【正文】 電壓2為0，如圖48（a）所示。電于磁通d為脈振磁通，所以電動(dòng)勢(shì)r亦為交變電動(dòng)勢(shì)，其交變頻率為磁通d的脈振頻率f。圖48 異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理在理想情況下，異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性應(yīng)是直線，但實(shí)際上異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，而是非線性的。圖49 異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性為減少上述測(cè)速發(fā)電機(jī)的非線性，可采取以下措施。（2）異步測(cè)速發(fā)電機(jī)對(duì)勵(lì)磁電源電壓的幅值、頻率和波形要求都比較高。在理論上測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，輸出電壓也為零。這種測(cè)速發(fā)電機(jī)在規(guī)定的交流電源勵(lì)磁下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為零時(shí)，輸出繞組所產(chǎn)生的電壓，稱為剩余電壓（或零速電壓）。它是引起異步測(cè)速發(fā)電機(jī)誤差的主要部分。（1）改進(jìn)電機(jī)的制造材料及工藝。（2）外接補(bǔ)償裝置。四、無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)有刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)存在很多的缺點(diǎn)，如可靠性差、無線電干擾大、引起摩擦轉(zhuǎn)矩、輸出電壓不穩(wěn)定等。下面介紹霍爾無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。圖410 霍爾無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理圖任務(wù)二 壓電傳感器的應(yīng)用一、壓電式傳感器壓電式傳感器是一種可逆式換能器，既可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，也可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。某些物質(zhì)，如石英、鋯鈦酸鉛等，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何形狀發(fā)生變化，而且內(nèi)部產(chǎn)生極化，表面出現(xiàn)電荷，形成電場(chǎng)；當(dāng)外力消失時(shí)，材料重新回復(fù)到原來狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱作壓電效應(yīng)。在外力作用期間，電荷量始終保持不變，直到外力的作用終止時(shí)，電荷才隨之消失。因此，利用壓電式傳感器檢測(cè)靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)量時(shí)，必須要采用極高阻抗的負(fù)載。由于壓電傳感器輸出信號(hào)很小，本身的內(nèi)阻抗很大，輸出阻抗很高，因此，給它的后續(xù)測(cè)量電路提出了很高的要求。經(jīng)過阻抗變換后再送入普通的放大器進(jìn)行放大、檢波等處理。壓電傳感器的輸出可以是電壓信號(hào)，也可以是電荷信號(hào)，因此，前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。因此，現(xiàn)在通常采用性能穩(wěn)定的電荷放大器。由于傳感器的漏電阻Ra 和電荷放大器的輸入電阻Ri 很大，可以看作開路，而運(yùn)算放大器輸入阻抗極高，在其輸入端幾乎沒有分流，故可略去Ra 和Ri 并聯(lián)電阻。這種集成化是現(xiàn)代加速度計(jì)的重要發(fā)展方向。某些測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較為惡劣，考慮的因素較多，如防水、高溫、安裝位置、強(qiáng)磁電場(chǎng)及地電回路等，均會(huì)給檢測(cè)帶來很大的影響。（1）防水。（2）高溫。（3）位置限制。對(duì)出線方向有要求的可向制造商提出。（4）絕緣、地電回路及磁電場(chǎng)。對(duì)于兩點(diǎn)接地、潮濕等現(xiàn)場(chǎng)，可采用浮地型加速度傳感器或絕緣型加速度傳感器，同時(shí)要考慮導(dǎo)線接頭的防護(hù)。這兩種類型傳感器的區(qū)別在于絕緣型產(chǎn)品的外殼為信號(hào)地，浮地型產(chǎn)品的外殼為屏蔽層?！紝?shí)訓(xùn)〗1. 使用測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度〖思考與練習(xí)〗，如圖422所示。請(qǐng)思考這個(gè)電流和哪些因素相關(guān)，所檢測(cè)的結(jié)果為什么是振動(dòng)的速度檢測(cè)值。結(jié)合圖片講解電磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)及永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)原理。教師結(jié)合圖片講解異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理。結(jié)合圖片講解霍爾無刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的原理。了解加速度計(jì)基本情況，清楚影響測(cè)量的因素。常見的電阻應(yīng)變片檢測(cè)力原理如圖51所示。圖51 電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器電阻絲應(yīng)變片結(jié)構(gòu)如圖53所示，~ mm的高電阻系數(shù)的金屬絲彎曲成柵形，用粘結(jié)劑粘貼在絕緣基體上，金屬絲的兩端焊接有引線，表面粘接絕緣保護(hù)片。圖53 電阻絲應(yīng)變片結(jié)構(gòu)敏感柵應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（2）較大的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，且電阻應(yīng)變靈敏度系數(shù)在盡可能大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持常數(shù)，即線性度較好。（4）較高的彈性極限，有較寬的應(yīng)變檢測(cè)范圍。一般在200 ℃~300 ℃以下工作時(shí)可選用康銅絲應(yīng)變片，在300 ℃以上工作時(shí)可選用鎳鉻合金應(yīng)變片、鉑銥合金應(yīng)變片等。 圖54 應(yīng)變片形式影響應(yīng)變式傳感器精度的主要因素有理論設(shè)計(jì)誤差，如傳感器電路、彈性元件、應(yīng)變片、殼體、保護(hù)層等因素的影響；工藝制造和使用誤差，如應(yīng)變片制造誤差、補(bǔ)償回路（包括蠕變補(bǔ)償）、彈性體材料熱處理、機(jī)械加工、殘余應(yīng)力與應(yīng)變的影響等。二、壓磁式力傳感器某些鐵磁材料（磁致伸縮材料）受到壓縮時(shí)，導(dǎo)磁率沿應(yīng)力方向下降，而沿與應(yīng)力垂直方向增加，稱為壓磁效應(yīng)。無外力作用下，載流導(dǎo)線通過這種材料中的孔，材料中的磁力線呈以導(dǎo)線為中心的同心圓分布。若該鐵磁材料開有四個(gè)對(duì)稱的通孔，如圖56所示，交叉繞兩組相互垂直的線圈，激勵(lì)線圈所產(chǎn)生的磁力線在繞組兩側(cè)對(duì)稱布置，合成磁場(chǎng)強(qiáng)度與檢測(cè)繞組平面平行，磁力線不和檢測(cè)繞組交聯(lián)，從而使得后者不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。作用力越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。圖56 壓磁效應(yīng)傳感器在使用上需要考慮受力點(diǎn)的位置，壓磁式傳感器如果受力點(diǎn)不同，即使受力值相同，檢測(cè)結(jié)果也有可能不同。壓磁式傳感器的典型結(jié)構(gòu)形式如圖57所示。圖57 壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)形式三、振弦式力傳感器利用不同的受力機(jī)構(gòu)可做成檢測(cè)力、扭矩或加速度等的各種振弦式傳感器，檢測(cè)原理如圖58所示。由被測(cè)量變化引起作為橋臂的傳感器阻抗變化。2）不平衡電橋不平衡電橋是直接利用電橋平衡被破壞后產(chǎn)生的輸出（電壓或者電流）反映被測(cè)量。1）直流電橋從電橋輸出的線性度以及電橋臂阻抗受溫度等干擾而變化時(shí)造成對(duì)橋輸出的影響看，恒流源電橋明顯優(yōu)于恒壓源電橋，因此適用于以半導(dǎo)體電阻為敏感元件的傳感器。R1~R4稱為電橋的橋臂。圖510 常用電橋形式2）交流電橋交流電橋電源為正弦交流或?qū)ΨQ矩形波，它雖調(diào)節(jié)平衡比直流電橋麻煩，但輸出交流信號(hào)易于放大，抗干擾能力強(qiáng)，且電橋的靈敏度通常比直流電橋高。這類電橋通常可獲得更為優(yōu)良的性能。這種變化隨晶體的取向不同而異，因此硅的壓阻效應(yīng)與晶體的取向有關(guān)。如圖515所示，利用腔體內(nèi)流體壓力不同，使得硅膜片受力后產(chǎn)生電阻變化，從而得到壓力數(shù)值，是一般通用壓力傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理。二、壓力傳感器檢測(cè)常識(shí)圖517所示為負(fù)壓檢測(cè)壓力圖，負(fù)壓傳感器也稱為表壓傳感器，傳感器兩端均連接至大氣，兩端大氣壓力相同時(shí)相互抵消。所以，負(fù)壓檢測(cè)的是一種相對(duì)壓力，即當(dāng)前大氣相對(duì)于大氣壓的壓力。圖517 負(fù)壓檢測(cè)壓力圖518所示為絕壓檢測(cè)壓力圖，絕壓傳感器的背面完全密封且抽為真空。圖518 絕壓檢測(cè)壓力壓力傳感器中的漂移產(chǎn)生的根本原因在于所有的壓力傳感器均基于一種材料的彈性變形，不論其材質(zhì)彈性如何良好，每次彈性回復(fù)后，總會(huì)產(chǎn)生一定的彈性疲勞和殘余形變。除了材料引起的漂移外，還有一種更為顯著的漂移，即溫度漂移。因?yàn)橐环N材料對(duì)壓力敏感的同時(shí)也對(duì)溫度敏感。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代傳感器也采用數(shù)字補(bǔ)償方法。%FS，即誤差相當(dāng)于滿量程的百分比。例如，壓力傳感器標(biāo)示精度為177。 kPa。額定壓力范圍是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的壓力范圍，也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。最大壓力范圍是指?jìng)鞲衅髂荛L時(shí)間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變，特別是半導(dǎo)體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。一般最大壓力是額定壓力最高值的2~3倍。線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離。壓力傳感器的溫度范圍分為補(bǔ)償溫度范圍和工作溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。請(qǐng)上網(wǎng)找一家生產(chǎn)電阻應(yīng)變片的企業(yè)，并仔細(xì)閱讀其產(chǎn)品說明書，說明其產(chǎn)品都適應(yīng)于什么行業(yè)的檢測(cè)。講解電阻應(yīng)變片檢測(cè)力原理。學(xué)生分組討論影響應(yīng)變式傳感器精度的主要因素，教師總結(jié)。掌握檢測(cè)電橋的分類。舉例說明壓阻式壓力傳感器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。期惡劣環(huán)境下的檢測(cè)，應(yīng)盡可能選擇壓電式壓力傳感器。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)： 了解溫度檢測(cè)的一般原理和使用條件，掌握溫度傳感器的一般分類、原理和使用方法。因此要求作為檢測(cè)用的熱電阻材料必須具備以下特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定，電阻率高，電阻與溫度之間關(guān)系最好呈線性，并且在較寬的檢測(cè)范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。熱電阻由電阻體、保護(hù)套和接線盒等部件組成。熱電阻種類主要包括以下幾種。圖61 工業(yè)用鉑熱電阻體的結(jié)構(gòu)2．銅電阻銅電阻的缺點(diǎn)是電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性也較大，在100 ℃以上易氧化，因此只能用于低溫以及無侵蝕性的介質(zhì)中。 mm 的漆包線或絲包線雙線繞制，而后浸以酚醛樹脂成為一個(gè)銅電阻體，再用鍍銀銅線作引出線，穿過絕緣套管便制作成銅電阻。 圖62 銅熱電阻體結(jié)構(gòu)3．其他熱電阻上述兩種熱電阻對(duì)于低溫和超低溫檢測(cè)性能不理想，而銦、錳、碳等熱電阻材料卻是檢測(cè)低溫和超低溫的理想材料。%高純度的銦絲繞成電阻， K溫度范圍內(nèi)使用。其缺點(diǎn)是材料軟，復(fù)制性差。碳電阻適合于液氦溫域的溫度檢測(cè)，價(jià)廉，對(duì)磁場(chǎng)不敏感；但熱穩(wěn)定性較差。若兩端的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也越大。圖65 熱電偶回路常用的熱電偶由兩根不同的導(dǎo)線組成，它們的一端焊接在一起，為工作端（或稱為熱端）T，測(cè)溫時(shí)將它置于溫度場(chǎng)中；不連接的兩個(gè)稱為自由端（或稱為冷端）T0，與檢測(cè)儀表引出的導(dǎo)線相連接。根據(jù)金屬的熱電效應(yīng)，任意兩種不同的金屬導(dǎo)體都可以作為熱電偶回路的電極，但在實(shí)際應(yīng)用中，不是所有的金屬都可以作為熱電偶的。（1）配對(duì)的熱電偶應(yīng)有較大的熱電動(dòng)勢(shì)，并且熱電動(dòng)勢(shì)與溫度盡可能有良好的線性關(guān)系。（3）溫度系數(shù)小，電導(dǎo)率高。滿足上述條件的金屬材料不是很多，目前我國大量使用的是銅康銅、鎳鉻銅、鎳鉻鎳硅、鎳鉻鎳鋁、鉑銠10鉑、鉑銠30鉑銠6。圖66 熱電偶的結(jié)構(gòu)其特點(diǎn)如下。（2）保護(hù)套管的作用是保護(hù)熱電偶的感溫元件免受被測(cè)介質(zhì)化學(xué)腐蝕、機(jī)械損傷，避免火焰和氣流直接沖擊以及提高熱電偶的強(qiáng)度。其材料主要有不銹鋼、碳鋼、銅合金、鋁、陶瓷和石英等。根據(jù)被測(cè)溫度的對(duì)象及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，設(shè)計(jì)有普通式、防濺式、防水式和接插座式。安裝時(shí)可采用螺紋或法蘭方式，如圖67所示。鎧裝熱電偶有單支（雙芯）和雙支（四芯）之分，其檢測(cè)端有碰底型、不碰底型、露頭型和帽型等幾種形式，如圖68所示。采用蒸鍍工藝，熱電偶可以做得很薄，圖69薄膜熱電偶結(jié)構(gòu)尺寸可做得很小。圖69所示為薄膜熱電偶結(jié)構(gòu)圖。應(yīng)用時(shí)將薄膜狀熱電偶用膠黏劑緊緊粘貼在被測(cè)物體表面上，由于受粘結(jié)劑和絕緣基片材料限制，測(cè)溫范圍一般為200 ℃～+300 ℃。2）冷端溫度修正法在冷端溫度不等于0 ℃時(shí)，對(duì)測(cè)量溫度使用經(jīng)測(cè)定的修正值，避免了由于環(huán)境溫度的波動(dòng)而引入的誤差。所以必須使冷端遠(yuǎn)離溫度對(duì)象，采用補(bǔ)償導(dǎo)線就可以做到這一點(diǎn)。根據(jù)理論計(jì)算，只要使熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)溫度一致，就不會(huì)影響熱電動(dòng)勢(shì)的輸出。廉價(jià)金屬制成的熱電偶，可用本身材料做補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電極連接時(shí)，正極應(yīng)當(dāng)接正極，負(fù)極接負(fù)極，極性不能接反，否則會(huì)造成更大的誤差。4）儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法對(duì)于具有零位調(diào)整的顯示儀表而言，如果熱電偶冷端溫度t0較為恒定時(shí)，可在測(cè)溫系統(tǒng)未工作前，預(yù)先將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整到t0上。當(dāng)此檢測(cè)系統(tǒng)投入工作后，顯示儀表的示值就是實(shí)際的被測(cè)溫度值。補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋（又稱冷端補(bǔ)償器）產(chǎn)生不平衡電壓來自動(dòng)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化。（1）補(bǔ)償器接入檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)正負(fù)極性不可接反。（3）因熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)和補(bǔ)償電橋輸出電壓兩者隨溫度變化的特性不完全一致，故冷端補(bǔ)償器在補(bǔ)償溫度范圍內(nèi)得不到完全補(bǔ)償，但誤差很小，能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。用具有這種效應(yīng)的電介質(zhì)制成的元件稱為熱釋電元件。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路如圖 611 所示。熱釋電紅外傳感器的工作原理是入射的紅外線首先照射在濾光片上，濾光片為6 μm 多層膜干涉濾光片，它對(duì)5 μm以下短波長光有高反射率，而對(duì)6 μm 以上人體發(fā)射出來的紅外線熱源(10 μm)有高穿透性。其主要是由PbS 光敏元件、電極、玻璃基極、引腳等組成。為了防止PbS 光敏元件被氧化，將PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或藍(lán)寶石做光窗口。圖612 PbS 紅外光敏元件的結(jié)構(gòu)1)紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀的結(jié)構(gòu)原理如圖 613 所示。光學(xué)系統(tǒng)是采用透射式的，是根據(jù)紅外波長的范圍而選擇的光學(xué)材料制成的。圖613 紅外測(cè)溫儀的結(jié)構(gòu)原理2)紅外熱像儀通過紅外測(cè)溫儀，可以知道物體表面的平均溫度，但要了解物體的溫度分部情況，探測(cè)物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等情況，就需要把物體的溫度分布以圖像的形式直觀地顯示出來，即紅外成像。其中，集成紅外電荷耦合器件(紅外CCD)是最理想，最有發(fā)展前途的固態(tài)成像器件。其主要由紅外掃描系統(tǒng)、紅外攝像頭、控制電路、顯示器、直流穩(wěn)壓電源等組成。光學(xué)系統(tǒng)中的垂直掃描和水平掃描采用具有高折射率的多面平行棱鏡，掃描棱鏡由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，掃描速度，相位由掃描觸發(fā)器、脈沖發(fā)生器和有關(guān)控制電路來控制。與紅外傳感器所接收的輻射度成比例變化。圖614 紅外熱像儀原理〖實(shí)訓(xùn)〗。3. 使用熱電阻溫度傳感器檢測(cè)火焰中心溫度〖思考與練習(xí)〗、三線制和四線制，請(qǐng)從網(wǎng)絡(luò)上查詢這幾種接線形式的電路，并試從電路中檢測(cè)電壓，分析產(chǎn)