【文章內(nèi)容簡介】 絲沿橫向伸長時，兩者之間的關(guān)系為，其中為電阻絲材料的泊桑比，則，金屬電阻材料的很小，即其壓阻效應很弱，這樣上式可簡化為，其靈敏度為。為了將電阻應變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，在應用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點。能較好地滿足各種應變測量要求，因此在應變測量中得到了廣泛的應用[3]。 電橋電路按輔助電源分有直流電橋和交流電橋，由于直流電橋的輸出信號在進一步放大時易產(chǎn)生零漂，故交流電橋的應用更為廣泛。直流電橋只用于較大應變的測量，交流電橋可用于各種應變的測量。 電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種。直流電橋的連接方式a)半橋單臂 b)半橋雙臂 c)全橋金屬應變片的穩(wěn)定性和溫度特性好，但其靈敏度?。欢雽w應變片應變靈敏度大。體積小。能制成具有一定應變電阻的元件，但它的缺點是溫度穩(wěn)定性和可重復性不如金屬應變片。它的應用實例如橋梁固有頻率測量、電子稱、桶式測力傳感器等。電子稱把被測的機械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，若不考慮邊緣效應，其電容量為當被測參數(shù)變化使得上式中的A、d 或 發(fā)生變化時，電容量C也隨之變化。若保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。電容式傳感器的等效電路如圖：電容式傳感器的測量電路同樣為電橋電路，如下圖：電容式傳感器的溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應好，可進行非接觸測量，然而，輸入阻抗高，負載能力差[4]。％。其運用實例有電容傳聲器、轉(zhuǎn)速測量、電容測厚儀、電容式油量表等。 電感式傳感器電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器具有以下特點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，傳感器無活動電觸點，因此工作可靠壽命長。 （2）靈敏度和分辨力高。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出。（3）線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍（幾十微米至數(shù)毫米）內(nèi)，%~%。同時，這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點[7]。 電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。圖中介紹的是自感式傳感器。由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當把線圈接入測量電路并接通激勵電源時，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點是：①無活動觸點、可靠度高、壽命長；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復性好；⑤測量范圍寬（測量范圍大時分辨率低）；⑥無輸入時有零位輸出電壓，引起測量誤差；⑦對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不適用于高頻動態(tài)測量。電感式傳感器主要用于位移測量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等）的測量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實際應用中，這三種傳感器多制成差動式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。 變間隙型電感傳感器 這種傳感器的氣隙δ隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻（圖1）。它的靈敏度和非線性都隨氣隙的增大而減小，因此常常要考慮兩者兼顧?！?。 變面積型電感傳感器 這種傳感器的鐵芯和銜鐵之間的相對覆蓋面積（即磁通截面）隨被測量的變化而改變,從而改變磁阻（圖2）。它的靈敏度為常數(shù)，線性度也很好。 螺管插鐵型電感傳感器 它由螺管線圈和與被測物體相連的柱型銜鐵構(gòu)成。其工作原理基于線圈磁力線泄漏路徑上磁阻的變化。銜鐵隨被測物體移動時改變了線圈的電感量。這種傳感器的量程大，靈敏度低，結(jié)構(gòu)簡單，便于制作[6]。電感式傳感器的應用實例有：測厚、零件計數(shù)、側(cè)轉(zhuǎn)速、無損探傷、測微技術(shù)等。 壓電式傳感器壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質(zhì)材料的壓電效應, 是典型的有源傳感器。當材料受力作用而變形時, 其表面會有電荷產(chǎn)生，從而實現(xiàn)非電量測量。壓電式傳感器的等效電路：壓電元件兩電極間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，因此可以構(gòu)成一個電容器，晶體上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板, 極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì), 則其電容量為：，壓電元件受外力時，兩表面產(chǎn)生等量的正負電 荷，壓電元件的開路電壓為：。壓電傳感器可以等效為一個電荷源與一個電容并聯(lián)。如下圖(a)壓電傳感器也可以等效為一個與電容相串聯(lián)的電壓源。如下圖（b）電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關(guān)系為：壓電式傳感器的測量電路： 測量時，需把壓電傳感器用電纜接于前置放大器，前置放大器作用： 一是放大傳感器輸出的微弱信號；二是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗。電壓放大器如圖（a）： 電荷放大器如圖（b）： （b） 壓電式傳感器的性能特點：高阻抗、低能量；但是無靜態(tài)輸出，要求有很高的電輸出阻抗。需用低電容的低噪聲電纜。壓電式傳感器的應用有：壓電式測力傳感器、壓電式加速度傳感器、壓電式金屬加工切削力測量、壓電式玻璃破碎報警器等。壓電式金屬加工切削力測量：壓電式玻璃破碎報警器： 霍爾式傳感器霍爾傳感器是利用霍爾元件基于霍爾效應原理而將被測量轉(zhuǎn)換成電動勢輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止狀態(tài)下，具有感受磁場的獨特能力，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬(從直流到微波)、動態(tài)范圍大(輸出電勢變化范圍可達1000:1)、壽命長等特點，因此獲得了廣泛應用。 金屬或半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應。如下圖：霍爾元件的主要性能參數(shù)： （1）輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻：控制電極間的電阻 輸出電阻：霍爾電極之間的電阻（2）額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流：當霍爾元件有控制電流使其本身在