15 至 28 VDC），并輸出放大電壓或電流信號。電壓輸出信號可以在 0 到 10 伏滿量程的范圍內(nèi)。電流輸出范圍通常為 4 至 20mA。任一輸出均表示實際測量范圍的線性化高級等效值（見表1）。

非放大傳感器

另一種選擇是具有非放大輸出的傳感器。此類別的產(chǎn)品依靠通用度量來表示傳感器靈敏度，稱為表壓系數(shù)（GF），這是一個以mV/V表示的無單位數(shù)字。GF 等于 2 的傳感器在其滿量程測量范圍內(nèi)每伏激勵將輸出 2 毫伏（見表 1）。換能器行業(yè)幾乎普遍確定了其非放大換能器的兩個靈敏度數(shù)據(jù)：表壓系數(shù)為2或3。

有些人將非放大傳感器測量描述為比率法，但這只是一種奇特的說法，即傳感器的輸出與您施加的激勵電壓的大小成正比。我提到這一點是為了讓人們明白用穩(wěn)定的電壓激勵未放大的傳感器是多么重要，因為這里的波動會直接傳遞到您的測量中。從這個意義上說，未放大的傳感器精度不會優(yōu)于其激勵電壓的穩(wěn)定性。

表 1- 具有各種電氣特性的 50，000 磅稱重傳感器的預(yù)期輸出摘要。

而獲勝者是...

您可能想知道為什么有人會選擇未放大的換能器。使用放大信號似乎要好得多，而且電源要求也沒那么嚴(yán)格。這都是合理的邏輯，但也有其他考慮。放大換能器的成本通常比非放大型至少高出三分之一，這一成本差異超過了外部放大器的成本。當(dāng)您進一步考慮傳感器處于危險之中時，盡可能少地花費不必要的組件來推動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這些組件不會有助于將機械能轉(zhuǎn)換為電能。畢竟，如果您不小心將 50，000 磅重的放大稱重傳感器撞到圓房門上，那么您的傳感器和放大器都丟失了。最后，不要讓放大器和未放大換能器的穩(wěn)定激勵要求成為障礙。包括DATAQ儀器在內(nèi)的許多制造商都提供緊湊的解決方案，在一個封裝中提供極其穩(wěn)定的激勵電源和放大器。由于所有這些原因，未擴增的換能器至少與其擴增的表親一樣受歡迎。