【正文】 根據(jù)電工知識(shí)，我們很容易理解電位器的電壓轉(zhuǎn)換原理。 線繞電位器的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 使用方便； 缺點(diǎn)是分辨率低， 這是由于電阻絲是一匝一匝地繞在骨架上的， 當(dāng)接觸電刷從這一匝移到另一匝時(shí)， 阻值的變化呈階梯式。 由于這些缺點(diǎn)， 限制了它的使用范圍。 導(dǎo)電玻璃釉電位器的缺點(diǎn)是接觸電阻變化大、 噪聲大、 不易保證測(cè)量的高精度。由表 31可以看出，金屬應(yīng)變片 K≈ 2。 基底有紙基和膠基兩種。 其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高， 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 34 金屬電阻應(yīng)變片 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2） 半導(dǎo)體應(yīng)變片有體型、 薄膜型和擴(kuò)散型等形式。 （ 3） 允許工作電流和逸散功率： 通常在測(cè)靜態(tài)量時(shí)， 允許電流小于 25 mA。 加壓時(shí)要注意防止應(yīng)變片錯(cuò)位 。當(dāng)電橋平衡時(shí)，輸出電壓 Uo=0。 1） 如圖 36（ a）所示， R1為電阻應(yīng)變片， R R R4為固定電阻，由式（ 37）和式（ 38）得 1i11io 44 ?kURRUU ???（ 39） 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2） 如圖 36（ b）所示， R R2均為電阻應(yīng)變片， R R4為固定電阻，同理可得 )(44 21i2211io ?? ?????????? ???? kURRRRUU（ 310） 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 3） 由式（ 37）可以看出，相鄰橋臂間為相減關(guān)系， 相對(duì)橋臂間為相加關(guān)系。如圖 37（ c）所示為差動(dòng)式結(jié)構(gòu)， 可以提高靈敏度、減小非線性。 設(shè)被測(cè)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為 ε r1， 空氣的相對(duì)介電常數(shù)為 ε r0＝ 1， 介質(zhì)高度為 h， 傳感器總高度為 H， 內(nèi)筒的外徑為 d， 外筒的內(nèi)徑為 D， 則由式 （ 314） 可求得傳感器的電容值為 dDhKCCln)( 0r1r0?? ???（ 315） 式中， 為傳感器的初始電容值。 電容式傳感器也可以采用如圖 36(d) 所示的電路，將圖中的 C C2接成差動(dòng)電容傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容，由 RP1和 RP2配合調(diào)節(jié)電橋的平衡。 它們由鐵芯 、 線圈 、 銜鐵 、 測(cè)桿及彈簧等組成 。它具有線性度差、示值范圍窄、自由行程小、 在小位移下靈敏度很高的特點(diǎn)。 它是在螺線管中插入圓柱形鐵芯而構(gòu)成的。 圖 315（ a）為電感電橋， 為了便于選擇元件，另外兩臂常采用固定電阻，電橋的輸出電壓為 LLuu ??2o（ 320） 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 315(b)為變壓器電橋，其中兩橋臂為變壓器二次側(cè)的線圈， Z Z2為差動(dòng)式電感傳感器的線圈，若忽略線圈的電阻變化，則輸出電壓為 LLuZZZZuu ?????22 2121o（ 321） 當(dāng)銜鐵移動(dòng)方向相反時(shí)，輸出電壓的相位將相差 180176。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 普通的可用膠木棒， 要求高的則用環(huán)氧玻璃纖維、聚砜塑料或聚四氟乙烯等。 圖中， e1為初級(jí)線圈的激勵(lì)電勢(shì)； LR1為初級(jí)線圈的電感和電阻； R2 R22為兩個(gè)二次線圈的電阻。 5） 二次線圈匝數(shù)越多，靈敏度越高，兩者成線性關(guān)系。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 318 差動(dòng)變壓器的補(bǔ)償電路 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 4. 差動(dòng)變壓器的差動(dòng)整流電路 差動(dòng)變壓器靈敏度較高 ， 一般滿量程輸出電壓可達(dá)幾伏 ， 在要求不高時(shí) ， 可直接接入整流電路 。 線圈的導(dǎo)線應(yīng)選用電阻率小的材料 ， 一般采用高強(qiáng)度漆包銅線 。 諧振電路的輸出也是調(diào)制波， 控制幅值變化的稱調(diào)幅波， 控制頻率變化的稱調(diào)頻波。渦流在金屬導(dǎo)體中的軸向分布是按指數(shù)規(guī)律衰減的，衰減深度 t可以表示為 ft πr0 ???? （ 323） 式中， ρ 為導(dǎo)體電阻率； f為勵(lì)磁電源的頻率。 為了能夠產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)度的電渦流效應(yīng) ， 通常取距離與線圈外徑的比值為 ～ 。 與調(diào)制相對(duì)應(yīng) ， 有鑒幅 （ 檢波 ） 、 鑒頻和鑒相 。 它由四個(gè)二極管順向串聯(lián)成一個(gè)閉合回路， 四個(gè)端點(diǎn)分別接變壓器 T T2的二次側(cè)。 輸入調(diào)幅信號(hào) ui經(jīng) T1二次側(cè)的上半邊輸出 uy/2并經(jīng) VD T2二次側(cè)的左半邊和電流表構(gòu)成回路，電流方向?yàn)檎? 如果測(cè)量裝置頻率響應(yīng)較低， 如磁電式電流表， 也可不加濾波器。 9 V；信號(hào)輸入端最大電壓為 177。 振蕩信號(hào)經(jīng) A4放大輸出相互抵消 。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2. 相敏檢波的特點(diǎn) 綜上所述 ， 相敏檢波器是對(duì)調(diào)幅信號(hào)與參考信號(hào)間相位敏感的檢波器 ， （ 1） 相敏檢波輸出信號(hào)的極性與調(diào)制信號(hào)極性相同 ， 即能識(shí)別方向 。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 325 二極管相敏檢波電路的一般形式 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 （ 1） 當(dāng)調(diào)制信號(hào)為正時(shí) ， ui與載波相位相同 ， 故 ur與 ui相位也相同 。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 交流電橋的調(diào)幅作用 用交流電源激勵(lì)的交流電橋輸出信號(hào)是一個(gè)頻率和相位與激勵(lì)源相同 ， 幅度受橋臂變化信號(hào)調(diào)制的雙邊帶調(diào)幅波 。 受控的高頻振蕩信號(hào)稱為載波信號(hào)。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2. 電渦流的徑向形成范圍 線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不能涉及到無(wú)限大的范圍， 電渦流密度也有一定的徑向形成范圍。 晶體振蕩器輸出頻率固定的正弦波 ， 經(jīng)限流電阻 R接電渦流傳感器線圈與電容器的并聯(lián)電路 。 在采用線圈與框架端面膠接的形式時(shí) ， 膠水亦要選擇適當(dāng) ， 一般可以選用粘貼應(yīng)變片用的膠水 。 當(dāng)導(dǎo)電的金屬靠近這個(gè)線圈時(shí) ， 金屬導(dǎo)體中便會(huì)產(chǎn)生電渦流 ， 如圖 320所示 。 （ 2） 采用相敏檢波電路不僅可以鑒別銜鐵的移動(dòng)方向， 而且有利于消除零點(diǎn)殘余電壓， 其特性如圖 317（ c）所示。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 3） 差動(dòng)變壓器靈敏度與激勵(lì)電動(dòng)勢(shì)有關(guān) ， 用 (mV/mm)/V來(lái)表示 。 銜鐵和鐵芯用同種導(dǎo)磁材料制造。螺管式差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)仍包括線圈、 鐵芯、 銜鐵和測(cè)桿等。 鐵磁材料的選取決定于供橋電源的頻率， 500Hz以下多用硅鋼片， 500 Hz以上多用坡莫合金， 更高頻率的則選用鐵氧體。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 313 變氣隙截面式電感傳感器 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 3） 為了擴(kuò)大示值范圍和減小非線性誤差， 可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)， 如圖 312（ b）和 313所示。 因鐵芯和銜鐵均為導(dǎo)磁材料， 磁阻可忽略不計(jì)， 則式（ 318）可改寫(xiě)為 0002m22 lSNRNL ??? （ 319） 式中， S0為氣隙的等效截面積； μ 0為空氣的磁導(dǎo)率。 （ 2） 極片材料受溫度的影響：由不同材料制造成的傳感器 ， 具有不同的溫度膨脹系數(shù) ， 為此在決定傳感器尺寸和選材時(shí)均要考慮溫度影響 。（ b）為差動(dòng)接法， 其空載輸出電壓可表示為 uo=－ ΔCU/C0， ΔC為電容傳感器的電容變化值。變面積式電容傳感器的特性為線性特性，測(cè)量范圍寬，但靈敏度較低。 平行金屬板間的電容量為 kdSUQCπ4??? （ 313） 式中， k≈ 9 109N 根據(jù)電路原理，其輸出電壓為 i41324231i414323o ))(( URRRRRRRRURRRRRRU???????????????? （ 36）