【正文】 螺管式自感式傳感器常采用差動(dòng)式，如圖 314所示。 將兩個(gè)線圈接在電橋的相鄰臂，構(gòu)成差動(dòng)電橋，不僅可使靈敏度提高一倍， 而且可使非線性誤差大為減小。同樣由式（ 319）可知，變截面式傳感器具有線性度良好、自由行程大、 示值范圍寬、靈敏度較低的特點(diǎn)，通常用來(lái)測(cè)量比較大的直線位移和角位移。 因此， 常用于直線小位移的測(cè)量， 以及結(jié)合彈性敏感元件構(gòu)成壓力傳感器、加速度傳感器等。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 1） 由式（ 319）可知， 變氣隙長(zhǎng)度式傳感器的特性與圖 37（ b）所示的相同。只要被測(cè)非電量能夠引起空氣隙長(zhǎng)度 l0或等效截面積 S0發(fā)生變化，線圈的電感量就會(huì)隨之變化。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 令 Rm=l/μ S為磁路的磁阻，可得線圈的電感量為 m22RNlSNIN ΦL ??? ?（ 318） 圖 312中的磁路總長(zhǎng)度包括鐵芯長(zhǎng)度 li銜鐵長(zhǎng)度 li2和兩個(gè)空氣間隙 l0的長(zhǎng)度，即 l= li1+ li2+2l0。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 312 變氣隙式自感式傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖 （ a） 單邊式； （ b） 差動(dòng)式 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 由電工知識(shí)可知，線圈的自感量等于線圈中通入單位電流所產(chǎn)生的磁鏈數(shù)， 即線圈的自感系數(shù)為 )H(IN ΦIL ?? ?式中 ， ψ =NФ為磁鏈； Ф為磁通 （ Wb） ； I為流過(guò)線圈的電流（ A） ， N為線圈匝數(shù) 。 其中 ， （ a） 為單邊式結(jié)構(gòu) ， （ b） 為差動(dòng)式結(jié)構(gòu) 。 （ 3） 連接線問(wèn)題： 電容式傳感器的電容值均很小，一般在皮法 (1012F)級(jí)， 因而連接線通常使用分布電容極小的高頻電纜。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 311 差動(dòng)式電容傳感器脈沖調(diào)寬電路 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 電容式傳感器的使用注意事項(xiàng) 在應(yīng)用或制造電容式傳感器時(shí) ， （ 1） 擊穿電壓：電容式傳感器極板之間的空氣隙 d很小 ， 存在介質(zhì)被擊穿的危險(xiǎn) ， 通常在兩極板間加云母片以避免空氣隙被擊穿 。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2. 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路 圖 311為差動(dòng)電容傳感器的脈沖調(diào)寬電路， 其輸出電壓經(jīng)低通濾波后的平均值正比于輸入的非電量。 雙 T形電橋輸出電壓高 ， 可測(cè)量高速機(jī)械振動(dòng) ， 輸出阻抗與 Cx無(wú)關(guān) ， 只決定于電阻 R（ 1～ 100 kΩ） , 可用毫安表或微安表直接測(cè)量 。（ c）為雙 T形電橋原理圖， 激勵(lì)電源為穩(wěn)頻、 穩(wěn)幅的高頻對(duì)稱(chēng)方波，它利用二極管控制傳感器電容Cx和電容 C的充放電，當(dāng) Cx=C時(shí)，負(fù)載 RL上流過(guò)的平均電流為零； 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 310 電容傳感器的橋式轉(zhuǎn)換電路 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 當(dāng) Cx變化時(shí) ， 負(fù)載 RL上得到與電容變化成比例的信號(hào)電壓 。 其中，（ a）為單臂接法，高頻電源接到電容電橋的一個(gè)對(duì)角線上，電容 C CC Cx構(gòu)成電容電橋的四臂， Cx為電容傳感器， 電橋平衡時(shí)輸出電壓為零； Cx變化時(shí)電橋平衡被破壞， 則有電壓輸出。 可見(jiàn)傳感器的電容增量與被測(cè)液位高度 h成正比， 故它可以用來(lái)測(cè)量液位和料位的高度。 它的電極間相互位置沒(méi)有任何改變 ， 而是靠改變極板間介質(zhì)高度來(lái)改變其電容值的 。 圓筒面電容式傳感器的電容值可表示為 )/l n ()()/l n ()( rrdDlldDllKCAB?????? ?? （ 314） 式中， l為兩圓筒的高度； d為圓筒 A的外徑； D為圓筒 B的內(nèi)徑； Δl為沿軸線的位移 (單位為 cm)； K為系數(shù)，當(dāng) d接近 D時(shí)，可略去邊緣效應(yīng)，取 K=。平板式和圓筒面式用于測(cè)量直線位移， 扇形平板和柱面板式用于測(cè)量角位移。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 37 (a) 變極距式示意圖； (b) 變極距式的特性； (c) 差動(dòng)式示意圖 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2. 改變極板間有效面積的電容式傳感器 改變極板間有效面積的電容式傳感器常見(jiàn)的有以下四種： 平板式、 扇形平板式、柱面板式和圓筒面式，如圖 38所示。由圖 37（ b）可知其特性為非線性，但若 Δd很小時(shí)， 則可以近似為線性特性， 而且具有很高的靈敏度（ d/d=Δc/c)。m2/C2。那么，式（ 310）和式（ 37）可分別改寫(xiě)為 1i11io1i11io22??kURRUUkURRUU?????? （ 311） （ 312） 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 電容式傳感器 電容式傳感器的類(lèi)型與特性 在物理學(xué)中我們已經(jīng)知道： 兩個(gè)彼此絕緣而又靠得很近的導(dǎo)體就組成了一個(gè)電容器， 電容量等于極板所帶電荷量與極板間的電壓之比。因此構(gòu)成差動(dòng)電橋的條件為： 相鄰橋臂應(yīng)變片的應(yīng)變方向應(yīng)相反，相對(duì)橋臂應(yīng)變片的應(yīng)變方向應(yīng)相同。 式 （ 37） 和式 （ 38） 為全橋的輸出電壓表達(dá)式 。 在滿(mǎn)足式（ 35）的條件下，略去分母中的 Δ R項(xiàng)和分子中的 Δ R2項(xiàng)，并經(jīng)整理可得 ???????? ????????44332211io 4 RRRRRRRRUU （ 37） 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2. 應(yīng)變電橋的工作方式 對(duì)于應(yīng)變式傳感器 ， 其電橋電路可分為全橋 、 單臂電橋和雙臂電橋工作方式 。當(dāng)電橋不平衡時(shí)， 將有電壓輸出。電橋的平衡條件是對(duì)邊臂電阻乘積相等， 即 R1R3=R2R4 (35） 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 36 （ a） 單臂； （ b） 雙臂； (c) 全橋； (d) 交流電橋 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 由于通常四個(gè)電阻不可能剛好滿(mǎn)足平衡條件，因此電橋都設(shè)置有調(diào)零電路。若采用交流電源供電，則稱(chēng)為交流電橋， 如圖 36（ d）所示，可通過(guò) RP1和 RP2調(diào)零。 然后在應(yīng)變片上涂一層防護(hù)層， 防止大氣對(duì)應(yīng)變片的侵蝕。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 （ 5） 粘貼質(zhì)量檢查：檢查粘貼位置是否正確 ， 粘合層是否有氣泡和漏貼 ， 敏感柵是否有短路或斷路現(xiàn)象以及敏感柵的絕緣性能等 。 粘貼應(yīng)變片的粘合劑的種類(lèi)很多 ， 要根據(jù)基片材料 、 工作溫度 、 潮濕程度 、 穩(wěn)定性 、 是否加溫加壓以及粘貼時(shí)間等多種因素合理選擇粘合劑 。 貼片后 ， 在應(yīng)變片上蓋上一張玻璃紙并加壓 ， 排出多余的膠水和氣泡 。 （ 2） 確定貼片位置： 應(yīng)變片應(yīng)貼在試件應(yīng)變最大的部位。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2） 電阻應(yīng)變片是粘貼在彈性敏感元件上或被測(cè)構(gòu)件上工作的 ， 傳感器的性能在很大程度上取決于粘貼質(zhì)量 。在測(cè)動(dòng)態(tài)量時(shí)，允許電流高一些。 絕緣電阻是指敏感柵與基底間的電阻 ， 應(yīng)防止應(yīng)變片與試件間的漏電而造成誤差 。一般基長(zhǎng) l在 3～ 35 mm范圍內(nèi)， 基寬 α=～ 10 mm，圓角絲柵的曲率半徑 r=～ mm。 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 圖 35 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 表 31 應(yīng)變片主要技術(shù)參數(shù) 第 3章 無(wú)源型位移傳感器 2. 應(yīng)變片的使用 1） 選擇時(shí)主要考慮尺寸 、 初始電阻 、 絕緣電阻及允許工作電流 。 圖 35是體型半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖， 它由基片 條狀半導(dǎo)體 引線 3組成。 薄膜應(yīng)變片是采用真空鍍膜技術(shù)在很薄的絕緣基底上蒸鍍金屬電阻材料薄膜， 再加上保護(hù)層形