【正文】 導體應變片有體型、 薄膜型和擴散型等形式。 體型半導體應變片是直接用單晶鍺或單晶硅等半導體材料經過切割、 研磨、 切條、 焊引線、 粘貼等工藝過程制成的。 （ 1） 應變片的幾何尺寸： 應變片的幾何參數主要是指敏感柵基長 l、 基寬 a和曲率半徑 r。 第 3章 無源型位移傳感器 （ 2） 應變片的初始電阻和絕緣電阻： 應變片的初始電阻值 R0有 60、 1 200、 350、 600或 1000Ω 的應變片 。 （ 3） 允許工作電流和逸散功率： 通常在測靜態(tài)量時， 允許電流小于 25 mA。 應變片的逸散功率是指當電流通過應變片時， 在溫度允許范圍內， 單位時間傳給周圍介質的熱量。 電阻應變片的 （ 1） 試件的表面處理：必須將試件表面處理干凈 ， 清除雜質 、 油污及表面氧化層等 。 第 3章 無源型位移傳感器 （ 3） 粘貼：首先用甲苯 、 四氫化碳等溶劑清洗試件表面和應變片的底面 ， 然后在試件表面和應變片的底面各涂一層薄而均勻的粘合劑 ， 將應變片貼在確定的位置處 。 加壓時要注意防止應變片錯位 。 （ 4） 固化： 根據所使用的粘合劑的固化工藝要求進行固化處理。 （ 6） 引線的焊接與防護： 檢查合格后即可焊接引線， 引線要適當固定。 第 3章 無源型位移傳感器 轉換電路 1. 電阻電橋的輸出電壓 直流電阻電橋如圖 36（ a）、（ b）、（ c）所示，其初始狀態(tài)可通過 RP1調零。當電橋平衡時，輸出電壓 Uo=0。 調零電路是由 RP1及 R5組成的。 根據電路原理，其輸出電壓為 i41324231i414323o ))(( URRRRRRRRURRRRRRU???????????????? （ 36） 當四個橋臂電阻 R R R R4分別發(fā)生 Δ R1 、 Δ R2 、 Δ R3 、 Δ R4的變化量時， 式（ 36）分母中將含有變量 Δ R項，分子中將含有 Δ R2項， 因此電橋為非線性特性。 全橋和雙臂電橋還可構成差動工作方式 。 1） 如圖 36（ a）所示， R1為電阻應變片， R R R4為固定電阻，由式（ 37）和式（ 38）得 1i11io 44 ?kURRUU ???（ 39） 第 3章 無源型位移傳感器 2） 如圖 36（ b）所示， R R2均為電阻應變片， R R4為固定電阻，同理可得 )(44 21i2211io ?? ?????????? ???? kURRRRUU（ 310） 第 3章 無源型位移傳感器 3） 由式（ 37）可以看出，相鄰橋臂間為相減關系， 相對橋臂間為相加關系。如果各應變片的應變量相等，則稱為對稱電橋。 平行金屬板間的電容量為 kdSUQCπ4??? （ 313） 式中， k≈ 9 109N 第 3章 無源型位移傳感器 如圖 37（ a）所示，設 A板為一固定極板， B板為一可動極板，當 B板隨被測位移 x移動時， 兩板間距離 d就發(fā)生變化，從而改變電容量。如圖 37（ c）所示為差動式結構， 可以提高靈敏度、減小非線性。 同樣它們也可以做成差動式。變面積式電容傳感器的特性為線性特性，測量范圍寬，但靈敏度較低。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 38 （ a） 平板式；（ b） 扇形平板；（ c）柱面板式；（ d）圓筒面式 第 3章 無源型位移傳感器 3. 改變極板間介質的電容式傳感器 圖 39為改變極板間介質的電容式傳感器的結構原理圖 。 設被測介質的相對介電常數為 ε r1， 空氣的相對介電常數為 ε r0＝ 1， 介質高度為 h， 傳感器總高度為 H， 內筒的外徑為 d， 外筒的內徑為 D， 則由式 （ 314） 可求得傳感器的電容值為 dDhKCCln)( 0r1r0?? ???（ 315） 式中， 為傳感器的初始電容值。 )/ln (0r0 dDHKC ??第 3章 無源型位移傳感器 圖 39 （ a） 結構原理示意圖； （ b） 輸入 /輸出特性 第 3章 無源型位移傳感器 電容式傳感器的轉換電路 1. 橋式電路 圖 310為電容傳感器的橋式轉換電路。（ b）為差動接法， 其空載輸出電壓可表示為 uo=－ ΔCU/C0， ΔC為電容傳感器的電容變化值。電容 C可以是固定電容 ， 也可以是差動電容的另一邊 。 電容式傳感器也可以采用如圖 36(d) 所示的電路，將圖中的 C C2接成差動電容傳感器的兩個差動電容，由 RP1和 RP2配合調節(jié)電橋的平衡。可以證明： 變極距差動電容傳感器輸出為 Ud dU0av?? （ 316） 變面積差動電容傳感器輸出為 US SU0av?? （ 317） 式中， U為觸發(fā)器輸出高電平電壓值。 （ 2） 極片材料受溫度的影響：由不同材料制造成的傳感器 ， 具有不同的溫度膨脹系數 ， 為此在決定傳感器尺寸和選材時均要考慮溫度影響 。 第 3章 無源型位移傳感器 電感式傳感器 自感式傳感器 1. 變氣隙式 （ 閉磁路式 ） 自感傳感器 變氣隙式自感式傳感器的結構原理如圖 312所示 。 它們由鐵芯 、 線圈 、 銜鐵 、 測桿及彈簧等組成 。 根據磁路歐姆定律知： lN I SΦ ??式中， μ 為磁導率； S為磁路截面積； l為磁路總長度。 因鐵芯和銜鐵均為導磁材料， 磁阻可忽略不計， 則式（ 318）可改寫為 0002m22 lSNRNL ??? （ 319） 式中， S0為氣隙的等效截面積； μ 0為空氣的磁導率。 因此， 電感式傳感器從原理上可分為變氣隙長度式和變氣隙截面式兩種類型。它具有線性度差、示值范圍窄、自由行程小、 在小位移下靈敏度很高的特點。 2） 如圖 313所示，旋轉銜鐵可改變氣隙的截面積。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 313 變氣隙截面式電感傳感器 第 3章 無源型位移傳感器 3） 為了擴大示值范圍和減小非線性誤差， 可采用差動結構， 如圖 312（ b）和 313所示。如當 Δ x/l0=10%時， 單邊式非線性誤差小于 10％，而差動式非線性誤差小于 1％。 它是在螺線管中插入圓柱形鐵芯而構成的。有限長螺線管內部磁場沿軸線非均勻分布， 中間強， 兩端弱。 鐵磁材料的選取決定于供橋電源的頻率， 500Hz以下多用硅鋼片， 500 Hz以上多用坡莫合金， 更高頻率的則選用鐵氧體。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 314 螺管式自感式傳感器結構原理 第 3章 無源型位移傳感器 3. 電感式傳感器的轉換電路 電感式傳感器常用交流阻抗電橋和諧振電路實現信號的轉換 。 圖 315（ a）為電感電橋， 為了便于選擇元件，另外兩臂常采用固定電阻，電橋的輸出電壓為 LLuu ??2o（ 320） 第 3章 無源型位移傳感器 圖 315(b)為變壓器電橋，其中兩橋臂為變壓器二次側的線圈， Z Z2為差動式電感傳感器的線圈，若忽略線圈的電阻變化，則輸出電壓為 LLuZZZZuu ?????22 2121o（ 321） 當銜鐵移