如何为基于PC的数据采集应用选择基于应变计的传感器

基于PC的数据采集和记录器产品可用于监测、记录和分析各种信号类型。然而，很少有比基于应变计的传感器更常见的了，它可以测量各种机械性能，如压力、载荷、力等。本应用笔记探讨了为确保基于应变计的传感器测量成功而应了解的一些关键事项。

换能器优先

我们无法计算客户打电话详细说明他想要进行的测量的次数，但没有传感器信息，这对于正确选择数据记录仪或数据采集系统至关重要。下面是一个示例：

客户：“是的，您好。我需要测量施加在铁路车辆联轴器的负载。负载将使用容量为 50，000 磅的 S 型梁称重传感器进行测量，我需要每秒采样大约五个样品。测量将在几天内无人值守，因此数据记录仪需要独立运行。

数据问：“好的。您是否为此应用选择了负载传感器？

顾客：“没有。

那么近，却又那么远。问题在于称重传感器的电气性能至少与其机械特性一样重要。在本例中，客户完全了解传感器的机械要求，但在实际选择传感器并了解其电气特性之前，无法可靠地推荐数据记录仪。这就像试图在不知道其品牌、型号和年份的情况下为您的汽车找到零件。

您应该首先根据机械要求（测量范围和外形尺寸）选择传感器。之后，记下传感器制造商提供的输出选项，并将其发送给您的数据采集或记录器供应商。我们考虑的是伏特、毫伏或满量程电流，传感器的机械性能几乎没有轴承。今天适用于 50，000 磅称重传感器的相同放大器，明天将适用于 50 克满量程称重传感器。

在查看电换能器特性时，您会注意到的第一件事是只有少数几个易于理解的选择，它们分为两大类：放大和非放大（见表1）。

放大换能器

构成传感器心脏的应变计是一种仅输出毫伏的设备，即使在传感器的满量程容量下也是如此。该信号在如此低的水平下不是很有用，需要放大。一些换能器制造商为您提供将放大器直接捆绑到换能器中的选项。它们接受宽功率范围（通常为 15 至 28 VDC），并输出放大电压或电流信号。电压输出信号可以在 0 到 10 伏满量程的范围内。电流输出范围通常为 4 至 20mA。任一输出均表示实际测量范围的线性化高级等效值（见表1）。

非放大传感器

另一种选择是具有非放大输出的传感器。此类别的产品依靠通用度量来表示传感器灵敏度，称为表压系数（GF），这是一个以mV/V表示的无单位数字。GF 等于 2 的传感器在其满量程测量范围内每伏激励将输出 2 毫伏（见表 1）。换能器行业几乎普遍确定了其非放大换能器的两个灵敏度数据：表压系数为2或3。

有些人将非放大传感器测量描述为比率法，但这只是一种奇特的说法，即传感器的输出与您施加的激励电压的大小成正比。我提到这一点是为了让人们明白用稳定的电压激励未放大的传感器是多么重要，因为这里的波动会直接传递到您的测量中。从这个意义上说，未放大的传感器精度不会优于其激励电压的稳定性。

表 1- 具有各种电气特性的 50，000 磅称重传感器的预期输出摘要。

而获胜者是...

您可能想知道为什么有人会选择未放大的换能器。使用放大信号似乎要好得多，而且电源要求也没那么严格。这都是合理的逻辑，但也有其他考虑。放大换能器的成本通常比非放大型至少高出三分之一，这一成本差异超过了外部放大器的成本。当您进一步考虑传感器处于危险之中时，尽可能少地花费不必要的组件来推动数据采集系统，这些组件不会有助于将机械能转换为电能。毕竟，如果您不小心将 50，000 磅重的放大称重传感器撞到圆房门上，那么您的传感器和放大器都丢失了。最后，不要让放大器和未放大换能器的稳定激励要求成为障碍。包括DATAQ仪器在内的许多制造商都提供紧凑的解决方案，在一个封装中提供极其稳定的激励电源和放大器。由于所有这些原因，未扩增的换能器至少与其扩增的表亲一样受欢迎。