【正文】 式后，靈敏度增加了一倍，而非線性誤差大大降低了。 33 電容式傳感器 差動(dòng)平板式電容傳感器結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)中間的動(dòng)極板上移 ?d時(shí)，電容器 C1的間隙 d1變?yōu)?d0?d,電容器 C2的間隙 d2變?yōu)?d0+?d, 167。為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。 33 電容式傳感器 傳感器的相對(duì)非線性誤差 ?為 ： 結(jié)論：要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d0，但非線性誤差卻隨著 d0的減小而增大。 167。m的范圍內(nèi)。為提高傳感器的靈敏度，極板間可采用高介電常數(shù)的材料作介質(zhì)，如云母，塑料膜等。 33 電容式傳感器 結(jié)論 ：當(dāng) ?d/d01時(shí)，電容輸出可簡(jiǎn)化為： 此時(shí)， C與 ?d呈線性關(guān)系，同時(shí)，減小 d0可提高傳感器的靈敏度。 一般取極距變化 范圍約為 Δd／ d 0≈。 顯然 ， 由于靈敏度隨極距而變化 ， 這將引起線性誤差 。 當(dāng)極距有一微小變化量 dδ 時(shí) ， 引起電容的變化量 dC為 由此可以得到傳感器靈敏度 dxdSdC r 20 1????201dSdxdCKr ?????dSC r?? 0?167。 33 電容式傳感器 另一種結(jié)構(gòu)： d0 d1 ε1 ε0 ?若 d0,d1已知時(shí)，此結(jié)構(gòu)可用來 測(cè)未知材料的介電常數(shù) ?若 ε 1已知時(shí)，此結(jié)構(gòu)可用來測(cè)某介電材料的厚度（如紙張、塑料薄膜等） )(0011110011001010???????????ddsdsdsdsdsCCCCC????????167。 33 電容式傳感器 電容式液位傳感器 傳感器的電容量 C與被測(cè)液位高度 h呈線性關(guān)系。 ? 圖中是這種傳感器的典型實(shí)例。還可根據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度的改變而測(cè)量溫度、濕度等。 167。 33 電容式傳感器 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 。 動(dòng)板 (圓柱 )與定板(圓柱 )相互覆蓋 ， 其電容量 式中 D——圓筒孔徑； d——圓柱外徑 。 167。 其電容量 C 式中 b—極板寬度 。 dSdSC rr????0000 ??)1()1(000???????? ????? CdSdSC rr167。 33 電容式傳感器 角位移型 ：當(dāng)動(dòng)板有一轉(zhuǎn)角時(shí) ， 與定板之間 相互覆蓋面積就改變 ， 從而改變電容的輸出 。 33 電容式傳感器 ? 類型： (一 )面積變化型 在變換極板面積的電容傳感器中 ， 一般常用的有角位移型和線位移型兩種 。在實(shí)際中，極距變化型與面積變化型的應(yīng)用較為廣泛。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為電容量的變化。 dSC r?? 0?167。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器 。 167。 ? 特點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作。 ?思考： K與 KS大小的關(guān)系？ 167。 ?KRR ?? ?RRK ?? 測(cè)量結(jié)果表明， 應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K恒小于線材的靈敏系數(shù) KS。 即： K為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。 167。 當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后 ， 其電阻 — 應(yīng)變特性 ，與 金屬單絲情況不同 。 323 電阻應(yīng)變片 應(yīng)變片的靈敏度系數(shù) K： 金屬應(yīng)變片 的靈敏度系數(shù) —— 指應(yīng)變片安裝于試件表面 ， 在其軸向方向的單向應(yīng)力作用下 ，應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比 。 ? 做一批應(yīng)變片 ， 各不相同； ? 同一批應(yīng)變片在不同條件下 ， 變化很大 。 323 電阻應(yīng)變片 ? 所謂壓阻效應(yīng)是指單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用 時(shí) ， 其電阻率 ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象 。 ? 半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于 半導(dǎo)體材料的 壓阻效應(yīng) 。 323 電阻應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片 ? 半導(dǎo)體應(yīng)變片最簡(jiǎn)單的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。 ? 用得較少，自學(xué)了解。 ? 是采用真空蒸發(fā)法，將電阻材料蒸鍍?cè)诨咨现瞥擅舾袞哦纬蓱?yīng)變片。 167。 箔片厚約 1— 10μm， 散熱好 ， 粘結(jié)情況好 ， 傳遞試件應(yīng)變性能好 。金屬箔柵系用光刻技術(shù)制造 ， 適于大批量生產(chǎn) 。 167。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂，聚酰亞胺等。 常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。使用金屬應(yīng)變片時(shí)，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上。 167。 對(duì)引線材料的性能要求：電阻率低 、 電阻溫度系數(shù)小 、 抗氧化性能好 、 易于焊接 ?；椎娜L(zhǎng)稱為基底長(zhǎng)，其寬度稱為基底寬。 167。 323 電阻應(yīng)變片 ?對(duì)敏感柵的材料的要求： ①應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測(cè)應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常 數(shù)； ②電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長(zhǎng)的應(yīng)變片； ③電阻溫度系數(shù)要?。? ④抗氧化能力高，耐腐蝕性能強(qiáng)； ⑤在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強(qiáng)度； ⑥加工性能良好，易于拉制成絲或軋壓成箔材； ⑦易于焊接，對(duì)引線材料的熱電勢(shì)小。 ?結(jié)構(gòu)： 回線式 （ a） 和 短接式 （ b） 一般至少用兩個(gè)，一個(gè)做測(cè)量，一個(gè)做溫度補(bǔ)償， 或用四個(gè)，兩個(gè)做測(cè)量，兩個(gè)做溫度補(bǔ)償。 2 3 4 1 b l 柵長(zhǎng) 柵寬 電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖 （ 1） 敏感柵 ?由金屬細(xì)絲繞成柵形 ， 直徑： （ ～ ） mm ?應(yīng)變片的阻值： 60Ω 、 120Ω 、 200Ω 等多種規(guī) 格 ， 以 120Ω 最為常用 。這些部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。 32 電阻式傳感器 167。 當(dāng)被測(cè)物理量作用在彈性元件上 ， 彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化 ， 通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成電量輸出 ， 電量變化的大小反映了被測(cè)物理量的大小 。 電阻式傳感器 三、電阻應(yīng)變片 金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片 ， 它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化 。 167。電刷和電阻元件之間接觸面的變動(dòng)和磨損 、 塵埃附著等 ， 都會(huì)使電刷在滑動(dòng)中的接觸電阻發(fā)生不規(guī)則的變化 ， 從而產(chǎn)生噪聲 。所以變阻器式傳感器的分辨力很難優(yōu)于 20μm。 ? 缺點(diǎn) 是分辨力不高 ， 因?yàn)槭艿诫娮杞z直徑的限制 。 ? ? ?? drR xx ?? 0? ?xSzR x ?167。當(dāng)被測(cè)量與電刷位移 x之間具有某種函數(shù)關(guān)系時(shí) ，通過它可以獲得輸出電阻與輸入被測(cè)量的線性關(guān)系 。 ?? kddRS ??167。 322 電位計(jì)式傳感器 回轉(zhuǎn)型變阻器式 傳感器 ， 其電阻值隨轉(zhuǎn)角而變化 。 這時(shí)傳感器的輸出 (電阻 )與輸入 (位移 )成線性關(guān)系 。 若移動(dòng) x， 則 c點(diǎn)與 A點(diǎn)之間電阻值： R=kix 傳感器靈敏度： S=dR/dx=ki 式中 k——單位長(zhǎng)度內(nèi)的電阻值 。 167。 式中電阻值的單位為 Ω。 根據(jù)下式 式中 : ρ—電阻率； l—電阻絲長(zhǎng)度； A— 電阻絲截面積 。 321 導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng) 167。通常 KS在 ～ 。 對(duì)金屬材料，以前者為主，則 KS≈ 1+2 μ ； 對(duì)半導(dǎo)體， KS值主要由電阻率相對(duì)變化所決定。 321 導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng) 物理意義：?jiǎn)挝粦?yīng)變引起的電阻相對(duì)變化 。 比例系數(shù) KS稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù) 。 εr= –με 由材料力學(xué)知： 167。 S=π r 2 dS /S=2 SlR ??SlR lnlnlnln ??? ?SdSldldRdR ?????設(shè)有一根長(zhǎng)度為 l、截面積為 S、電阻率為 ρ的金屬絲，其電阻 R為 兩邊取對(duì)數(shù)，得 等式兩邊取微分， l △ l 167。 ? 現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。 32 電阻式傳感器 受位移、壓力、光熱 …… 的作用 R R+△ R ? 電阻式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測(cè)物體的變形轉(zhuǎn)換成電阻變化，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出的傳感器。 ? 超然性：傳感器不影響被測(cè)系統(tǒng)原來狀態(tài)的能力。 五、對(duì)傳感器的性能要求 ? 可靠性：指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的使用條件和期限內(nèi)保持其準(zhǔn)確計(jì)量性能的能力。 ?缺點(diǎn) ：不便于使用者根據(jù)用途選用。 ?缺點(diǎn) ：沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共