【正文】 銅電阻具有線性度好、電阻溫度系數(shù)高以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性很差。 以不失真測(cè)試條件為原則，靜動(dòng)態(tài)特性綜合考慮，以動(dòng)態(tài)特性為主的方法進(jìn)行選用。除非有專門的非線性校正措施，最大輸入量不應(yīng)使傳感器進(jìn)入非線性區(qū)域，更不能進(jìn)入飽和區(qū)域。 在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，傳感器的響應(yīng)特性對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測(cè)物理量的變化特點(diǎn) (如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等 )。選用時(shí)必須考慮被測(cè)物理量的變化范圍，令其線性誤差在允許范圍以內(nèi)。 滑線電阻式傳感器表面有塵埃時(shí)，將引入噪聲等。 ? 如果是屬于相對(duì)比較的定性試驗(yàn)研究，只須獲得相對(duì)比較值即可，無(wú)需要求絕對(duì)量值，那么應(yīng)要求傳感器的精密度高。 實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)是比較困難的，對(duì)傳感器及測(cè)試系統(tǒng)都有一定特殊要求。 差動(dòng)變壓器輸出交流電壓，其幅值與鐵心位移成正比，只能反映鐵心位移的大小，不能反映移動(dòng)的極性。在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平板電容器的電容量為 : ε 0 — 真空的介電常數(shù)， ( ε 0 = 10 12 F/m ）； A — 極板的遮蓋面積； ε — 極板間介質(zhì)的相對(duì)介電系數(shù)，空氣 ε = 1 ； δ — 兩平行極板間的距離。為保證此點(diǎn)，往往要求信噪比越大越好，既要求傳感器本身噪聲小，且不易從外界引入干擾。 2． 響應(yīng)特性 在所測(cè)頻率范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真測(cè)量條件。例如，測(cè)力彈性元件，其材料的彈性限是決定測(cè)力量程的基本因素。 在機(jī)械工程中，有些機(jī)械系統(tǒng)或自動(dòng)化加工過(guò)程，往往要求傳感器能長(zhǎng)期地使用而不需經(jīng)常更換或校準(zhǔn)。如果是屬于相對(duì)比較的定性試驗(yàn)研究，只須獲得相對(duì)比較值即可，無(wú)需要求絕對(duì)量值，那么應(yīng)要求傳感器的 精密度高 。若選用電阻應(yīng)變片時(shí)，則需配以遙測(cè)應(yīng)變儀，或其他裝置 7． 其它因素 除了以上選用傳感器時(shí)應(yīng)充分考慮的一些因素外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等條件。例如，利用某些材料的化學(xué)反應(yīng)制成的識(shí)別氣體的 電子鼻 ；利用超導(dǎo)技術(shù)研制成功的高溫超導(dǎo)磁傳感器等。 實(shí)踐證明，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中有著密切的關(guān)系。生物技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用生物功能的生物傳感器。 電橋又可分為 半橋單臂、半橋雙臂和全橋 電路，分別適合不同要求的測(cè)量，電橋輸出電壓 uy大小均不相同，但注意到直流電橋的輸出值均與直流電源電壓 u0直接相關(guān)，所以電橋在實(shí)際測(cè)試中常采用平衡電橋，從而避免電源電壓不穩(wěn)所造成的輸出不準(zhǔn)確的缺陷。為此，努力開(kāi)發(fā)各種新型傳感器，是擺在我國(guó)科技工作者面前的緊迫任務(wù)。 基于上述開(kāi)發(fā)新型傳感器的緊迫性，目前國(guó)際上， 凡出現(xiàn) 一種新材料、新元件或新工藝，就會(huì) 很快地應(yīng)用于 傳感器，并研制出一種新的傳感器。智能型傳感器是一種帶有微處理禱并兼有檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。 當(dāng)今，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動(dòng)向，一是開(kāi)展 基礎(chǔ)研究 ，重點(diǎn)研究傳感器的新材料和新工藝；二是實(shí)現(xiàn)傳感器的 智能化 。因?yàn)閷?duì)部件的接觸式測(cè)量不僅造成對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響，且有許多實(shí)際困難，諸如測(cè)量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動(dòng)，信號(hào)的采集都不易妥善解決，也易于造成測(cè)量誤差。因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，尤其應(yīng)從測(cè)試目的出發(fā)來(lái)選擇?？煽啃允侵竷x器、裝置等產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可完成規(guī)定功能的能力。線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。這時(shí)對(duì)傳感器來(lái)講，其輸入量不僅包括被測(cè)量，也包括干擾量；兩者之和不能進(jìn)入非線性區(qū)。 當(dāng)然也應(yīng)考慮到，當(dāng)靈敏度越高時(shí)，與測(cè)量信號(hào)無(wú)關(guān)的外界干擾也越容易混入，并被放大裝置所放大。 100mm，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，穩(wěn)定性好，被廣泛用于直線位移，或可轉(zhuǎn)換為位移變化的壓力、重力等參數(shù)的測(cè)量。當(dāng)線圈 W1(圖 415)輸入交流電流 i1時(shí)，線圈 W2產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e12，其大小與電流 i1變化率成正比，比例系數(shù) M稱為互感量。 若選用電阻應(yīng)變片時(shí)，則需配以遙測(cè)應(yīng)變儀，或其他裝置。 ? 因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，尤其應(yīng)從測(cè)試目的出發(fā)來(lái)選擇。 光電傳感器的感光表面有塵埃或水汽時(shí)，會(huì)改變光通量、偏振性或光譜成份。然而任何傳感器都不容易保證其絕對(duì)線性 ， 在許可限度內(nèi)，可以在其近似線性區(qū)域應(yīng)用。 一般講，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)較快，可工作頻率范圍寬。 在測(cè)量多維向量時(shí)，還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 第十節(jié) 傳感器的選用原則 如何根據(jù)測(cè)試目的和實(shí)際條件，合理地選用傳感器，是經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。銦的熔點(diǎn)約為 429K，在 15K溫度范圍內(nèi)靈敏度比鉑高 10倍，故可用于鉑電阻不能使用的低溫范圍。常用的 WZB型鉑電阻體是由直徑為 — 的鉑絲繞在云母片制成的平板型支架上 (見(jiàn)圖 342所示 )，鉑絲繞組的出線端與銀絲引出線相焊，并穿上瓷套管加以絕緣和保護(hù)。 熱電阻由電阻體、絕緣套管和接線盒等主要部件組成 電阻體是熱電阻的最主要部分（敏感元件）。 超高溫?zé)犭娕?(測(cè)溫可達(dá) 2022 ℃ ，精度 177。鎳鉻為正極，考銅為負(fù)極。 2)鎳鉻一鎳硅 (鎳鉻 — 鎳鋁 )熱電偶 (WREU) 由鎳鉻與鎳硅制成，用符號(hào) EU表示。 1％ ) 低溫?zé)犭娕?(可在 2— 273K低溫范圍內(nèi)使用，靈敏度為 10uV／ ℃ ) 快速測(cè)量壁面溫度的薄膜熱電偶 (測(cè)量厚度 ～ ) 非金屬材料熱電偶。 所以，當(dāng)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總熱電動(dòng)勢(shì) EAB(T， T0)成為溫度 T和 T0的函數(shù)差。 壓電式傳感器的工作原理是可逆的，施加電壓于壓電晶片，壓電片便產(chǎn)生伸縮。與此相應(yīng)的靈敏度，稱為橫向靈敏度。 壓電式傳感器的工作頻率范圍廣，理論上其低端從直流開(kāi)始，高端截止頻率取決于結(jié)構(gòu)的連接剛度，一般為數(shù)十赫到兆赫的量級(jí)，這使它廣泛用于各領(lǐng)域的測(cè)量。 現(xiàn)在廣泛采用壓電式傳感器來(lái)測(cè)量加速度。 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。 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。 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 。 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—— 單匝線圈有效長(zhǎng)度； N —— 線圈匝數(shù)； V—— 線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； θ—— 線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。 上圖是一種用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路。 (1—10)mm不等，最高分辨力可達(dá) 。 （ 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。 ? 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。 ? 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)。 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。 （ 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。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。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。 ? 第一節(jié) 常用傳感器分類 ? 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。 ? 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。 ? 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。 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。對(duì)于金屬材料項(xiàng)比項(xiàng)小得多。 ? 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。電橋一般按其電源種類而分成直流電橋和交流電橋兩種。 ? 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，引起了非線性誤差。 ? 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。 ? 靈敏度為： ? ? ? 為減少測(cè)量誤差，須采取措施： ? （ Ⅰ ）限制測(cè)量范圍（ δ0， δ0+Δδ） ? 一般 Δδ/δ0≤ ? 應(yīng)用 :測(cè)量小位移 ～ 1mm. 20022N u AS???? （ Ⅱ ）采用差動(dòng)式 銜鐵移動(dòng)時(shí)一個(gè) δ0↑,另一個(gè)δ0↓使得一個(gè) L↑,另一個(gè)L↓,將兩個(gè)線圈接入電橋的相鄰橋臂 ,利用電橋的加減特性達(dá)到減小測(cè)量非線性誤差的目的 . ? 特點(diǎn)：靈敏高、非線性誤差大 b)面積變化型 ? L與 A0為線性關(guān)系 ,測(cè)量線性誤差小 ,但與變氣隙型傳感器相比靈敏度較低 . ? 特點(diǎn)：靈敏低、非線性誤差??； c)螺管線圈型（變磁導(dǎo)率） 傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移(數(shù)毫米 )測(cè)量 雙螺管線圈差動(dòng)型，較之單螺管型有較高靈敏度及線性，被用于電感測(cè)微計(jì)上，常用測(cè)量范圍為 0— 300um，最小分辨力為 這種傳