【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，也就是具有確定規(guī)律的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。傳感器是信息檢測(cè)的必要工具，是生產(chǎn)自動(dòng)化、科學(xué)測(cè)試、計(jì)量核算、監(jiān)測(cè)診斷等系統(tǒng)中必不可少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。通常是檢測(cè)系統(tǒng)與被測(cè)量對(duì)象之間的接口，處于檢測(cè)系統(tǒng)的輸入端，其性能直接影響著整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)檢測(cè)精確度起著主要作用。一般來(lái)講，自動(dòng)檢測(cè)裝置中最初感受被測(cè)量并將它轉(zhuǎn)換為可用信號(hào)輸出的器件叫傳感器，在工程上也稱為探測(cè)器、換能器、測(cè)量頭。傳感器是一個(gè)完整的測(cè)量裝置（或系統(tǒng)） ，能把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的有用電量輸出，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會(huì)安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片之上。因此，信號(hào)調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)作為傳感器的一部分，如圖 11 所示。 敏感元件——感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件，如膜片和波紋管，可以把被測(cè)量壓力變?yōu)槲灰屏?。若敏感元件能直接輸出量（如熱電偶?，就兼為傳感元件和傳感器就完全是融為一體的。 變換元件——又稱傳感元件，是傳感器的重要元件。它可以直接感受被測(cè)量（一般為非電量）且輸出與被測(cè)量成確定的關(guān)系的電量，如熱電偶和熱敏電阻。傳感元件也可以不在直接感受被測(cè)量，而只感受與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他非電量。例如，差動(dòng)變壓器式壓力傳感器，并不直接感受壓力，而只是感受與被測(cè)壓力成確定關(guān)系的銜鐵位移量，然后輸出電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。 信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路——能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號(hào)的電路。信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類型的不同有很多種類，常用的電路有電路、放大器、振蕩器和阻抗變換器等。 傳感器根據(jù)使用要求的不同，可以做得很簡(jiǎn)單，也可以做得很復(fù)雜；可以是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，也可以是不帶反饋的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。因此，傳感器的組成將依不同情況而有所差異。敏感元件 變換元件 信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路輔助電源被測(cè)量 非電量 電參量 電量圖 11 傳感器組成框圖 傳感器的分類傳感器的種類很多。往往同一個(gè)種被測(cè)量可以用不同類型的傳感器來(lái)測(cè)量，如壓力可用電容式、電阻式、光纖式等傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量；而同一原理的傳感器又可以測(cè)量多種物理量，如電阻式傳感器可以測(cè)量位移、溫度、壓力及加速度等。因此，傳感器有許多種分類方法。常用的分類方法有：（1） 按被測(cè)量分類 機(jī)械量：位移、力、力矩、扭矩、速度、加速度、振動(dòng)、噪聲…… 熱工量：溫度、熱量、流量（速） 、風(fēng)速、壓力（差） 、液位…… 物性參量:濃度、粘度、比重、酸堿度…… 狀態(tài)參量：裂紋、缺陷、泄露、磨損、表面質(zhì)量…… 這種分類方法也就是按用途進(jìn)行分類，給使用者提供了方便，容易根據(jù)測(cè)量對(duì)象來(lái)對(duì)選擇傳感器。（2） 按測(cè)量原理分類按傳感器的工作原理可分為電阻式、電感式、電容式、壓點(diǎn)式、光電式、光纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器?，F(xiàn)在傳感器的測(cè)量電路都是基于物理、化學(xué)和生物等各種效應(yīng)和定律，這種分類方法便于從原理上認(rèn)識(shí)輸入與輸出之間的變換關(guān)系，有利于專業(yè)人員從原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用上作歸納性的分析與研究。（3） 按信號(hào)變換特征分類結(jié)構(gòu)型：主要是通過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變化的。例如，水銀溫度計(jì)是利用水銀的熱脹冷縮現(xiàn)象測(cè)量溫度，壓電式傳感器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量等。（4） 按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型：傳感器直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作。例如熱電偶、光電池等，這種類型傳感器也稱為有源傳感器。除了以上分類方法外，還可按照輸出型號(hào)形式分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器，按照測(cè)量方式分為接觸式和非接觸式傳感器等。雖然分類方法各不相同，但了解傳感器的分類可以加深理解、便于合理選用傳感器。在機(jī)械振動(dòng)技術(shù)研究和連續(xù)監(jiān)視過(guò)程中，一再提出了無(wú)接觸測(cè)量問(wèn)題。作為無(wú)接觸測(cè)量的傳感器，以前用的很多的是電感儀和電容儀兩種，電感傳感器雖然使用可靠，但是體積大，測(cè)量的線性范圍小；電容傳感器的體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，但是測(cè)量的范圍小，測(cè)量值受到介質(zhì)和電磁場(chǎng)的影響大，在現(xiàn)場(chǎng)使用亦有困難，因此都不能滿足實(shí)際使用中的要求。為了克服上述兩種傳感器的缺點(diǎn)，發(fā)展了一種建立在電渦流原理上的傳感器，即電渦流。它可以把位移、振幅、厚度、尺寸、裂紋等參數(shù)變換成電量來(lái)進(jìn)行測(cè)量，并且具有測(cè)量線性范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受油污等介質(zhì)的影響，頻率寬，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外已用于汽輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)的徑向振動(dòng)測(cè)量與軸向位移測(cè)量，并用來(lái)作為連續(xù)監(jiān)控裝置。國(guó)內(nèi)已研制成功了電渦流式位移振幅測(cè)量?jī)x和電廠汽輪機(jī)監(jiān)視用位移計(jì)、偏心度計(jì)等 電渦流傳感器的原理及分析 電渦流效應(yīng)當(dāng)通過(guò)金屬導(dǎo)體中的磁通發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬內(nèi)自行閉合，通常稱之為電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消費(fèi)一部分磁場(chǎng)能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，電渦流傳感器就是基于這種電渦流效應(yīng)。 電渦流作用原理金屬板圖 31 電渦流作用原理圖△X線圈 等效電路及分析把金屬板看作一個(gè)短回路，它與激勵(lì)線圈相聯(lián)系，可等效成如下的電路。MU ～→ →－線圈電路 －金屬板等效電阻 －線圈的電感1R2R1LＵ－激勵(lì)電壓 －金屬板的電感L圖 32 等效電路圖由楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)變化的方向相反， 總是抵抗 的變化，由于渦流磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)磁材料的作用以及距離對(duì)磁場(chǎng)的影響，使原線圈的等效阻抗 發(fā)Z生變化，變化程度與 有關(guān)，分析表明，影響高頻率線圈阻抗 的因素，除了線圈與金XZ屬極間距離 δ 以外，還有金屬板的電阻率 ρ。磁導(dǎo)率 μ 以及線圈的激磁圓頻率 ω 等。我們把金屬導(dǎo)體形象地理解為一個(gè)短路線圈，它與傳感器線圈磁性相聯(lián)。這里我們假定傳感器線圈原有電路為 ，電感為 ，則其復(fù)阻抗為 = +j 21在線圈與導(dǎo)體之間存在一個(gè)互感系數(shù)Ｍ，Ｕ為激勵(lì)電壓， ， 為導(dǎo)體等效電阻和電感，有圖 2 所示等效電路，根據(jù)基爾霍夫定律，在線圈與導(dǎo)體之間存在一個(gè)互感系數(shù)Ｍ，Ｕ為激勵(lì)電壓， ， 為導(dǎo)體等效電阻和電感，有圖 2 所示等效電路，根據(jù)基爾霍夫定律，可以列出如下方程: = 22解上述方程組可得到 及 ,進(jìn)而可以求得線圈在受到導(dǎo)體影響之后的等效阻為 = = + +j ] 23同時(shí)可以得到線圈的等效電感為：L= 24比較 與 兩式可知，由于渦流的作用，使阻抗的實(shí)部（電阻）增大，而虛部部分等效電感是增大還是減小，這主要由金屬導(dǎo)體材料而定。所以等效電感 將減小。當(dāng)金屬材料為磁性材料時(shí)，由于導(dǎo)體被磁化使 也增大，而增