【正文】 感 L L2：隨鐵心位移而變化，其輸出特性如圖 323b所示。 ? 特點(diǎn)：比較靈敏，但缺點(diǎn)是工作點(diǎn)不易選好，變化范圍也較窄，傳感器連接電纜的分布電容影響也較大。 ? 圖 315是一種電感、電容組成的 橋路，電橋的輸出為一調(diào)幅波，經(jīng)放大、相敏解調(diào)、濾波后獲得輸出，再推動(dòng)顯示儀表。當(dāng)介質(zhì)層的厚度、溫度或濕度發(fā)生變化時(shí)，其介電常數(shù)發(fā)生變化，引起電極之間的電容量變化。 ? 根據(jù)電容器變化的參數(shù)，可分為 : ? 極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型 ? （ 1）極距變化型 ? 可見(jiàn)： ? 靈敏度 S與 δ成反比，極距越小，靈敏度越高； ? 靈敏度隨極距而變化，引起了非線(xiàn)性誤差。其電壓輸出為 平衡條件 為 或 1 3 2 401 2 3 4( ) ( )Z Z Z ZUZ Z Z Z????1 3 2 4 0Z Z Z Z?? 1423ZZZZ?交流電橋平衡條件 0 1 0 3 0 2 0 41 3 2 4Z Z Z Z? ? ? ????? ? ??交流電橋的輸出： 31 2 401 2 3 4()4iEZZ Z ZUZ Z Z Z?? ? ?? ? ? ? ?電容電橋 1 3 4 2143 2 43 21411( ) ( )R R R Rj C j CR R RR RCC??? ? ????????1得 平 衡 條 件 為 ：R電感電橋 1 1 3 4 4 23 2 41 3 4 2( ) ( )R j L R R j L RR R RL R L R??? ? ??????1得 電 感 的 平 衡 條 件 為 ：R交流電阻橋及平衡 交流電橋的特點(diǎn) ? 供橋電源要求高 ? 電橋平衡困難 ? 后續(xù)處理容易 ? 測(cè)量誤差： ? 例如 ? 電橋中元件之間的互感影響 ? 無(wú)感電阻的殘余電抗 ? 鄰近交流電路對(duì)電橋的感應(yīng)作用 ? 泄漏電阻以及元件之間 ? 元件與地之間的分布電容等 三、帶感應(yīng)偶合臂的電橋 ? 以上兩種電橋中的感應(yīng)耦合臂可代以差動(dòng)式三繞組電感傳感器，通過(guò)它的敏感元件 —— 鐵心，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為繞組間互感變化，再通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換為電壓或電流的輸出。電橋一般按其電源種類(lèi)而分成直流電橋和交流電橋兩種。 壓阻式傳感器有兩種類(lèi)型：半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器、固態(tài)壓阻式傳感器 壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是 : 靈敏度非常高，有時(shí)傳感器的輸出不需放大可直接用于測(cè)量； 分辨率高，例如測(cè)量壓力時(shí)可測(cè)出 10～ 20Pa的微壓； 測(cè)量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高； 可測(cè)量低頻加速度和直線(xiàn)加速度。 ? ３、應(yīng)用 ? 電阻應(yīng)變傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程的測(cè)試中（ 40%到 50%） ? 優(yōu)點(diǎn)： ? （ 1）分辨率高 ? （ 2）誤差小 ? （ 3）尺寸小、重量輕 ? （ 4）測(cè)量范圍大 ? （ 5）頻響特性好 :限制應(yīng)變片上限測(cè)量頻率是： ? 電橋的激勵(lì)電源頻率 ≤(1/5～ 1/10)電源頻率 ? 應(yīng)變片的基長(zhǎng) 基長(zhǎng)越短，上限測(cè)量頻率越高 ? 例 基長(zhǎng)為 10mm時(shí)，上限測(cè)量頻率可高達(dá) 25kHz ? （ 6）應(yīng)用于惡劣環(huán)境 ? （ 7）價(jià)格低 ? (1)直接用來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力 （２） .將應(yīng)變片貼于彈性元件上， 作為測(cè)量力、位移、壓力、加速度等參量的傳感器 4. 固態(tài)壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。（ 60Ω 、 120Ω 、 350Ω 、 600Ω 、1000Ω 等） （ 3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。對(duì)于金屬材料項(xiàng)比項(xiàng)小得多。依據(jù)基本公式 ，電阻相對(duì)變化率為： 經(jīng)簡(jiǎn)化可得： /R l A??2dR dl dr dR l r??? ? ? (1 2 )dRR ???? 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理，是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著它所受機(jī)械變形 (伸長(zhǎng)或縮短 )的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。 變阻器式電阻傳感器的測(cè)量電路 0( ) ( 1 )ep PLpuux R xx R x???特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便。 ? 再如電容型伺服式加速度計(jì) (也稱(chēng)力反饋式加速度計(jì) )，實(shí)際上是一個(gè)具有閉環(huán)回路的小型測(cè)量系統(tǒng)，如圖 32所示。 ? 例如：電阻應(yīng)變計(jì)接于電橋中、電感測(cè)微儀 傳感器可能只有一個(gè)，也可能有幾個(gè)換能元件，也可能是一個(gè)小型裝置。能在復(fù)雜的環(huán)境中準(zhǔn)確而有效地提取信息。 ? 測(cè)量環(huán)節(jié)、測(cè)量裝置、測(cè)量系統(tǒng) ? ? ? ? 二、組成 ? 敏感元件、輔助裝置（部分） ? 敏感元件 —— 直接感受被測(cè)量的部分，核心。 ? 輔助裝置（部分） —— 傳感器的重要組成部分，必不可少部分。 ? 第一節(jié) 常用傳感器分類(lèi) ? 按工作原理分： ? 電氣式傳感器、機(jī)械式傳感器、光電式傳感器等 ? 按被測(cè)量分： ? 位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、應(yīng)力傳感器、溫度傳感器等 ? （ 1）按信號(hào)變換特征分： ? 結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器 ? 結(jié)構(gòu)型傳感器 —— 依靠傳感器的結(jié)構(gòu)參量隨被測(cè)量的變化而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換 ? 例如：磁電式傳感器、電感式、電容式 ? ? 物性型傳感器 —— 依靠敏感元件材料本身物理化學(xué)性質(zhì)隨被測(cè)量的變化而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換 ? ? 例如：水銀溫度計(jì)、壓電式傳感器 ? 2）按能量關(guān)系分： ? 能量轉(zhuǎn)換型傳感器、能量控制型傳感器 ? 能量轉(zhuǎn)換型傳感器 —— 利用其輸出與被測(cè)量輸入的能量的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換測(cè)量。例如，電容式位移傳感器是位移一電容變化的能量控制型傳感器，可以直接測(cè)量位移。這種傳感器較一般開(kāi)環(huán)式傳感器具有更高的精確度和穩(wěn)定性。 缺點(diǎn)：分辨力不高，有較大的噪聲。若金屬絲的長(zhǎng)度為 L，截面積為 S，電阻率為 ρ ，其未受力時(shí)的電阻為 R。大量實(shí)驗(yàn)表明，在電阻絲拉伸比例極限范圍內(nèi)，電阻的相對(duì)變化與其所受的軸向應(yīng)變是成正比的，即 K0為常數(shù) Sg=1+2μ= 常數(shù) 通常金屬電阻絲的 Sg=～ 。 （ 4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。 無(wú)須粘貼，便于傳感器的集成化 最大的缺點(diǎn)是溫度誤差大，故需溫度補(bǔ)償或恒溫條件下使用。 1. 直流電橋 直流電橋?yàn)槌Ｒ?jiàn)電橋，假定電橋四個(gè)橋臂電阻分別為 R R R R4，輸入直流電壓為 u0，輸出電壓信號(hào)為 uy，則輸出為 如Ｕ y=0,稱(chēng)電橋的平衡狀態(tài) 直流電橋的平衡條件： 相對(duì)橋臂的阻值乘積相等 1 3 2 401 2 3 4( ) ( )yR R R RUUR R R R????? 如果各橋臂的電阻變化分別為： ΔR RΔR ΔR4，同時(shí) R1=R2=R3=R4=R 則 ? 當(dāng)為電阻同型號(hào)的應(yīng)變片時(shí)，上式可寫(xiě)成： 031 2 4()4yuRR R RuR R R R?? ? ?? ? ? ?01 2 3 4()4yguuS ? ? ? ?? ? ? ?? 結(jié)論： ? 電橋輸出電壓與電源電壓和電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)、電阻的相對(duì)變化率之和、應(yīng)變之和成正比。 ? 帶感應(yīng)耦合臂的電橋與一般電橋比較，具有較高的精確度、靈敏度以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）面積變化型 面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線(xiàn)性關(guān)系，但與極距變化型相比，靈敏度較低，適用于較大直線(xiàn)位移及角位移測(cè)量。 ? 圖 314b是一種電容式液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面位置發(fā)生變化時(shí)，兩電極浸入高度也發(fā)生變化，引起電容量的變化。 （ 2）直流極化電路 ? 又稱(chēng)為靜壓電容傳感器電路，多用于電容傳聲器或壓力傳感器。 （ 4）調(diào)頻電路 ? 特點(diǎn)： ? 具有抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高等 可測(cè)量 ? 電纜分布電容的影響較大，使用中有一些麻煩。 （ 2）渦流式 變換原理 —— 金屬導(dǎo)體在交流磁場(chǎng)中的渦流電效應(yīng)（渦流效應(yīng)） 即 交流磁場(chǎng)中的導(dǎo)體由于集膚效應(yīng)，在金屬體內(nèi)產(chǎn)生閉和的感應(yīng)電流（渦電流）。 (1—10)mm不等，最高分辨力可達(dá) 。 應(yīng)用實(shí)例 互感型 —— 差動(dòng)變壓器式電感傳感器 ? 原理：電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象 M—— 互感，大小與兩線(xiàn)圈相對(duì)位置及周?chē)橘|(zhì)的導(dǎo)磁能力等有關(guān)，表明兩線(xiàn)圈之間的偶合程度。 上圖是一種用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路。 ? 借助于彈性元件可以將壓力、重量等物理量轉(zhuǎn)換為位移的變化，故也將這類(lèi)傳感器用于壓力、重量等物理量的測(cè)量。 按照結(jié)構(gòu)方式不同，磁電式傳感器可分： 動(dòng)圈式、磁阻式 動(dòng)圈式 s ine N B lv ?? B—— 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度； l—— 單匝線(xiàn)圈有效長(zhǎng)度； N —— 線(xiàn)圈匝數(shù)； V—— 線(xiàn)圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； θ—— 線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。 壓電單晶體：如石英、酒石酸鉀鈉等； 壓電多晶體：如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等 。 （ Ⅰ ）并接時(shí) (圖 3— 37b) 電容量大，輸出電荷量大，時(shí)間常數(shù)大，宜于測(cè)量緩變信號(hào)，宜用于以電荷量輸出的場(chǎng)合。 但并聯(lián)電容過(guò)大也會(huì)使輸出電壓降低過(guò)多，降低了測(cè)量裝置的靈敏度。 (1)電壓放大器 000201s in ( )11 ( )aquCqu R i tCCR????? ? ??(2)電荷放大器 ( ) ( )()i a c i i y fyffyfq u C C C u u CAquC C ACquC? ? ? ? ???????( ) ( )()i a c i i y fyffyfq u C C C u u CAquC C ACquC? ? ? ? ???????上式表明： 在一定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并且與電纜分布電容無(wú)關(guān)。 高端：取決于結(jié)構(gòu)的聯(lián)接剛度； 測(cè)量力、壓力、振動(dòng)加速度、也用于聲學(xué)（包括超聲）和聲發(fā)射等； 壓電式傳感器常用來(lái)測(cè)量應(yīng)力、壓力、振動(dòng)的加速度，也用于聲、超聲和聲發(fā)射等測(cè)量。膜片中間有凸臺(tái)，凸臺(tái)背面放置壓電片。 現(xiàn)在廣泛采用壓電式傳感器來(lái)測(cè)