【正文】 式 兩種，分別用來測量 線位移 和 角位移 。 磁柵 是檢測位置的基準(zhǔn)尺，尺身的磁性薄膜上預(yù)先錄有相同間距的柵狀磁信號， 磁頭 讀取磁信號。進(jìn)行測量時， 采用高導(dǎo)磁的磁性材料（如坡莫合金）集中 磁通來增強磁場的集束器 可降低器件噪聲、提高信噪比。為了減小由于溫度影響帶來的測量誤差，除選用 溫度系數(shù)小 的元件或采取 恒溫 措施外，還可以采用11 恒流源 、 利用輸入回路串、并電阻、利用輸出回路的負(fù)載 、 利用熱敏電阻 等方法進(jìn)行補償。 對霍爾元件可采用 恒流 驅(qū)動或 恒壓 驅(qū)動； 恒壓驅(qū)動 電路簡單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強度增加，線性變壞，僅用于 精度要求不太高的 場合； 恒流驅(qū)動 線性度高，精度高，受溫度影響小。 當(dāng)霍爾元件的控制電流采用交流時，由于 建立霍爾電勢所需時間很短 ，因此交流電頻率可高達(dá)幾千兆赫，且 信噪比 較大。靈敏度 系數(shù)的大小，取決于 元件的材料 和幾何尺寸 ，材料的 ? 和 ? 越大，霍爾系數(shù) RH 越大，輸出的 UH 越大，為了提高霍爾靈敏度，要求材料的 RH 盡可能的大。當(dāng)載流材料和幾何尺寸確定后，霍爾電勢的大小只和 I 和 B 有關(guān)，因此霍爾傳感器可用來探測 磁場 和 電流 ，由此可測量 壓力 、 振動等。 霍爾電勢 UH = dIBRH =KHIB，其中 RH 是 霍爾系數(shù)（ m3/c） 、 I 是 控制電流（ A） 、 B 是 磁感應(yīng)強度（ T） 、 d 是半導(dǎo)體薄片厚度（ M） 、 KH 是 靈敏度系數(shù) ， RH =?? ，其中 ? 為 載流體的電阻率 ， ? 為 載流子的遷移率 ，半導(dǎo)體材料（尤其是 N 型半導(dǎo)體）電阻率較大，載流子遷移率很高，因而可以獲得很大的 霍爾系數(shù) ，適于制造霍爾傳感器。在薄片兩側(cè)之間建立的電場 EH ，稱為 霍爾電場 ，相應(yīng)的電勢UH 稱為 霍爾電勢 。流經(jīng)測量管流體的瞬時流量 Q 與流速 v 的關(guān)系為 Q=а v = 42D?v 。 磁電式傳感器直接從被測物體吸收機械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，且輸出功率 大 ，性能 穩(wěn)定 ，它的工作不需要 電源 ，調(diào)理電路 非常簡單 ，由于磁電式傳感器通常具有較高的 靈敏度 ，所以一般不需要 高增益放大器 ，適用于 振動 、10 轉(zhuǎn)速 、 扭矩 的測量。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，感應(yīng)電動勢 e 與線圈相對磁場的運動速度 v 或ω成正比。 作業(yè)題： 導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線，導(dǎo)體兩端會出現(xiàn)感應(yīng)電動勢 E，閉合導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動勢 e=Ndtd? ；當(dāng)線圈垂直于磁場方向切割磁力線時，感應(yīng)電動勢 e=NBlv；若線圈以角速度ω轉(zhuǎn)動，、則感應(yīng)電動勢 e=NBSω 。磁柵式傳感器目前有以下兩個方面的應(yīng)用：可以作為高精度測量長度和角度的測量儀器。零位誤差是由以下因素造成的：磁柵的節(jié)距不均勻造成的零位誤差； 磁柵的安裝與變形誤差；磁柵剩磁變化所引起的零點漂移；外界磁場干擾。 1 磁柵式傳感器的信號處理方法有哪些 ？ 答：磁柵式傳感器的信號處理方法有靜態(tài)磁頭的信號處理方法和動態(tài)磁頭的信號處理方法。當(dāng)磁柵與磁頭的相對位置發(fā)生變化時，磁頭的輸出發(fā)生相應(yīng)變化，將位移量轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過檢測電路轉(zhuǎn)換成脈沖，并以數(shù)字形式顯示出來。 10 磁柵式傳感器由哪幾部分組成？簡述工作原理？ 答：磁柵式傳感器由磁柵、磁頭和檢測電路組成。 答： 對霍爾元件可采用恒流驅(qū)動或恒壓驅(qū)動，恒壓驅(qū)動電路簡單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場合；恒流驅(qū)動線性度高，精度高，受溫度影響小?；? 爾元件的磁阻效應(yīng) 使霍爾輸出降低，尤其在強磁場時，輸出降低較多，應(yīng)想辦法予以補償 。 什么是霍爾元件的磁阻效應(yīng)？磁阻效應(yīng)應(yīng)對霍爾元件的輸出有什么影響。 什么是霍爾元件的不等位電勢？如何補償？ 答： 不等位電勢 ：在額定控制電流作用下，無外加磁場時，由于材料電阻率的不均勻，兩個電極不在同一等位面上，霍爾元件的厚度不均勻等原因，在兩霍爾電極之間的空載電勢。把探頭放在待測磁場中，探頭的磁敏感面與磁場方向垂直，控制電流恒定，則霍爾輸出電勢 UH 正比于磁場 B，故可以利用它來測量磁場。磁場測量的方法很多，其中應(yīng)用比較普遍的是以霍爾元件做探頭的特斯拉計。由安培定律克制，在載流導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，用霍爾元件來測量這一磁場，其輸出的霍爾電勢正比于該磁場，通過對磁場的測量可間接測得電流的大小。 答： 金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 ，在與薄片方向上施加磁感應(yīng)強度為 的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向的薄片的另兩側(cè)會產(chǎn)生電動勢 ， 的大小正比于控制電流 和磁感應(yīng)強度 ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，利用霍爾效應(yīng)制成的傳感元件稱霍爾傳感器。 答： 電磁流量傳感器 8 電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 68 所示，傳感器安裝在工藝管通中，當(dāng)導(dǎo)電流體沿測量管在磁場中與磁力線成垂直方向運動時，導(dǎo)電流本切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其值可用下式表示： 流經(jīng)測量管流體的瞬時流量 與流速 的關(guān)系為 68 式中， —測量管內(nèi)電極處橫截面面積 則： 69 式中， —儀表常數(shù) 由式 69 可知，當(dāng)傳感器參數(shù)確定后，儀表常數(shù) 是一定值，感應(yīng)電勢正與流量 Q 成正比。因而當(dāng)定子不動而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，磁通就周期性的變化，從而在線圈感應(yīng)出近似正弦的電感信號，感應(yīng)電勢頻率。 3 利用磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理，設(shè)計一個測量主軸轉(zhuǎn)速的傳感器，并說明如何將其作為數(shù)字傳感器使用。這種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上有開磁路和閉磁路兩種，一般都用來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度，產(chǎn)生 感應(yīng)電勢的頻率作為輸出，感應(yīng)電動勢的頻率等于磁通變化的頻率 ②恒定磁通式磁電傳感器 ： 在圖 64 中，線圈和殼體固定，永久磁鐵用彈簧支承，當(dāng)殼體隨被測物體一起振動時，由于彈性元件較軟而運動部件質(zhì)量相對較大，因而有較大慣性，來不及跟隨振動體一起振動，振動能量幾乎全部被彈性元件吸收，永久磁鐵與線圈之間產(chǎn)生相對運動，線圈切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ?！碧杹肀硎?。感應(yīng)同步器的檢測系統(tǒng)分成 鑒相型 和 鑒幅型 。 7 9 渦流傳感器最大的特點是可以實現(xiàn)非接觸式測量，應(yīng)用非常廣泛，可以檢測 位移和尺寸 、 厚度 、 轉(zhuǎn)速 、 溫度 和渦流探傷 。通常，測薄導(dǎo)體時，激勵頻率 較高 ，測厚導(dǎo)體時激勵頻率應(yīng) 較 低 。改變 線圈和導(dǎo)體之間的距離 ，可以做成測量位移、厚度、振動的傳感器；改變導(dǎo)體的 電阻率 ，可以做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變導(dǎo)體的 導(dǎo)磁率 ，可以做成測量應(yīng)力、硬度的傳感器，同時改變 x,ρ和μ ，可以對導(dǎo)體進(jìn)行探傷。減小零位誤差的方法是 減小電源中的諧波成分 ，還可以 采用補償電路進(jìn)行補償 。 5 交流電橋的平衡條件是 Z1Z3=Z2Z4。 3 差動電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是：兩個磁導(dǎo)體的幾何尺寸 完全相同 ，材料性能 完全相同 ，兩個線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸 也完全相同 。變面積 型電感傳感器的靈敏度 比空氣隙型的低 ，線性性 好 ，量程 較大 。δ固定，可構(gòu)成 變面積型 傳感器。 作業(yè)題： 1 當(dāng)自感式傳感器結(jié)構(gòu)和材料確定后，電感 L 為氣隙截面積 S 及空氣隙長度δ的函數(shù)。測ρ較小的材料（如銅材）時，應(yīng)選較 低的頻率（ 500Hz），而測ρ較大的材料（如黃銅、鋁）時，則選用較高的頻率（ 2kHz），從而保證在測不同材料時，得到較好的線性和靈敏度。 比較低頻透射式和高頻反射式渦流傳感器測厚度的原理有什么不同？ 答：低頻透射式渦流傳感器：為了較好的測量厚度，激勵頻率要選的較低，一般在 500Hz。左右。變面積型傳感器通?？梢詼y量到幾秒的微小角位移，輸出的線性范圍一般在177。變氣隙 型傳感器的優(yōu)點是靈敏度高，一般用于測量幾微米至幾百微米的機械位移。 試比較差動電感傳感器幾種常用測量電路的特點。近年來，應(yīng)用逐漸廣泛。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。把兩個次級電壓分別整流后，以它們的差為輸出端，這樣，次級電壓的相位和殘余電壓都不必考慮。 什么是差動變壓器的零點殘余電壓？如何消除？ 答：差動變 壓器隨銜鐵的位移輸出一個調(diào)幅波，因而可以用反串電路作為轉(zhuǎn)換電路，即直接將兩個次級線圈反向串接，傳感器的空載輸出電壓等于兩個次級線圈感應(yīng)電動勢之差。實際應(yīng)用中，交流電橋常與差動式電感傳感器配用，傳感器的兩個電感線圈作為電橋的兩個工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻，也可以是變壓器的兩個次級線圈 。橋臂可以是電阻、容抗或感抗元件。螺管型的靈敏度比變面積型的還低，但量程大，線性較好，制造裝配方便，與變面積型相比，批量生產(chǎn)的互換性強，應(yīng)用越來越多。它的主要缺點是非線性嚴(yán)重，為了減小非線性，量程就必須限制在較小范圍內(nèi)，通常為氣隙δ 0 的 1/5 以下，同時，這種傳感器制造裝配困難。渦流傳感器最大的特點是可以實現(xiàn)非接觸式測量，可以測量振動、位移、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度和硬度等參數(shù)，還可以進(jìn)行無 損探傷，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量線性范圍大、體積小等優(yōu)點。渦流傳感器的工作原理是渦流效應(yīng)，當(dāng)一塊金屬導(dǎo)體放置在一變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中漩渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流或渦流。 ③ 渦流5 傳感器的結(jié)構(gòu)很簡單，有一個扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。它的優(yōu)點是靈敏度高，一般用 于測量幾微米至幾百微米的機械位移。銜鐵位于兩個鐵心中間。線圈又分為初級線圈（也稱激勵線圈）和次級線圈（也稱輸出線圈）。線圈電感 L 的變化與空氣隙δ的變化相對應(yīng)，這樣只要測出線圈的電感就能判定空氣隙的大小，也就是銜鐵的位移。傳感器的運動部分與銜鐵相連。 答： ① 變氣隙型電感傳感器主要由線圈、鐵心、銜鐵三部分組成的。 邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的 靈敏度 降低，而且產(chǎn)生 非線性 ，因此應(yīng)盡 量消除和減小邊緣效應(yīng)。 電容式傳感器具有以下優(yōu)點：① 溫度穩(wěn)定性好 ；②結(jié)構(gòu)簡單， 適應(yīng)性強；③ 動態(tài)響應(yīng)好 ；④可以實現(xiàn) 非接觸 測量，具有平均效應(yīng)。這種形式不僅可以改善非線性， 靈敏度 也提高了一倍。 變介電常數(shù)型電容傳感器大多用來測量電介質(zhì)的 厚度 、 位移 、 液位 ，還可根據(jù)極間介質(zhì)的 介電常數(shù) 隨溫度、濕度改變而改變來測量溫度、濕度等。但當(dāng)△δ＜＜δ（即量程遠(yuǎn)小于極板間初始距 離）時，可以認(rèn)為△ C 與△δ之間是 線性 的。 3 電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成 電容量 變化的一種傳感器。而它們的電極形狀又有 平板 形、 圓柱 形和 球平面 形三種。當(dāng)固定容柵、可動容柵相對位置移動時，每對 電容面積發(fā)生變化，因而電容值 C 也隨之變化，由此就可以測出線位移或角位移。在固定容柵和可動容柵的 A 和 B 面分別印制（或刻畫）一系列均勻分布并互相絕緣的金屬（如銅箔）柵極。 簡述容柵式傳感器的工作原理。 答：電容式傳感器的優(yōu)點是溫度 穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，動態(tài)響應(yīng)好，4 可實現(xiàn)非接觸測量等。 簡述電容式傳感器的應(yīng)用 答：（ 1）電容式差壓傳感器；（ 2）電容式加速度傳感器；（ 3）電容式液位傳感器；（ 4）電容式荷重傳感器；（ 5）電容式位移傳感器。 簡述電容式傳感器的主要性能。（ 3）消除和減小寄生電容的影響。 答：（ 1）減小環(huán)境溫度，濕度等變化所產(chǎn)生的誤差，保證絕緣材料的絕緣性能。當(dāng)被測量的變化使電容器中的極板間的距離δ，極板的遮蓋面積 s 或極板間介質(zhì)的介電常數(shù)ε任一參數(shù)發(fā)生變化時，電容量 C 也就隨之變化，這就是電容式傳感器的工作原理。 答：電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。 誤差平均效應(yīng) 和 數(shù)據(jù)平均處理 。 ，而采取的一系列