【正文】 ?????? ???????? ???????? ?? KKER RR RERR REU g? ? ? ? ?????? ????? ?32 81412114 ???? KKKKEU g? ? ? ?? ? ? ? ???????????? ?????? 32328141214814121144 ?????????? KKKKEKKKKEKE則電橋的相對非線性誤差為 可見， Kε 愈大， δ 愈大，通常 Kε 1。 δ ≈1/2? Kε 當(dāng)僅橋臂 AB單臂工作時 ， 輸出電壓為 由前兩式可知 ， 當(dāng)假定 RΔ R時 ， 輸出電壓 Ug與應(yīng)變 ε 間呈線性關(guān)系 。 若假定不成立 ， 則按線性關(guān)系刻度的儀表用來測量必然帶來非線性誤差 。 ?KERREUg 44 ???? （ 四 ） 應(yīng)變式傳感器應(yīng)用 金屬應(yīng)變片 ， 除了測定試件應(yīng)力 、 應(yīng)變外 ， 還制造成多種應(yīng)變式傳感器用來測定力 、 扭矩 、 加速度 、 壓力等其它物理量 。 應(yīng)變式傳感器包括兩個部分：一是 彈性敏感元件 ，利用它將被測物理量（如力、扭矩、加速度、壓力等）轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；另一個是 應(yīng)變片 作為轉(zhuǎn)換元件將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。 柱力式傳感器 梁力式傳感器 應(yīng)變式壓力傳感器 應(yīng)變式加速度傳感器 柱式力傳感器 ε2 +ε1 截面積 S F F F 面積 S ε1 +ε2 b） a） 柱力式傳感器 圓柱式力傳感器的彈性元件分為實心和空心兩種。 在軸向布置一個或幾個應(yīng)變片 ，在圓周方向布置同樣數(shù)目的應(yīng)變片 ，后者取符號相反的橫向應(yīng)變 ， 從而構(gòu)成了差動對 。 由于應(yīng)變片沿圓周方向分布 ， 所以非軸向載荷分量被補償 ，在與軸線任意夾角的 α 方向 ， 其應(yīng)變?yōu)? ： ? ? ? ?? ?????? ? 2c os112 1 ????ε1——沿軸向的應(yīng)變； μ——彈性元件的泊松比 。 當(dāng) α=0時 SEF＝＝ 1??? 當(dāng) α=90?時 SEF????? ? ＝－＝－＝ 12E：彈性元件的楊氏模量 梁力式傳感器 等強度梁彈性元件是一種特殊形式的懸臂梁 。 梁的固定端寬度為 b0， 自由端寬度為 b， 梁長為 L， 粱厚為 h。 L R1 R3 R2 R4 x F h b 等強度梁彈性元件 b0 力 F作用于梁端三角形頂點上，梁內(nèi)各斷面產(chǎn)生的應(yīng)力相等，故在對 L方向上粘貼應(yīng)變片位置要求不嚴。 ?橫截面梁 ?雙空梁 ?S形彈性元件 P （ b） （ a） 應(yīng)變式壓力傳感器 應(yīng)變式壓力傳感器 測量氣體或液體壓力的薄板式傳感器 ， 如圖所示 。 當(dāng)氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時 ， 薄板變形 ， 粘貼在另一面的電阻應(yīng)變片隨之變形 ， 并改變阻值 。 這時測量電路中電橋平衡被破壞 ， 產(chǎn)生輸出電壓 。 圓形薄板固定形式：采用嵌固形式， 如圖 （ a） 或與傳感器外殼作成一體 ， 如圖 (b)。 應(yīng)變片 應(yīng)變式加速度傳感器 由端部固定并帶有慣性質(zhì)量塊 m的懸臂梁及貼在梁根部的應(yīng)變片 、 基座及外殼等組成 。 是一種慣性式傳感器 。 測量時 ， 根據(jù)所測振動體加速度的方向 ， 把傳感器固定在被測部位 。 當(dāng)被測點的加速度沿圖中箭頭所示方向時 ， 固定在被測部位 。 當(dāng)被測點的加速度沿圖中箭頭所示方向時 ， 懸臂梁自由端受慣性力 F=ma的作用 ， 質(zhì)量塊向箭頭 a相反的方向相對于基座運動 ， 使梁發(fā)生彎曲變形 ， 應(yīng)變片電阻也發(fā)生變化 ， 產(chǎn)生輸出信號 ，輸出信號大小與加速度成正比 。 L 應(yīng)變片 質(zhì)量塊 m 彈簧片 外殼 基座 a 應(yīng)變式加速度傳感器 電感式傳感器（變磁阻） ?自感式傳感器 ?氣隙型自感傳感器 ?螺管型自感傳感器 ?自感線圈的等效電路 ?測量電路 ?差動變壓器 ?結(jié)構(gòu)原理與等效電路 ?誤差因素分析 ?測量電路 ?應(yīng)用 ?電渦流式傳感器 定義： 是一種利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的裝置。 感測量 ：位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、比重等。 種類 ：根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，分自感式和互感式兩種； 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，分氣隙型、面積型和螺管型。 優(yōu)點 ： ① 結(jié)構(gòu)簡單 、 可靠 ， 測量力小 銜鐵為 ～ 200 105N時 ， 磁吸力為 (1~10) 105N。 ② 分辨力高 機械位移： ， 甚至更??；角位移： 。 輸出信號強 ， 電壓靈敏度可達數(shù)百 mV/mm 。 ③ 重復(fù)性好，線性度優(yōu)良 在幾十 μm到數(shù)百 mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。 不足 ： 存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)測量。 一 、 自感式傳感器 有氣隙型和螺管型兩種結(jié)構(gòu) 。 （ 一 ） 氣隙型自感傳感器 工作原理 組成：線圈 1，銜鐵 3和鐵芯 2等。 圖中點劃線表示磁路，磁路中空氣隙總長度為 lδ 。 1 2 3 x (a)氣隙式 (b)變截面式 N：線圈匝數(shù)； Rm：磁路總磁阻 (鐵芯與銜鐵磁阻和空氣隙磁阻 ) 氣隙式自感傳感器 ， 因為氣隙較小 (lδ為 ～ 1mm)， 所以 ， 認為氣隙磁場是均勻的 ， 若忽略磁路鐵損 ， 則磁路總磁阻為 l1：鐵芯磁路總長； l2：銜鐵的磁路長； S：隙磁通截面積； S1：鐵芯橫截面積； S2：銜鐵橫截面積； μ1：鐵芯磁導(dǎo)率； μ2：銜鐵磁導(dǎo)率； μ0：真空磁導(dǎo)率， μ0=4π 107H／ m； lδ：空氣隙總長。 mRNL 2?SlSlSlRm0222111???????由磁路基本知識知，線圈自感為 ????????????SlSlSlNRNLm 022211122????由于自感傳感器的鐵芯一般在非飽和狀態(tài)下 ， 其磁導(dǎo)率遠大于空氣的磁導(dǎo)率 ， 因此鐵芯磁阻遠較氣隙磁阻小 ， 所以上式可簡化為 ??lSNL 02?可見，自感 L是氣隙截面積和長度的函數(shù)，即 L＝ f(S,lδ) 如果 S保持不變，則 L為 lδ的單值函數(shù)，構(gòu)成 變隙式自感傳感器 ；若保持 lδ不變，使 S隨位移變化，則構(gòu)成 變截面式自感傳感器 。其特性曲線如圖。 L=f（ S） L=f（ lδ） lδ L S L=f(lδ)為非線性關(guān)系。當(dāng) lδ＝ 0時， L為 ∞，考慮導(dǎo)磁體的磁阻，當(dāng) lδ＝ 0時，并不等于 ∞，而具有一定的數(shù)值，在 lδ較小時其特性曲線如圖中虛線所示。如上下移動銜鐵使面積 S改變，從而改變 L值時 ,則 L＝ f(S)的特性曲線為一直線。 特性分析 主要特性 :靈敏度和線性度 。 當(dāng)鐵芯和銜鐵采用同一種導(dǎo)磁材料 ， 且截面相同時 ， 因為氣隙 lδ一般較小 ， 故可認為氣隙磁通截面與鐵芯截面相等 ， 設(shè)磁路總長為 l ， 則 ? ??????? ??????????? ???rrrmllSlllSR???????? 11100???????? ??rrmllSR ????01rrm llKllNSRNL????? ????? 1202 K=μ0N 2S 一般 μr1，所以 rlllKLL ??? ?????? 11當(dāng)氣隙減少 △ lδ時 ? ? ? ?? ?rr lllllL LL ?? ??? ??????? 1? ??????????????????rrllllllllLL????????1111111自感的相對變化 ? ? ? ? ? ? ????????????????????????????????? ?211111111rrr llllllllllllLL??? ?????????同理，當(dāng)總氣隙長度增加 Δlδ時，自感減小為 ΔL2，即 rllllLL?????????? 2? ? ? ? ??????????????????????????????? ?21111111rrr llllllllllll??? ?????????若忽略高次項，則自感變化靈敏度為 ? ?rL lllLlLK???? ???????11? ?rllll?? ????????11線性度 lδ L ΔL1 ΔL2 L0 lδ0 ① 當(dāng)氣隙 lδ發(fā)生變化時 ， 自感的變化與氣隙變化均呈非線性關(guān)系 ， 其非線性程度隨氣隙相對變化 Δlδ/lδ的增大而增加； ②氣隙減少 Δlδ所引起的自感變化 ΔL1與氣隙增加同樣Δlδ所引起的自感變化 ΔL2并不相等，即 ΔL1＞ ΔL2，其差值隨 Δlδ/lδ的增加而增大。 差動 變氣隙式自感傳感器結(jié)構(gòu)由兩個電氣參數(shù)和磁路完全相同的線圈組成 。當(dāng)銜鐵 3移動時 ， 一個線圈的自感增加 ， 另一個線圈的自感減少 ， 形成差動形式 。 如將這兩個差動線圈 ? ? ????????????????????????????????? ?221111112rr llllllllLLLLL?? ??????E USC 1 3 4 2 Ⅰ Ⅱ R R (lΔ lδ)/2 (lΔ lδ)/2 分別接入測量電橋鄰臂，則當(dāng)磁路總氣隙改變 Δlδ時，自感相對變化為 rL lllLlLK???? ???????11239。2)(11?????????????rllll?????① 差動式自感傳感器的靈敏度比單線圈傳感器提高一倍 ② 差動式自感傳感器非線性失真小 ,如當(dāng) Δlδ/lδ=10％ 時 (略去 l／ lδμr), 單線圈 δ＜ 10％ ；而差動式的 δ＜ 1％ 。 75 50 25 0 50 75 100 L/mH lδ/mm 100 25 LD 4 3 2 1 Ⅰ Ⅱ 1 2 3 4 Δ lδ Δ lδ 對差動氣隙式傳感器其 Δlδ/lδ與l/(lδμr)的變化受到靈敏度和非線性失真相互矛盾的制約 ,因此只能適當(dāng)選取 。 一般差動變隙式自感傳感器 Δlδ/lδ＝ ～ ， 可使傳感器非線性誤差在 3％ 左右 。其工作行程很小 ,若取 lδ＝ 2mm,則行程為 (—)mm；較大行程的位移測量 ,常利用螺管式自感傳感器 1 線圈 Ⅰ 自感特性； 2 線圈 Ⅱ 自感特性； 3 線圈 Ⅰ 與 Ⅱ 差動自感特性； 4 特性曲線 差動式自感傳感器的輸出特性 r x 螺旋管 鐵心 單線圈螺管型傳感器結(jié)構(gòu)圖 l （ 二 ） 螺管型自感傳感器 有單線圈和差動式兩種結(jié)構(gòu)形式 。 單線圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線圈和一根圓柱形鐵芯 。 傳感器工作時 ， 因鐵芯在線圈中伸入長度的變化 ， 引起螺管線圈自感值的變化 。 當(dāng)用恒流源激勵時 ， 則線圈的輸出電壓與鐵芯的位移量有關(guān) 。 螺管線圈內(nèi)磁場分布曲線 r x l H（ ） IN l x（ l） 鐵芯在開始插入（ x=0）或幾乎離開線圈時的靈敏度，比鐵芯插入線圈的 1/2長度時的靈敏度小得多。這說明