【正文】 。 1％ ) 低溫?zé)犭娕?(可在 2— 273K低溫范圍內(nèi)使用，靈敏度為 10uV／ ℃ ) 快速測量壁面溫度的薄膜熱電偶 (測量厚度 ～ ) 非金屬材料熱電偶。 6)當(dāng)溫度為 T T2時，用導(dǎo)體 A、 B組成的熱電偶的熱電動勢等于 AC熱電偶和 CB熱電偶的熱電動勢的和，即 導(dǎo)體 C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極 (一般由鉑制成 )，故把這一性質(zhì)稱為標(biāo)準(zhǔn)電極定律。利用這個性質(zhì)，我們才可以在回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等，而不必?fù)?dān)心會對熱電動勢有影響，而且也允許采用任意的焊接方法來焊制熱電偶。 這一關(guān)系式可通過實(shí)驗(yàn)方法獲得，它在實(shí)際測溫中是很有用處。 所以，當(dāng)熱電偶材料一定時，熱電偶的總熱電動勢 EAB(T， T0)成為溫度 T和 T0的函數(shù)差。 （ 1）熱電偶工作原理 ? 熱電勢由接觸電動勢和溫差電動勢組成 溫差電動勢 —— 在同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種熱電動勢。 熱電效應(yīng) —— 把兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成圖 339所示 的閉合回路，如果將它們的兩個接點(diǎn)分別置于溫度為 T及T0(假定 T T0)的熱源中，則在該回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢。 例如對壓電晶片施加交變電壓，則壓電片可作為振動源，可用于高頻振動臺、超聲發(fā)生器、揚(yáng)聲器以及精密的微動裝置。 壓電式傳感器的工作原理是可逆的，施加電壓于壓電晶片，壓電片便產(chǎn)生伸縮。 環(huán)境溫度、濕度的變化和壓電材料本身的時效，都會引起壓電常數(shù)的變化，導(dǎo)致傳感器靈敏度的變化。為了減少橫向輸出的影響，在安裝使用時，應(yīng)力求使最小橫向靈敏度方向與最大橫向干擾力方向重合。 使用時，應(yīng)該選用橫向靈敏度小的傳感器。與此相應(yīng)的靈敏度，稱為橫向靈敏度。 ? 壓電式傳感器一般用來測量沿其軸向的作用力，該力對壓電片產(chǎn)生縱向效應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，形成傳感器通常的輸出。在低頻振動時，壓電式加速度計(jì)振動圓頻率小，受靈敏度限制，其輸出信號很弱，信噪比差。已有將阻抗變換器和傳感器集成在一起的集成傳感器，其輸出阻抗很低。 壓電式傳感器的工作頻率范圍廣，理論上其低端從直流開始，高端截止頻率取決于結(jié)構(gòu)的連接剛度，一般為數(shù)十赫到兆赫的量級，這使它廣泛用于各領(lǐng)域的測量。 (gn—— 標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，作為一個加速度單位，其值為 1gn=)，但其測量上限也很小，只能測量微弱振動。 壓電式傳感器按不同需要做成不同靈敏度、不同量程和不同大小，形成系列產(chǎn)品。運(yùn)動時，傳感器殼體推動壓電片和質(zhì)量塊一起運(yùn)動。 現(xiàn)在廣泛采用壓電式傳感器來測量加速度。 另一種是利用活塞的承壓面承受壓力，并使活塞所受的力通過在活塞另一端的頂桿作用在壓電片上。膜片中間有凸臺，凸臺背面放置壓電片。 現(xiàn)在已形成系列的壓電式力傳感器，測量范圍從微小力值 103N到104kN，動態(tài)范圍一般為 60dB；測量方向有單方向的，也有多方向的。 高端：取決于結(jié)構(gòu)的聯(lián)接剛度； 測量力、壓力、振動加速度、也用于聲學(xué)（包括超聲）和聲發(fā)射等； 壓電式傳感器常用來測量應(yīng)力、壓力、振動的加速度，也用于聲、超聲和聲發(fā)射等測量。但與電壓放大器相比，其電路復(fù)雜，價格昂貴。 (1)電壓放大器 000201s in ( )11 ( )aquCqu R i tCCR????? ? ??(2)電荷放大器 ( ) ( )()i a c i i y fyffyfq u C C C u u CAquC C ACquC? ? ? ? ???????( ) ( )()i a c i i y fyffyfq u C C C u u CAquC C ACquC? ? ? ? ???????上式表明： 在一定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并且與電纜分布電容無關(guān)。 前置放大器的作用： （ 1）放大 （ 2）阻抗變換（高輸入阻抗 →低輸出阻抗） 然后用一般的放大、檢波電路將信號輸給指示儀表或記錄器。 但并聯(lián)電容過大也會使輸出電壓降低過多，降低了測量裝置的靈敏度。 000201s in ( )11 ( )aquCqu R i tCCR????? ? ??式 (338)表明： 壓電元件的電壓輸出還受回路的時間常數(shù)的影響。 （ Ⅰ ）并接時 (圖 3— 37b) 電容量大，輸出電荷量大，時間常數(shù)大，宜于測量緩變信號，宜用于以電荷量輸出的場合。 縱向壓電效應(yīng)、橫向壓電效應(yīng)、切向壓電效應(yīng) 1 1 1 1xx x x xyzFP d dll???壓電式傳感器及等效電路 實(shí)驗(yàn)證明，在極板上積聚的電荷量 q與作用力 F成正比，即： q=DF 式中 : D—— 壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片方向有關(guān)。 壓電單晶體：如石英、酒石酸鉀鈉等； 壓電多晶體：如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等 。這種由于外電場作用導(dǎo)致物質(zhì)的機(jī)械變形的現(xiàn)象。當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到原來狀態(tài)。 磁阻式 二、壓電式傳感器 定義 —— 把被測量轉(zhuǎn)換為電荷量的傳感器。 按照結(jié)構(gòu)方式不同，磁電式傳感器可分： 動圈式、磁阻式 動圈式 s ine N B lv ?? B—— 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度； l—— 單匝線圈有效長度； N —— 線圈匝數(shù)； V—— 線圈與磁場的相對運(yùn)動速度； θ—— 線圈運(yùn)動方向與磁場方向的夾角。 從電工學(xué)已知，對于一個線圈，當(dāng)穿過該線圈的磁通發(fā)生變化時，其感應(yīng)電動勢的大小，取決于匝數(shù)和穿過線圈的磁通變化率。 ? 借助于彈性元件可以將壓力、重量等物理量轉(zhuǎn)換為位移的變化，故也將這類傳感器用于壓力、重量等物理量的測量。 ? 差動變壓器式電感傳感器具有精確度高 (最高分辨力可達(dá) )、線性范圍大 (可擴(kuò)展到土 100mm)、穩(wěn)定性好和使用方便的特點(diǎn)，被廣泛用于直線位移測定。 上圖是一種用于小位移測量的差動相敏檢波電路。在沒有輸入信號時，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻 R， 應(yīng)用實(shí)例 互感型 —— 差動變壓器式電感傳感器 ? 原理：電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象 M—— 互感，大小與兩線圈相對位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等有關(guān)，表明兩線圈之間的偶合程度。 ? 因此，近年來渦流式位移和振動測量儀、測厚儀和無損檢測探傷儀等在機(jī)械、冶金等部門中日益得到廣泛應(yīng)用。 (1—10)mm不等，最高分辨力可達(dá) 。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾性強(qiáng)、不受油污塵埃等介質(zhì)的影響、非接觸測 量。 （ 2）渦流式 變換原理 —— 金屬導(dǎo)體在交流磁場中的渦流電效應(yīng)（渦流效應(yīng)） 即 交流磁場中的導(dǎo)體由于集膚效應(yīng)，在金屬體內(nèi)產(chǎn)生閉和的感應(yīng)電流（渦電流）。 ? 分類： ? 自感型電感傳感器 ? 可變磁阻式、渦流式 ? ? 互感型電感傳感器 (差動變壓器式電感傳感器 ) 自感型電感傳感器 ? 1）可變磁阻型 式中： l—— 鐵心導(dǎo)磁長度； u—— 鐵心磁導(dǎo)率； A—— 鐵心磁導(dǎo)截面積； δ—— 氣隙長度； u0—— 空氣磁導(dǎo)率； A0—— 空氣氣隙導(dǎo)磁截面積（ m2） 2mNLR?002mlRu A u A???002002002222mRuAN u ALN u AS???????得 ：得 ：可見有三種型式的可變磁阻式電感傳感器： 變氣隙型、變面積型及變磁導(dǎo)率型 a)變氣隙型 可見 L與 δ之間的關(guān)系為雙曲線關(guān)系，是非線性關(guān)系，測量會產(chǎn)生線性誤差。 （ 4）調(diào)頻電路 ? 特點(diǎn)： ? 具有抗干擾性強(qiáng)、靈敏度高等 可測量 ? 電纜分布電容的影響較大，使用中有一些麻煩。 000 2gdCu R EdtA dREdt?? ?????（ 3）諧振電路 ? 為了獲得較好的線性，一般工作點(diǎn)應(yīng)選擇在諧振曲線一邊的線性區(qū)域內(nèi)。 （ 2）直流極化電路 ? 又稱為靜壓電容傳感器電路，多用于電容傳聲器或壓力傳感器。 ? 常用的電路有： ? 電橋型電路、直流極化電路、諧振電路、調(diào)頻電路和運(yùn)算放大電路 （ 1）電橋型電路 ? 將電容傳感器作為橋路的一部分，由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出，通常采用電阻、電容或電感、電容組成的交流電橋。 ? 圖 314b是一種電容式液位計(jì)，當(dāng)被測液面位置發(fā)生變化時，兩電極浸入高度也發(fā)生變化，引起電容量的變化。 ? 圖 314a是在兩固定極板間有一個介質(zhì)層 (如紙張、電影膠片等 )通過。 （ 2）面積變化型 面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極距變化型相比，靈敏度較低，適用于較大直線位移及角位移測量。 ? 變換原理 ? 從物理學(xué)已知，由兩個平行極板組成的電容器，其電容量 0 AC ????? 式中 : ? ε—— 極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)，在空氣中 ε=1 ? ε0—— 真空中介電常數(shù) (F／ m)， ? ε0 = 1012F／ m ? δ—— 極板間距離 (m) ? A—— 極板面積 (m2) ? 如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換成電容量的變化。 ? 帶感應(yīng)耦合臂的電橋與一般電橋比較，具有較高的精確度、靈敏度以及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 ? ? ? 具體： ? 對需要測量的有用信息： ? 同極性 —— 相對橋臂 ? 反極性 —— 相鄰橋臂 ? 對不需要測量的干擾信息： ? 同極性 —— 相鄰橋臂 ? 反極性 —— 相對橋臂 ? 例：一段材料受拉力 P及彎矩 W的共同作用，應(yīng)怎樣接橋？ ? 懸臂梁測力 ? 柱形梁測力 ? 在測試中，根據(jù)電阻參與變化的橋臂數(shù)可把電橋分為： ? 全橋式聯(lián)接、半橋單臂式聯(lián)接、半橋雙臂式 各種電橋的輸出和貼片見下表： ? 2. 溫度補(bǔ)償問題 ? 受溫度影響，影響測量的精確度； ? 補(bǔ)償方法 ? （ 1）橋路補(bǔ)償 ? （ 2）溫度自補(bǔ)償片 ? 直流電橋特點(diǎn)： ? 優(yōu)點(diǎn)：電源易獲得、對導(dǎo)線要求低、易平衡 ? 缺點(diǎn)：后接放大電路困難、直流放大器易受零漂影響 2. 交流電橋 交流電橋的平衡條件