【正文】 實(shí)測(cè)電路往往為平衡電橋，如動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，平衡電阻可顯示被測(cè)量的大小。 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)。 在我國(guó)近 20年來，傳感器雖然有了較快的發(fā)展，有不少傳感器走上市場(chǎng)，但大多數(shù)只能用于測(cè)量常用的參數(shù)、常用的量程、中等的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代化建設(shè)的要求。而各種新型傳感器的問世，又不斷為各個(gè)部門的科學(xué)技術(shù)服務(wù)，促使現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。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。 基于上述開發(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。正因?yàn)槿绱?，世界上許多國(guó)家都在努力研究各種新型傳感器，改進(jìn)傳統(tǒng)的傳感器。與此相比，傳感器就顯得比較落后。 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。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。微機(jī)械加工技術(shù)除全面繼承氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積等微電子技術(shù)外，還發(fā)展了平面電子工藝技術(shù)，各向異性腐蝕、固相鍵合工藝和機(jī)械分?jǐn)嗉夹g(shù)。工業(yè)自動(dòng)化程度越高，對(duì)機(jī)械制造精度和裝配精度要求就越高，相應(yīng)地測(cè)量程度要求也就越高。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。 當(dāng)今，傳感器技術(shù)的主要發(fā)展動(dòng)向，一是開展 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 。傳感器種類非常繁多，按用途大致可分為以下主要幾類：磁敏傳感器（電量傳感器）、溫度傳感器（熱敏傳感器）、濕度傳感器、氣敏傳感器、光敏傳感器、壓力傳感器、深度傳感器、力矩扭矩傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器、流量傳感器、物性量傳感器 二、傳感技術(shù)的發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是微加工技術(shù)，包括微電子和微機(jī)械加工技術(shù)快速發(fā)展，以及信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和環(huán)保生態(tài)產(chǎn)業(yè)的興起，微型化、集成化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、低功耗、無線、便攜式已成為國(guó)內(nèi)外新型傳感器的特點(diǎn) 。傳感器技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、材料科學(xué)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一。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。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。工作方式不同對(duì)傳感器要求亦不同。例如，為研究超精密切削機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的定位精確度、主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、振動(dòng)及熱變形等，往往要求測(cè)量精確度在 — 范圍內(nèi)，欲測(cè)得這樣量值，必須采用高精確度的傳感器。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，無需要求絕對(duì)量值，那么應(yīng)要求傳感器的 精密度高 。因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，尤其應(yīng)從測(cè)試目的出發(fā)來選擇。 然而，也并非要求傳感器的精確度愈高愈好，因?yàn)檫€應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。 5． 精確度 傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測(cè)量真值一致的程度。 在機(jī)械工程中，有些機(jī)械系統(tǒng)或自動(dòng)化加工過程，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)?？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。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)。 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。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。線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。 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 )。 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。 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。這時(shí)對(duì)傳感器來講，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)。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。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。 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)無關(guān)的外界干擾也越容易混入，并被放大裝置所放大。因此，本節(jié)在常用傳感器的初步知識(shí)的基礎(chǔ)上，就合理選用傳感器的一些注意事項(xiàng)，作一概略介紹。 當(dāng)被測(cè)量 δ 、 S 或 ε 發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。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。 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。為此，差動(dòng)變壓器式傳感器的后接電路，需要采用既能反映鐵心位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的差動(dòng)直流輸出電路。零點(diǎn)殘余電壓是由于兩個(gè)次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，以及初級(jí)線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等形成。 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。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。 思考題 什么是傳感器？傳感器由那幾部分組成？ 什么是結(jié)構(gòu)型傳感器？什么是物性型傳感器？什么是能量轉(zhuǎn)換型傳感器？什么是能量控制型傳感器？各舉一例說明。 實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)的新型傳感器的研制，也是當(dāng)前測(cè)試技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方面。 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。 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。 對(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 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。 ? 例如 ? 為研究超精密切削機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的定位精確度、主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、振動(dòng)及熱變形等，往往要求測(cè)量精確度在 — ，欲測(cè)得這樣量值，必須采用高精確度的傳感器。 ? 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，無需要求絕對(duì)量值，那么應(yīng)要求傳感器的精密度高。 ? 因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，尤其應(yīng)從測(cè)試目的出發(fā)來選擇。 5．精確度 傳感器的精確度 —— 表示傳感器的輸出與被測(cè)量真值一致的程度 也并非要求傳感器的精確度愈高愈好，因?yàn)檫€應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。而其工作環(huán)境又比較惡劣，塵埃、油劑、溫度、振動(dòng)等干擾嚴(yán)重。 滑線電阻式傳感器表面有塵埃時(shí)，將引入噪聲等。 光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r(shí)，會(huì)改變光通量、偏振性或光譜成份。 例如 電阻應(yīng)變式傳感器，濕度會(huì)影響其絕緣性；溫度會(huì)影響其零漂；長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。 只有產(chǎn)品的性能參數(shù) (特別是主要性能參數(shù) )均處于規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，方能視為可完成規(guī)定的功能。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)。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。 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。 線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。 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 )。 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。 希望回程誤差小一些 二、響應(yīng)特性 (動(dòng)態(tài)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。這時(shí)對(duì)傳感器來講，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)。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。 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。 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)無關(guān)的外界干擾也越容易混入，并被放大裝置所放大。 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。 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)遇到的問題。碳電阻對(duì)磁場(chǎng) 不敏感、價(jià)格便宜、操作方便。錳電阻的缺點(diǎn)是脆性大，難以拉制成絲。其缺點(diǎn)是材料很軟，復(fù)制性很差。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。 (3)其他熱電阻 近年來，伴隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，一些新型熱電阻得到應(yīng)用。另外，當(dāng)溫度超過 1000C時(shí)，銅容易氧化，因此它只能在低溫和沒有浸蝕性介質(zhì)中工作。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)。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)。ACCC???? ????? ? ?（ ）4 0 21 10 。 通?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式描述鉑電阻的溫度關(guān)系 Rt —— 溫度為 t0C時(shí)的電阻值； R0 —— 溫度為 00C時(shí)的電阻值； A —— 常數(shù)， B—— 常數(shù)， 鉑的純度常以 來表示，根據(jù) 1968年國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定，其值不得小于 。鉑在氧化性介質(zhì)中，特別是在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。 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）。 熱電阻傳感器 利用電阻隨溫度變化的特點(diǎn)制成的傳感器叫熱電阻傳感器，它主要用于對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參數(shù)測(cè)定。 綜上所述，各種熱電偶都具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)溫范圍、測(cè)溫狀態(tài)和介質(zhì)情況綜合考慮。 利用石墨和難熔化合物作為高溫?zé)犭娕疾牧峡梢越鉀Q金屬熱電偶材料無法解決的問題。 超高溫?zé)犭娕?(測(cè)溫可達(dá) 2022 ℃ ，精度 177。但它產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)小，且價(jià)格昂貴。 可長(zhǎng)期測(cè)量 1600 ℃ 的高溫，短期測(cè)量可達(dá) 1800 ℃ 。 EA熱電偶的特點(diǎn)是熱電靈敏度高、價(jià)格便宜，但測(cè)溫范圍低且窄，考銅合金易受氧化而變質(zhì)。鎳鉻為正極，考銅為負(fù)極。 ? 3)鎳鉻一考銅熱電偶 (WREA) 由鎳鉻材料與鎳、銅合金材料組成，用符號(hào) EA表示。 EU熱電偶具有復(fù)制性好，產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)大，線性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。鎳鉻為正極，鎳硅為負(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。 LB熱電偶在氧化性或中性介質(zhì)中具有較高的物理化學(xué)穩(wěn)定性。此種熱電偶在 300℃以下范圍可長(zhǎng)時(shí)間使用，在良好的使用環(huán)境下可短期測(cè)量 1600℃ 高溫。括號(hào)中符號(hào) WR指熱電偶