第5章R、L、C傳感技術(shù)(1)

1、第第5章章R、L、C傳感技術(shù)傳感技術(shù)5.1電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器是將電阻式傳感器是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電阻被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化值的變化，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換成電量輸出。，再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換成電量輸出。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，價(jià)格便宜，性特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，輸出功率大，應(yīng)用廣泛。能穩(wěn)定，輸出功率大，應(yīng)用廣泛。 分類（引起電阻變化的參數(shù)不同）：分類（引起電阻變化的參數(shù)不同）： 電位器傳感器電位器傳感器和和電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器工作原理：基于均勻截面導(dǎo)體的電阻計(jì)算工作原理：基于均勻截面導(dǎo)體的電阻計(jì)算公式：公式： 式中，式中， 電阻率，電阻率

2、， mm2/ m ； 電阻絲長(zhǎng)度，電阻絲長(zhǎng)度，m ； 電阻絲截面積，電阻絲截面積，mm2 。、A為定值，則為定值，則R與與l成正比成正比5.1.1 電位器式傳感器電位器式傳感器（又稱變阻器傳感器又稱變阻器傳感器）lRA常用的電位器式傳感器有直線位移型、角位移型常用的電位器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。結(jié)構(gòu)如圖所示。和非線性型等。結(jié)構(gòu)如圖所示。組成：線圈、骨架和劃動(dòng)觸頭組成：線圈、骨架和劃動(dòng)觸頭直線型電位器式傳感器。直線型電位器式傳感器。若移動(dòng)若移動(dòng)x距離，則距離，則C點(diǎn)與點(diǎn)與A點(diǎn)之間的電阻為點(diǎn)之間的電阻為lxRKx式中式中,lK為單位長(zhǎng)度電阻值。為單位長(zhǎng)度電阻值。直線型電位式傳感

3、器的靈敏度為直線型電位式傳感器的靈敏度為ldxdRKS 當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時(shí)，當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時(shí)，S為常數(shù)。這時(shí)傳感器為常數(shù)。這時(shí)傳感器的輸出（電阻）與輸入（位移）成的輸出（電阻）與輸入（位移）成線性線性關(guān)系。關(guān)系。輸出阻值的大小隨角度位移的大小而變化，該傳感器的靈敏度為dRdSK式中，為轉(zhuǎn)角（rad）；K為單位弧度對(duì)應(yīng)的電阻值。角位移型電位器式傳感器角位移型電位器式傳感器 當(dāng)輸入位移呈非線性規(guī)律時(shí)，為了保證輸入、輸當(dāng)輸入位移呈非線性規(guī)律時(shí)，為了保證輸入、輸出的線性關(guān)系，利于后續(xù)儀表的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)出的線性關(guān)系，利于后續(xù)儀表的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)輸入的函數(shù)規(guī)律來(lái)確定這種傳感器的骨架形狀。輸入的函數(shù)規(guī)律來(lái)確

4、定這種傳感器的骨架形狀。非線性型電位器式傳感器非線性型電位器式傳感器電位器式傳感器一般采用電位器式傳感器一般采用電阻分壓電路電阻分壓電路，將電參數(shù)將電參數(shù)R轉(zhuǎn)換為電壓輸出給后續(xù)電路，轉(zhuǎn)換為電壓輸出給后續(xù)電路，如圖示。如圖示。 當(dāng)觸頭移動(dòng)當(dāng)觸頭移動(dòng)x距離后，輸出電壓距離后，輸出電壓ey可用可用下式計(jì)算下式計(jì)算)1)(eypxxLRPRxpx0e式中，式中，RP為電位器的總電阻。為電位器的總電阻。 xp為電位器的總長(zhǎng)度。為電位器的總長(zhǎng)度。 RL為后續(xù)電路的輸入電阻。為后續(xù)電路的輸入電阻。實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際應(yīng)用中，RLRP,此時(shí)，此時(shí)，xepxey0近似為線性關(guān)系。近似為線性關(guān)系。電位器式傳感器電位器

5、式傳感器 電位器式傳感器的電位器式傳感器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用方便。使用方便。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：分辨率不高，分辨率很難高于：分辨率不高，分辨率很難高于20m；使；使用頻率范圍也受到限制；噪聲較大，繞制困難。用頻率范圍也受到限制；噪聲較大，繞制困難。 電位器式傳感器主要用于電位器式傳感器主要用于線位移和角位移的測(cè)量線位移和角位移的測(cè)量。在測(cè)量?jī)x器中用于伺服記錄儀器或電子電位差計(jì)等。在測(cè)量?jī)x器中用于伺服記錄儀器或電子電位差計(jì)等。 5.1.2 電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器定義：定義：通過(guò)通過(guò)應(yīng)變片應(yīng)變片將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電阻將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電阻變化的器件稱為變化的

6、器件稱為電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器。分類：分類：電阻應(yīng)變式傳感器可分為電阻應(yīng)變式傳感器可分為金屬電阻應(yīng)金屬電阻應(yīng)變片變片與與半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。兩類。 金屬電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片有絲式絲式和和箔式箔式兩種。其兩種。其工作原理是工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬電阻應(yīng)變式傳感器金屬電阻應(yīng)變式傳感器工作原理：工作原理：導(dǎo)體的導(dǎo)體的電電阻阻隨著隨著機(jī)械變形機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為電電阻應(yīng)變效應(yīng)阻應(yīng)變效應(yīng)。 電阻應(yīng)變式傳感器電阻式應(yīng)變傳感器是電阻式應(yīng)變傳感器是測(cè)力與應(yīng)變測(cè)力與應(yīng)變的主要傳感器，測(cè)力的主要傳感器，測(cè)力范圍小到肌肉纖維（范圍小到肌肉纖維

7、（5 51010-5-5N)N)，大到登月火箭，大到登月火箭(5(510107 7N),N),精確度可到精確度可到 0.01 0.010.1%0.1%，有，有1010年以上的校準(zhǔn)穩(wěn)定性。年以上的校準(zhǔn)穩(wěn)定性?？捎糜诳捎糜趹?yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度應(yīng)變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度的測(cè)量。的測(cè)量。也是應(yīng)用廣泛的傳感器。也是應(yīng)用廣泛的傳感器。應(yīng)變式傳感器特征：應(yīng)變式傳感器特征： 主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、范圍大、體積小、動(dòng)主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、范圍大、體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。態(tài)響應(yīng)快。 缺點(diǎn)：電阻、半導(dǎo)體會(huì)隨溫度變化。缺點(diǎn)：電阻、半導(dǎo)體會(huì)隨溫度變化。廣泛應(yīng)用于各種衡器、應(yīng)變測(cè)量各種電子秤各種

8、電子秤電子天平電子天平高高精精度度電電子子汽汽車車衡衡動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)電電子子秤秤機(jī)械式機(jī)械式機(jī)械秤機(jī)械秤包裝機(jī)包裝機(jī)吊秤吊秤遙遙動(dòng)動(dòng)遙遙控控吊吊秤秤液液壓壓叉叉車車秤秤應(yīng)變儀應(yīng)變儀特性：特性：測(cè)量通道：測(cè)量通道：8 8通道，可多模塊組合通道，可多模塊組合測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：3000030000測(cè)量精度：測(cè)量精度：1.51.5掃描率高于掃描率高于1 1次次/ /秒秒支持多種橋路接入方式：支持多種橋路接入方式：1/41/4橋、橋、半橋、全橋（半橋、全橋（4 4線、線、6 6線）線）應(yīng)變片類型：應(yīng)變片類型：1201201k1k應(yīng)變系數(shù)：應(yīng)變系數(shù)：1.801.802.202.20采樣率可設(shè)置為每通道采樣率可

9、設(shè)置為每通道1010次次/ /秒到秒到幾天采集一次幾天采集一次實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)和所設(shè)置的參數(shù)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)和所設(shè)置的參數(shù)2 28MByte8MByte非易失性存儲(chǔ)器，用于非易失性存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù). .上海盧浦大橋通車應(yīng)變?cè)囼?yàn)上海盧浦大橋通車應(yīng)變?cè)囼?yàn)上海國(guó)際會(huì)議中心模型試驗(yàn)上海國(guó)際會(huì)議中心模型試驗(yàn)一、應(yīng)變片的類型和結(jié)構(gòu)一、應(yīng)變片的類型和結(jié)構(gòu)1.金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片出現(xiàn)較早，其典型結(jié)構(gòu)如圖出現(xiàn)較早，其典型結(jié)構(gòu)如圖5.3所示。所示。電阻應(yīng)變式傳感器（1）敏感柵）敏感柵 感受應(yīng)變感受應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。敏感柵有絲式、，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。敏感柵有絲式、

10、箔式箔式和薄膜式三種。和薄膜式三種。（2）基底）基底 絕緣及傳遞應(yīng)變絕緣及傳遞應(yīng)變。測(cè)量時(shí)應(yīng)變片的基底通過(guò)粘結(jié)劑粘在試件上，。測(cè)量時(shí)應(yīng)變片的基底通過(guò)粘結(jié)劑粘在試件上，要求基底準(zhǔn)確地把試件應(yīng)變傳遞給敏感柵。同時(shí)基片絕緣性能要好，要求基底準(zhǔn)確地把試件應(yīng)變傳遞給敏感柵。同時(shí)基片絕緣性能要好，否則應(yīng)變片微小電信號(hào)就要漏掉。否則應(yīng)變片微小電信號(hào)就要漏掉。 由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。由紙薄、膠質(zhì)膜等制成。（3）粘結(jié)劑）粘結(jié)劑 敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結(jié)粘結(jié)。（4）覆蓋層）覆蓋層保護(hù)作用保護(hù)作用。防濕、蝕、塵。防濕、蝕、塵。（5）引線）引線連接連

11、接電阻絲與測(cè)量電路，輸出電參量。電阻絲與測(cè)量電路，輸出電參量。2.金屬箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度為1m10m電阻箔材，利用照相制版或光刻技術(shù)，制成各種需要的形狀。優(yōu)點(diǎn)：可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵；與被測(cè)件粘結(jié)面積大；散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度；橫向效應(yīng)??；蠕變和機(jī)械滯后小，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：電阻值的分散性大 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在緣基片上形成厚度在0.10.1微米以下的金屬電阻微米以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)大

12、，允許電流密度大。應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大。 存在問(wèn)題：存在問(wèn)題：溫度穩(wěn)定性差溫度穩(wěn)定性差3.金屬薄膜應(yīng)變片金屬薄膜應(yīng)變片 應(yīng)變片是用粘合劑粘貼到被測(cè)件上的。粘合劑形應(yīng)變片是用粘合劑粘貼到被測(cè)件上的。粘合劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將被測(cè)件應(yīng)變傳進(jìn)到敏感柵成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將被測(cè)件應(yīng)變傳進(jìn)到敏感柵上。粘合劑的性能及粘貼工藝的質(zhì)量直接影響著應(yīng)變上。粘合劑的性能及粘貼工藝的質(zhì)量直接影響著應(yīng)變片的工作特性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)，線片的工作特性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)，線性以及它們受溫度變化影響的程度。性以及它們受溫度變化影響的程度。 對(duì)粘合劑和粘貼工藝有嚴(yán)格要求對(duì)粘合劑和粘貼工

13、藝有嚴(yán)格要求 把應(yīng)變片用特制膠水粘貼在彈性元件或需要變形把應(yīng)變片用特制膠水粘貼在彈性元件或需要變形的物體表面上，在外力作用下，應(yīng)變片敏感柵隨構(gòu)件的物體表面上，在外力作用下，應(yīng)變片敏感柵隨構(gòu)件一起變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，由此可將被測(cè)一起變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，由此可將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻的變化。量轉(zhuǎn)換為電阻的變化。應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼2 dRdldrdRlrlRA（1 1）222 dArdrdrArr（3 3）2 - +RRRlldRdldAddldAdlAAAA（2 2）（4 4）2 - +RRRdRdldrdlrll+ dl2r2(r-dr)F 金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的應(yīng)變效應(yīng)

14、dlldrr令為電阻絲軸向相對(duì)變形，稱軸向應(yīng)變或縱向應(yīng)變?yōu)殡娮杞z徑向相對(duì)變形，稱徑向應(yīng)變或橫向應(yīng)變 為金屬材料的泊松系數(shù)。為金屬材料的泊松系數(shù)。drdlrl (12) dRdR 將將 代入代入 式得：式得：2 dRdldrdRlr d為電阻絲電阻率的相對(duì)變化； d與電阻絲軸向所受正應(yīng)力有關(guān)，為 dE 式中，E為電阻絲材料的彈性模量；為壓阻系數(shù)，與材質(zhì)有關(guān)。 (12E)dRRdrdlrl 由電阻絲的電阻率隨應(yīng)變的由電阻絲的電阻率隨應(yīng)變的改變所引起。改變所引起。對(duì)于電阻絲來(lái)說(shuō)，對(duì)于電阻絲來(lái)說(shuō)， 很小，可以忽略不計(jì)，所以很小，可以忽略不計(jì)，所以E (12)dRR 應(yīng) 變 電 阻 相 對(duì) 變 化 率E

15、 上式表明電阻相對(duì)變化率與 成正比。定義：電阻應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)靈敏度S常數(shù)21SldlRdR則 dRSR由于測(cè)試中R的變化量微小，可以認(rèn)為RdR RSR常用電阻應(yīng)變片的靈敏度S為1.73.6。在實(shí)際測(cè)試中，選用金屬電阻應(yīng)變片應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。在實(shí)際測(cè)試中，選用金屬電阻應(yīng)變片應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。應(yīng)變片電阻的選擇應(yīng)變片電阻的選擇當(dāng)選配動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀組成測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，在沒當(dāng)選配動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀組成測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，在沒有特殊要求的情況下，選擇有特殊要求的情況下，選擇120 的應(yīng)變片為宜。傳的應(yīng)變片為宜。傳感器中大多選用感器中大多選用350 的應(yīng)變片。的應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片的選擇金屬電阻應(yīng)變片的選擇2. 應(yīng)

16、變片靈敏度的選擇應(yīng)變片靈敏度的選擇 當(dāng)選配動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)選用當(dāng)選配動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)選用S=2的應(yīng)的應(yīng)變片；變片； 對(duì)于未配有應(yīng)變儀的測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)變片的對(duì)于未配有應(yīng)變儀的測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)變片的S值愈大，值愈大，輸出也愈大，往往選用輸出也愈大，往往選用S值較大的應(yīng)變片。值較大的應(yīng)變片。3. 其他：結(jié)構(gòu)形式的選擇、尺寸的選擇、使用溫度的選其他：結(jié)構(gòu)形式的選擇、尺寸的選擇、使用溫度的選擇、蠕變的選擇等。擇、蠕變的選擇等。蠕變?nèi)渥儯菏窃趹?yīng)力影響下固體材料緩慢永久性的移動(dòng)或變：是在應(yīng)力影響下固體材料緩慢永久性的移動(dòng)或變形的趨勢(shì)。形的趨勢(shì)。 固體材料在保持應(yīng)力不變條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延固體材料在

17、保持應(yīng)力不變條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。*補(bǔ)充：半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及工作原理 1、半導(dǎo)體應(yīng)變片的制作與結(jié)構(gòu)制作材料用單晶硅、鍺。P型單晶硅結(jié)構(gòu)如圖。在直角坐標(biāo)系中它有許多晶軸方向，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沿不同晶軸方向壓阻系數(shù)相差很大（電阻率變化相差很大）。2、工作原理壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體沿某一軸向受到應(yīng)力而產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其電阻率發(fā)生變化，此現(xiàn)象為壓阻效應(yīng)。 一、基本工作原理(12 )RlRl半導(dǎo)體電阻率的變化為：llelEl 半導(dǎo)體電阻材料有結(jié)晶的硅和鍺，摻入雜質(zhì)形成P型和N型半導(dǎo)體。當(dāng)硅膜比較薄時(shí)，在應(yīng)力作用下的電阻相對(duì)變化為：lleeleleRR 縱向壓阻系數(shù)橫向壓阻系數(shù)縱向應(yīng)力橫向應(yīng)力

18、1. 電位器式傳感器的應(yīng)用電位器式傳感器的應(yīng)用這里介紹這里介紹 YHD型電位器式位移傳感器，其型電位器式位移傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。所示。5.1.3 電阻式傳感器的應(yīng)用2. 電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用(1) 將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，直接用來(lái)測(cè)定構(gòu)將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，直接用來(lái)測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變式應(yīng)力。件的應(yīng)變式應(yīng)力。(2) 將應(yīng)變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起將應(yīng)變片粘貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。使用應(yīng)變片的注意事項(xiàng)使用應(yīng)變片的注意事項(xiàng)1 1、測(cè)的是某處的應(yīng)變測(cè)的是某處的應(yīng)變，而不是該處的應(yīng)力、力或，而不是該處的應(yīng)力、

19、力或位移，需換算。位移，需換算。2 2、黏合劑和黏合技術(shù)黏合劑和黏合技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果有著直接影響。對(duì)測(cè)量結(jié)果有著直接影響。3 3、用于動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮其、用于動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，應(yīng)考慮其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。4 4、使用時(shí)需進(jìn)行、使用時(shí)需進(jìn)行溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償。 直流電橋的平衡條件直流電橋的平衡條件 314231012341234()()RR RR RRUEERRRRRRRR1423R RR R1234/RRRR電橋平衡時(shí)電橋平衡時(shí) : : I I0 0 = 0 = 0 ，U U0 0 = 0 = 0 時(shí)時(shí) 要滿足電橋平衡條件，必須有要滿足電橋平衡條件，必須有對(duì)臂積相等對(duì)臂積相等或或鄰臂比相等鄰臂比

20、相等當(dāng)負(fù)載當(dāng)負(fù)載RL（開路），電橋輸出電壓為（開路），電橋輸出電壓為 放大器的輸入阻抗比橋路阻抗大的多，可視為開路。放大器的輸入阻抗比橋路阻抗大的多，可視為開路。 設(shè)設(shè)R R1 1為應(yīng)變片，應(yīng)變時(shí)為應(yīng)變片，應(yīng)變時(shí)R R1 1變化量為變化量為RR1 1，應(yīng)變片阻值變化，應(yīng)變片阻值變化, , 電橋失衡電橋失衡 U U0 000，不平衡輸出電壓為，不平衡輸出電壓為：311011234141123443111121431423()()(/)(/)(1/) 1/RRRUERRRRRR RERR RRRRRRRRRRERRRRRRR 電壓靈敏度電壓靈敏度21unKEn 定義電橋輸出電壓靈敏度為定義電橋輸出

21、電壓靈敏度為 10211RnUERn電橋輸出電壓可近似為電橋輸出電壓可近似為 電壓靈敏度電壓靈敏度11RR11/RR，忽略分母中，忽略分母中由于由于，設(shè)橋臂比，設(shè)橋臂比21/nRR考慮平衡條件考慮平衡條件2143/RRRR43110112143(/)(/)(1/) 1/RRRRUERRRRRR對(duì)于對(duì)于電橋電壓靈敏度電橋電壓靈敏度大，電橋輸出電壓越大； 2. Ku與電橋電源E成正比，但供電受應(yīng)變片允許功耗限制； 3. Ku是橋臂比n的函數(shù)，恰當(dāng)選擇橋臂比可提高電壓靈敏度； 顯然 n=1、R1=R2、R3=R4 時(shí)Ku有最大值， 4. 單臂工作片的電橋輸出電壓及電壓靈敏度分別為21unKEn241

22、0(1)udKndnn104REUR4uEK101uRUKRn=1n=12uEKq 半橋電壓靈敏度為：半橋電壓靈敏度為： 半橋電路討論：半橋電路討論： 1. 輸出電壓U0 與R/R呈線性關(guān)系，無(wú)非線性誤差； 2. 半橋電路（兩個(gè)工作片）的電壓靈敏度Ku是單臂電橋的兩倍； 3. 同時(shí)電路具有溫度補(bǔ)償作用。電橋輸出：電橋輸出： 12RRR 按等臂電橋初始條件：按等臂電橋初始條件： 同時(shí)同時(shí) 02ERUR3110112234RRRUERRRRRRr 全橋：將電橋四個(gè)橋臂按照全橋：將電橋四個(gè)橋臂按照 對(duì)臂同性、鄰臂異性原則連接對(duì)臂同性、鄰臂異性原則連接 四個(gè)工作片四個(gè)工作片RR1 1=R=R2 2=R

23、=R3 3=R=R4 4101RUER 全橋電壓輸出為全橋電壓輸出為 uKE 全橋電壓靈敏度為全橋電壓靈敏度為 全橋輸出電壓靈敏度是單橋的全橋輸出電壓靈敏度是單橋的4 4倍倍 沒有非線性誤差。沒有非線性誤差。.142301234()()Z ZZ ZUUZZZZ1234ZZZZ、式中：式中：x電抗、r電阻、|Z|復(fù)數(shù)的模、幅角用指數(shù)形式代入得到交流電橋平衡條件，需滿足兩個(gè)方程式： 對(duì)臂復(fù)數(shù)的模積相等，幅角之和相等。1423| |ZZZZ142314230Z ZZ Z1234/ZZZZjZrjxZ e1234ZZZZ1Z已知已知 忽略分母項(xiàng)忽略分母項(xiàng)交流交流半橋半橋輸出：輸出： 10114ZUUZ

24、10112ZUUZ 交流交流單橋單橋輸出：輸出： 11111RZj RC11211(1)RZj RC其中其中, Z1=R1 / XC143110112143(/) (/)(1/) (1/)ZZZZUUZZZZZZ 交流電橋輸出：交流電橋輸出：012ZUUZ1423R RR R2211R CR C11ZZZ 22ZZZ 022222211212R UCUUjRR CRR C022222211212R UCUUjRR CRR C10114ZUUZ04URUR1RZj R C 交流電橋，測(cè)交流電橋，測(cè)20-200Hz20-200Hz應(yīng)變力，輸出調(diào)應(yīng)變力，輸出調(diào) 幅調(diào)制波；幅調(diào)制波； 振蕩器，產(chǎn)生振蕩

25、器，產(chǎn)生400-2000Hz400-2000Hz等幅正弦波提等幅正弦波提 供電橋電壓和相敏檢波器參考電壓；供電橋電壓和相敏檢波器參考電壓； 差動(dòng)放大器，將電橋輸出信號(hào)放大差動(dòng)放大器，將電橋輸出信號(hào)放大, ,調(diào)幅調(diào)幅 波的負(fù)應(yīng)變信號(hào)反向輸出波的負(fù)應(yīng)變信號(hào)反向輸出; ; 相敏檢波器，如果應(yīng)變有拉和壓應(yīng)變，相敏檢波器，如果應(yīng)變有拉和壓應(yīng)變， 可通過(guò)相敏檢波電路區(qū)分雙向信號(hào)；可通過(guò)相敏檢波電路區(qū)分雙向信號(hào)； 低通濾波器去掉高頻保留低頻應(yīng)變信號(hào)低通濾波器去掉高頻保留低頻應(yīng)變信號(hào), , 還原被檢測(cè)的信號(hào)。還原被檢測(cè)的信號(hào)。 相移器，相敏檢波器的參考信號(hào)與被測(cè)相移器，相敏檢波器的參考信號(hào)與被測(cè) 信號(hào)有嚴(yán)格的

26、相位關(guān)系信號(hào)有嚴(yán)格的相位關(guān)系, ,相敏檢波電路要相敏檢波電路要 求相位可調(diào)，由相移電路完成。求相位可調(diào)，由相移電路完成。 5.2 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器可用來(lái)測(cè)量力、力矩、壓力、位移、電感式傳感器可用來(lái)測(cè)量力、力矩、壓力、位移、速度、振動(dòng)等參數(shù)。速度、振動(dòng)等參數(shù)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以得到較大的輸出功率：可以得到較大的輸出功率(1VA5VA)，這，這樣可以不經(jīng)放大而直接顯示和記錄。此外，其結(jié)構(gòu)樣可以不經(jīng)放大而直接顯示和記錄。此外，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可在工業(yè)頻率下穩(wěn)定工作。簡(jiǎn)單，工作可靠，可在工業(yè)頻率下穩(wěn)定工作。 電感式傳感器是將電感式傳感器是將被測(cè)物理量被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電感

27、或互電感或互感變化感變化的傳感器，它是一種結(jié)構(gòu)型傳感器。的傳感器，它是一種結(jié)構(gòu)型傳感器。 按轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為按轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為自感型自感型（包括（包括可變可變磁阻式磁阻式與與渦流式渦流式）和）和互感型互感型（如（如差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器式）等式）等兩大類型。兩大類型。 1. 可變磁阻式傳感器可變磁阻式傳感器可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖5.8所示，所示，5.2.1 自感型電感式傳感器自感型電感式傳感器磁通與激磁電流的關(guān)系：磁通與激磁電流的關(guān)系：Wm =Li由磁路歐姆定律得：由磁路歐姆定律得：磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)Fm=W i，m =Fm / Rm則則 L=W 2 /

28、Rm如如較小，且忽略磁路鐵損較小，且忽略磁路鐵損和鐵芯磁阻，則總磁阻和鐵芯磁阻，則總磁阻為為Rm2/2/0 A A0 當(dāng)被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生位移時(shí)，銜鐵隨著移動(dòng)，空氣隙當(dāng)被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生位移時(shí)，銜鐵隨著移動(dòng)，空氣隙發(fā)生變發(fā)生變化，引起磁阻變化，從而使線圈的電感值發(fā)生變化。化，引起磁阻變化，從而使線圈的電感值發(fā)生變化。20022mW AWRL 自感L的表達(dá)式為W線圈匝數(shù)線圈匝數(shù)Rm磁路總電阻磁路總電阻為氣隙長(zhǎng)度，為氣隙長(zhǎng)度，m；0為空氣磁導(dǎo)率，為空氣磁導(dǎo)率，;m/H,10470A0為空氣隙導(dǎo)磁截面積，為空氣隙導(dǎo)磁截面積，m2。002m AR 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器2） 固定，改變固定，改變A0時(shí)，時(shí)，

29、傳感器的靈敏度為：傳感器的靈敏度為：22002W AdLdS 2220000002220022()2W AW AW AS 為減小非線性誤差，通常，傳感器在較小間隙范圍內(nèi)為減小非線性誤差，通常，傳感器在較小間隙范圍內(nèi)工作。工作。設(shè)間隙變化范圍為設(shè)間隙變化范圍為),(00即靈敏度即靈敏度S趨于定值，輸出與輸入近似呈線性關(guān)系。趨于定值，輸出與輸入近似呈線性關(guān)系。變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器0()1）A0固定，改變固定，改變時(shí)，時(shí)，傳感器的靈敏度為：傳感器的靈敏度為：2002W dLdAS 即靈敏度即靈敏度S為定值，輸出與輸入呈線性關(guān)系，但靈敏度較低。為定值，輸出與輸入呈線性關(guān)系，但靈敏度較低。200

30、22mW AWRL 常用可變磁阻式傳感器的典型結(jié)構(gòu)。常用可變磁阻式傳感器的典型結(jié)構(gòu)。 被用于電感測(cè)微被用于電感測(cè)微計(jì)上，測(cè)量范圍：計(jì)上，測(cè)量范圍：0300m，分辨率達(dá)，分辨率達(dá)0.5m。 將其線圈接于電將其線圈接于電橋上，構(gòu)成兩上橋臂，橋上，構(gòu)成兩上橋臂，線圈電感線圈電感L1L1、L2L2隨鐵隨鐵芯位移而變化，其輸芯位移而變化，其輸出特性如圖出特性如圖5.105.10所示。所示。雙螺管線圈差動(dòng)型可變磁阻式傳感器雙螺管線圈差動(dòng)型可變磁阻式傳感器渦流式傳感器的原理利用了金屬體在交變渦流式傳感器的原理利用了金屬體在交變磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)渦電流效應(yīng)。圖。圖 5.11為一個(gè)高頻反為一個(gè)高頻反射式

31、渦流傳感器的工作原理圖。射式渦流傳感器的工作原理圖。影響高頻線圈阻抗影響高頻線圈阻抗Z Z的因素：的因素：距離距離、金屬板的電阻率、金屬板的電阻率、磁導(dǎo)、磁導(dǎo)率率、線圈激磁角頻率、線圈激磁角頻率。如：如： 改變改變測(cè)量位移、振動(dòng)測(cè)量位移、振動(dòng) 改變改變或或 材質(zhì)鑒別或探傷材質(zhì)鑒別或探傷2.2.渦流式傳感器渦流式傳感器這種傳感器利用了電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，這種傳感器利用了電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，如圖如圖 5.12所示。所示。5.2.2 互感型-差動(dòng)變壓器式電感傳感器dtdiMe112當(dāng)線圈W1輸入交流電流i1時(shí)，線圈W2產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e12為：M為比例系數(shù)，稱為互感（表明耦合程度）。 互感型傳感

32、器就是利用這一原理，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。 差動(dòng)變壓器式傳感器如圖5.13所示。組成組成線圈、鐵芯、銜鐵線圈、鐵芯、銜鐵連接方式連接方式兩個(gè)次級(jí)線圈兩個(gè)次級(jí)線圈反向串接反向串接工作原理工作原理銜鐵居中：銜鐵居中：e e0 0=0=0銜鐵上移：銜鐵上移：e e0 000銜鐵下移：銜鐵下移：e e0 000 理論上講，鐵芯處于中間位置時(shí)輸出電壓應(yīng)為零，而實(shí)際輸出理論上講，鐵芯處于中間位置時(shí)輸出電壓應(yīng)為零，而實(shí)際輸出U U0 000，在零點(diǎn)上總有一個(gè)最小的輸出電壓，這個(gè)鐵芯處于中間位置時(shí)，在零點(diǎn)上總有一個(gè)最小的輸出電壓，這個(gè)鐵芯處于中間位置時(shí)最小不為零的電壓稱為最小不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘

33、余電壓零點(diǎn)殘余電壓。v 產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因是：產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的原因是：1.1.由于兩個(gè)次級(jí)線圈繞組電氣參數(shù)（由于兩個(gè)次級(jí)線圈繞組電氣參數(shù)（M M互感互感 L L電感電感 R R內(nèi)阻）不同，幾何內(nèi)阻）不同，幾何尺寸工藝上很難保證完全相同，尺寸工藝上很難保證完全相同，2.2.初級(jí)線圈銅損、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈中分布電容等原因。初級(jí)線圈銅損、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈中分布電容等原因。v 零點(diǎn)殘余電壓主要成分是頻率、幅度不同零點(diǎn)殘余電壓主要成分是頻率、幅度不同的基波、諧波。零點(diǎn)殘余電壓過(guò)大會(huì)使靈敏的基波、諧波。零點(diǎn)殘余電壓過(guò)大會(huì)使靈敏度下降，非線性誤差增大，放大器末級(jí)飽和，度下降，非線性誤差增大，放

34、大器末級(jí)飽和，因此是直接影響傳感器質(zhì)量的參數(shù)。因此是直接影響傳感器質(zhì)量的參數(shù)。v 為減小零點(diǎn)殘余電壓的影響為減小零點(diǎn)殘余電壓的影響 變壓器工藝上采取措施，電路補(bǔ)償?shù)茸儔浩鞴に嚿喜扇〈胧?，電路補(bǔ)償?shù)? .差動(dòng)相敏檢波電路工作原理圖如圖5.14所示。差動(dòng)變壓器（互感式）的標(biāo)定差動(dòng)變壓器（互感式）的標(biāo)定差動(dòng)變壓器傳感器具有精確度高（高到差動(dòng)變壓器傳感器具有精確度高（高到0.1m0.1m數(shù)量級(jí)），數(shù)量級(jí)），線性范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用線性范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于直線位移及其他壓力、振動(dòng)等參量的測(cè)量。于直線位移及其他壓力、振動(dòng)等參量的測(cè)量。可變磁阻式電感傳感器一

35、般用于靜態(tài)和動(dòng)可變磁阻式電感傳感器一般用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的接觸測(cè)量，主要用于位移測(cè)量，也可以用態(tài)的接觸測(cè)量，主要用于位移測(cè)量，也可以用于振動(dòng)、壓力、負(fù)荷、流量和液位等參數(shù)的測(cè)于振動(dòng)、壓力、負(fù)荷、流量和液位等參數(shù)的測(cè)量。精密小位移的測(cè)量，量。精密小位移的測(cè)量，0.001mm1mm。5.2.3 電感傳感器的應(yīng)用渦流式電感傳感器可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，主要渦流式電感傳感器可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，主要用于位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、距離、厚度等參數(shù)的測(cè)量。用于位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、距離、厚度等參數(shù)的測(cè)量。差動(dòng)變壓器式傳感器常用于測(cè)量位差動(dòng)變壓器式傳感器常用于測(cè)量位移、壓力、壓差、液位等各種參數(shù)移、壓力、壓差、液位等各種參數(shù)

36、. 沉筒式液位計(jì)將水位變化轉(zhuǎn)換沉筒式液位計(jì)將水位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動(dòng)變壓器的輸出反映液位高低。差動(dòng)變壓器的輸出反映液位高低。電感測(cè)厚儀電感測(cè)厚儀5.3 電容式傳感器電容式傳感器兩塊極板之間的間隙變化，或是表面積變兩塊極板之間的間隙變化，或是表面積變化，將使電容量改變，根據(jù)這一原理制成的傳化，將使電容量改變，根據(jù)這一原理制成的傳感器稱為電容式傳感器。感器稱為電容式傳感器。5.3.1 電容式傳感器工作原理電容量和兩個(gè)極板的間隙、表面積之間的關(guān)系可電容量和兩個(gè)極板的間隙、表面積之間的關(guān)系可用下式表示：用下式表示：式中，式中，電容電容 （ 微微法

37、）微微法） ； 極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，空氣的極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，空氣的1； Sb 兩個(gè)極板相互覆蓋的面積兩個(gè)極板相互覆蓋的面積 （ cm2 ）；）； 兩個(gè)極板間的距離兩個(gè)極板間的距離 （cm） ； r 相對(duì)介電常數(shù)；相對(duì)介電常數(shù)；0 真空介電常數(shù)；真空介電常數(shù)；0.088542 X 10-12 F/cm 。電容式傳感器工作原理0bbrSSCdd根據(jù)工作原理，在實(shí)際應(yīng)用中，電容式傳根據(jù)工作原理，在實(shí)際應(yīng)用中，電容式傳感器一般可分成如下感器一般可分成如下種類型：種類型：（）可以改變兩極板間的距離（）可以改變兩極板間的距離 ；（）可以移動(dòng)極板，以改變極板間相覆（）可以移動(dòng)極板，以改變極板間相覆蓋的

38、面積蓋的面積 ；（）可以改變極板間的介質(zhì)，以便介電（）可以改變極板間的介質(zhì)，以便介電常數(shù)常數(shù) 發(fā)生變化發(fā)生變化。5.3.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型1.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)動(dòng)作能量低動(dòng)作能量低 ，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 ，本身發(fā)熱影響，本身發(fā)熱影響小小 ，靈敏度高，誤差小，能在惡劣的環(huán)境下，靈敏度高，誤差小，能在惡劣的環(huán)境下工作工作 。5.3.3 電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及一些特殊問(wèn)題2.缺點(diǎn)缺點(diǎn)（）其輸出特性是非線性的：（）其輸出特性是非線性的：C與 d（）泄漏電容的影響，傳感器的電容量及其（）泄漏電容的影響，傳感器的電容量及其變化一般小于泄漏電容量，泄漏電容量是由支持構(gòu)件變化一般小于泄漏電容量，泄漏電容量是

39、由支持構(gòu)件及連接電纜所引起的。及連接電纜所引起的。 電容傳感器的等效電路包括電容傳感器的等效電路包括: 傳感器電容傳感器電容 C0 ；傳輸線的電感；傳輸線的電感 L0、電阻、電阻 R（小）（?。?極板等效漏電極板等效漏電阻阻Rg；A、B兩端分布電容兩端分布電容 Cp，常常常常 Cp比比 C0還大。還大。各類電容傳感器的應(yīng)用：各類電容傳感器的應(yīng)用： 改變改變d d和和S S，測(cè)位移（直線和轉(zhuǎn)角）、壓，測(cè)位移（直線和轉(zhuǎn)角）、壓 力、振動(dòng)等。力、振動(dòng)等。 改變改變，檢測(cè)液位、不導(dǎo)電松散物質(zhì)的，檢測(cè)液位、不導(dǎo)電松散物質(zhì)的 料位、非導(dǎo)電材料的厚度、非金屬材料料位、非導(dǎo)電材料的厚度、非金屬材料 涂層。涂層

40、。3.一些特殊問(wèn)題一些特殊問(wèn)題（）用加云母片的辦法提高靈敏度（）用加云母片的辦法提高靈敏度0012SCddd1云母片介電常數(shù)2空氣介電常數(shù)d0氣隙長(zhǎng)度d 兩極板間的距離1=7 2 ,云母的擊穿電壓不小于103kv/mm，空氣的擊穿電壓僅為3kv/mm.例如：一圓盤形極板的電容式傳感器，極板直徑D=50mm，極板間距離d=0.2mm時(shí)，電容量C1=86.5PF。如果中間置0.1mm的云母片，則不僅可以使特性的線性得到改善，且可使電容數(shù)增至C2=151PF。當(dāng)氣隙變化d=0.025mm時(shí)，有C1/C1=14.7%, C2/C2=30.3%1 222110 .0 8 8 5 4 21 0( 5 0

41、/ 2 )1 00 .21 08 6 .5bSCdP F222001121212(50 / 2)100.10.1()1070.088542100.08854210151.4SCdddPF（）靜電力的計(jì)算：需要驅(qū)動(dòng)力較?。ǎ╈o電力的計(jì)算：需要驅(qū)動(dòng)力較?。ǎ╇娙菔絺鞲衅髦胁糠至康淖兓秶ǎ╇娙菔絺鞲衅髦胁糠至康淖兓秶儤O板間距離：變極板間距離：d1mm，dm 1/10d測(cè)量測(cè)量m級(jí)的位移，級(jí)的位移，變極板工作面積：適宜大位移測(cè)量（變極板工作面積：適宜大位移測(cè)量（cm）。）。電容大小選擇：電容大小選擇：C的變化在的變化在:10-3PF103PF; C/C:10-61（）極板的材料（）極板的材料

42、:膨脹系數(shù)、溫度系數(shù)膨脹系數(shù)、溫度系數(shù)（）提高靈敏度的一些措施：增加原始電容（）提高靈敏度的一些措施：增加原始電容量、提高電源頻率、屏蔽線量、提高電源頻率、屏蔽線電容式傳感器一般可以用來(lái)測(cè)量電容式傳感器一般可以用來(lái)測(cè)量聲強(qiáng)、振動(dòng)、液位、含水量、壓力、聲強(qiáng)、振動(dòng)、液位、含水量、壓力、厚度、微小位移值等。厚度、微小位移值等。5.3.4 電容式傳感器的應(yīng)用 圖5.17是英國(guó)皇家航空研究院Farnborough研制的用在風(fēng)洞模型中的微型電容式壓力傳感器。圖5.18所示為電容式傳感器常用的Blumlein交流電橋（又稱緊耦合電感比率臂電橋）。 圖5.19所示為測(cè)量電纜芯的偏心原理圖。小知識(shí)大家都用過(guò)收音

43、機(jī)。當(dāng)你搜尋電臺(tái)時(shí)有沒有想過(guò)，收音大家都用過(guò)收音機(jī)。當(dāng)你搜尋電臺(tái)時(shí)有沒有想過(guò)，收音機(jī)是依靠什么元器件來(lái)調(diào)諧電臺(tái)的呢？如果打開收音機(jī)是依靠什么元器件來(lái)調(diào)諧電臺(tái)的呢？如果打開收音機(jī)的后蓋，就可以看到與機(jī)的后蓋，就可以看到與調(diào)諧旋鈕聯(lián)動(dòng)的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕聯(lián)動(dòng)的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)式可變電容器式可變電容器。當(dāng)你。當(dāng)你順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕時(shí)，變面積變面積式可變電容器的動(dòng)片就隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，改變了與定片之間式可變電容器的動(dòng)片就隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，改變了與定片之間的覆蓋面積的覆蓋面積A A，電容量，電容量C C也就越來(lái)越小，也就越來(lái)越小，如圖所示，如圖所示，諧諧振頻率也隨之改變振頻率也隨之改變, ,從而可以從從而

44、可以從550kHz550kHz逐漸增加到逐漸增加到1650kHz1650kHz，就可以從一個(gè)電臺(tái)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電臺(tái)。，就可以從一個(gè)電臺(tái)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電臺(tái)。在在數(shù)字式收音機(jī)中，是用變?nèi)荻O管來(lái)調(diào)諧電臺(tái)的。數(shù)字式收音機(jī)中，是用變?nèi)荻O管來(lái)調(diào)諧電臺(tái)的。 電容器在電子儀表中作為元器件來(lái)使用；在非電量檢測(cè)電容器在電子儀表中作為元器件來(lái)使用；在非電量檢測(cè)中作為測(cè)量位移的傳感器來(lái)使用。中作為測(cè)量位移的傳感器來(lái)使用。電容傳感器的容量與投影面積的關(guān)系演示電容傳感器的容量與投影面積的關(guān)系演示 5.4 典型應(yīng)用舉例典型應(yīng)用舉例圖圖5.20所示為插入式測(cè)量容器內(nèi)液體重量的示意圖。所示為插入式測(cè)量容器內(nèi)液體重量的示意圖。5

45、.4.1 罐內(nèi)液重測(cè)量（電阻應(yīng)變式傳感器）01212120()()UUUAA hgQhgDAAQUDA1、A2傳感器傳輸系數(shù)Q容器內(nèi)感壓膜上面溶液的重量D柱形容器的截面積料位測(cè)量示意圖如圖料位測(cè)量示意圖如圖5.21所示，是采用電所示，是采用電容式傳感器進(jìn)行測(cè)量的。容式傳感器進(jìn)行測(cè)量的。5.4.2 料位測(cè)量h hH H0000022()22()lnlnlnln2()lnssshHhHhCDDDDddddhCDd002lnHCDd初始電容 電容與料位的關(guān)系為： s s- -被測(cè)物料的被測(cè)物料的介電常數(shù)（介電常數(shù)（r r0 0）0 0- -空氣的空氣的介電常數(shù)（介電常數(shù)（1 10 0）圖圖5.22所

46、示是高頻反射式渦流測(cè)厚儀測(cè)試所示是高頻反射式渦流測(cè)厚儀測(cè)試系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)原理圖。5.4.3 高頻反射式渦流厚度測(cè)量X X1 1+X+X2 2= =常數(shù)常數(shù)2U2U0 0+U+U電容測(cè)厚儀主要用來(lái)測(cè)量金屬帶材在軋制電容測(cè)厚儀主要用來(lái)測(cè)量金屬帶材在軋制過(guò)程中的厚度，其工作原理如圖過(guò)程中的厚度，其工作原理如圖5.23所示所示5.4.4 電容測(cè)厚儀5.4.4 電容測(cè)厚儀電容測(cè)厚儀用于測(cè)量金屬帶材在軋制過(guò)程中的厚度變化。電容測(cè)厚儀用于測(cè)量金屬帶材在軋制過(guò)程中的厚度變化。 帶材是電容的動(dòng)極板，總電容帶材是電容的動(dòng)極板，總電容 C C1 1+C+C2 2 作為橋臂。作為橋臂。 帶材只是上下波動(dòng)時(shí)帶材只是上

47、下波動(dòng)時(shí) Cx = CCx = C1 1+C+C2 2總的電容量不變；總的電容量不變； 帶材的厚度變化使電容帶材的厚度變化使電容 Cx Cx 變化。變化。 采用變壓器式輸出電橋電路?；蛴眉蛇\(yùn)放電路采用變壓器式輸出電橋電路?；蛴眉蛇\(yùn)放電路電橋的一電橋的一個(gè)橋臂個(gè)橋臂電子皮帶秤：能連續(xù)稱量散裝材料（煤、米、面電子皮帶秤：能連續(xù)稱量散裝材料（煤、米、面）質(zhì)量）質(zhì)量（重量）的裝置。可稱某一瞬間在輸送帶上輸出的質(zhì)量，還可稱（重量）的裝置?？煞Q某一瞬間在輸送帶上輸出的質(zhì)量，還可稱出某段時(shí)間內(nèi)的輸出物料的總質(zhì)量。出某段時(shí)間內(nèi)的輸出物料的總質(zhì)量。5.4.5 電子皮帶秤（電阻應(yīng)變式）U1 A(t)=U1 A

48、(t)=g(t) L Lg(t)g(t)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的物料質(zhì)量。單位長(zhǎng)度的物料質(zhì)量。 L L：被稱量段的長(zhǎng)度被稱量段的長(zhǎng)度U2 v(t)U2 v(t)U1U2x(t)= U1U2x(t)= L Lg(t)g(t)v(t)v(t) x(t) x(t)：?jiǎn)挝粫r(shí)間里的輸送量：?jiǎn)挝粫r(shí)間里的輸送量 U1U2U1U2dtdt 0 0到到t t段時(shí)段時(shí)間內(nèi)物料的總質(zhì)量。間內(nèi)物料的總質(zhì)量。t t0 0練習(xí)練習(xí)1 1、總結(jié)各類傳感器（電阻應(yīng)變式、自感型電感式、總結(jié)各類傳感器（電阻應(yīng)變式、自感型電感式可變磁阻式和渦流式、互感性可變磁阻式和渦流式、互感性差動(dòng)變壓器式、差動(dòng)變壓器式、電容式）的工作原理。電容式）的工作原理。2 2、什么是電阻應(yīng)變效應(yīng)、渦流效應(yīng)？、什么是電阻應(yīng)變效應(yīng)、渦流效應(yīng)？3 3、電阻式傳感器的分類，電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)？、電阻式傳感器的分類，電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)？4 4、電感傳感器的分類。、電