全套課件：檢測與傳感技術

1、 檢測技術基礎檢測技術基礎1.1測量方法及其分類測量方法及其分類1.2測測 量量 誤誤 差差1.4 傳感器的組成、分類和性能指標傳感器的組成、分類和性能指標 1.5測測 量量 系系 統(tǒng)統(tǒng)1.31.1 檢測技術基礎 1.1.1 檢測技術的概念與作用 1、概念 檢測技術是人們?yōu)榱藢Ρ粶y對象所包含的信息進行定性了解和定量掌握所采取的一系列技術措施，它是產(chǎn)品檢驗和質量控制的重要手段。 2、作用 對產(chǎn)品進行質量評價；保證大型設備安全經(jīng)濟運行；對多種參數(shù)進行長期動態(tài)檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，加強故障預防，達到早期診斷的目的，可以避免嚴重的突發(fā)事故，保證設備和人員的安全，提高經(jīng)濟效益；可采用計算機來處理檢

2、測信息，進行分析、判斷，及時診斷出故障并自動報警或采取相應的對策；也是自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 1.1.2 檢測系統(tǒng)的基本組成 一個完整的檢測系統(tǒng)或裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能。 圖圖1-1 1-1 檢測系統(tǒng)組成框圖檢測系統(tǒng)組成框圖 1傳感器 傳感器是把被測量轉換成電化學量的裝置。是檢測系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)。從傳感器研究的目的出發(fā)，著眼于變換過程的特征，可以將傳感器按輸入量的性質分為以下兩種。 （1）參量型傳感器。它的輸出量是電阻、電感、電容等無源電參量，相應的有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器等。 （2）發(fā)電型傳

3、感器。它的輸出是電壓或電流，相應的有熱電偶傳感器、光電傳感器、磁電傳感器、壓電傳感器等。 2測量電路 測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉換成易于傳輸?shù)碾妷夯螂娏餍盘?。通常傳感器輸出信號微弱時，就需要由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。 3顯示記錄裝置 顯示記錄裝置是檢測人員和監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)，其主要作用是使人們了解被測量的大小或變化的過程。常用的有模擬顯示、數(shù)字顯示和圖像顯示3種。 模擬顯示是利用指針對標尺的相對位置來表示被測量的大小，。 數(shù)字顯示則直接以十進制數(shù)字形式來顯示讀數(shù)，它可以附加打印機，打印記錄測量數(shù)值；并且易于和計算機連機。 圖像顯示，如果被測量處于動態(tài)變化之中

4、，可以將輸出信號送至記錄儀，從而描繪出被測量隨時間變化的曲線。常用的自動記錄儀器有筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀等。 1.1.3 檢測技術的發(fā)展趨勢 科學技術的迅猛發(fā)展，為檢測技術的現(xiàn)代化創(chuàng)造了條件，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。 （1）人們研究新原理、新材料和新工藝所取得得的成果，將產(chǎn)生更多品質優(yōu)良的新型傳感器。 （2）檢測系統(tǒng)或檢測裝置目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展。1.2 測量方法及其分類 1.2.1 概述 測量是在有關理論的指導下，用專門的儀器或設備，通過實驗和必要的數(shù)據(jù)處理，求得被測量的值。 測量方法的正確與否十分重要，必須根據(jù)不同測量任務的要求，找出切實可行的測量方法，

5、然后根據(jù)測量方法選擇合適的測量工具，組成測量裝置，進行實際測量。 測量方法的分類多種多樣，例如，根據(jù)在測量過程中，被測量是否隨時間變化，可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量；根據(jù)測量手段分類，可分為直接測量、間接測量和組合測量；按測量方式分類，可分為偏差式測量、零位式測量和微差式測量等。 1.2.2 直接測量、間接測量和組合測量 1直接測量 用按已知標準標定好的測量儀器，對某一未知量直接進行測量，這類測量稱為直接測量。 直接測量的優(yōu)點是測量過程簡單且迅速，是工程技術中采用較為廣泛的測量方法。 2間接測量 對幾個被測量有確切函數(shù)關系的物體物理量進行直接測量，然后通過已知函數(shù)關系的公式、曲線或表格，求出該未知

6、量，這類測量稱為間接測量。 間接測量方法手段較麻煩，多用在實驗室，工程中有時也用。 3組合測量 在測量中，使各個未知量以不同的組合形式出現(xiàn)，根據(jù)直接測量和間接測量所得到的數(shù)據(jù)，通過解一組聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)值，這類測量稱為組合測量，又稱聯(lián)立測量。 組合測量的測量過程比較復雜，但易達到較高的精度，一般適用于科學實驗和特殊場合。 1.2.3 偏差式測量法、零位式測量法和微差式測量法 1偏差式測量法 在測量過程中，用儀表指針相對于刻度線的位移（偏差）來直接表示被測量，這種方法稱為偏差式測量法，廣泛應用于工程測量。 2零位式測量法 零位式測量法是在測量過程中，用指零儀表的零位指示來檢測測量系統(tǒng)是否

7、處于平衡狀態(tài)，當測量系統(tǒng)達到平衡時，用已知的基準量決定被測未知量的量值。例如用電位差計測量待測電勢。只適用于測量變化緩慢的信號。它在工程實踐和實驗室中應用很普遍。 3微差式測量法 微差式測量法是綜合了偏差式測量法和零位式測量法的優(yōu)點而提出的一種測量方法，它將被測未知量與已知的標準量進行比較，并取出差值，然后用偏差式測量法求出此偏差值。 微差式測量法反應快、測量精度高，所以工程測量中已獲得越來越廣泛的應用。 1.3 測 量 系 統(tǒng) 1.3.1 測量系統(tǒng)構成 測量系統(tǒng)應具有對被測對象的特征量進行檢測、傳輸、處理及顯示等功能，一個測量系統(tǒng)是傳感器、變送器（變換器）和其他轉換裝置等的有機組合。圖1-5

8、所示為測量系統(tǒng)組成框圖。 圖圖1-5 1-5 測量系統(tǒng)組成框圖測量系統(tǒng)組成框圖 1、傳感器是感受被測量（物理量、化學量、生物量等）的大小，并輸出相對應的可用輸出信號（一般多為電量）的器件或裝置。 2、變送器將傳感器輸出的信號變換成便于傳輸和處理的信號。 3、傳輸通道將測量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號連接起來，通常用電纜連接，或用光纖連接，以用來傳輸數(shù)據(jù)。 4、信號處理環(huán)節(jié)將傳感器輸出信號進行處理和轉換。也可與計算機進行連接，以便對測量信號進行信息處理。 5、顯示裝置是將測量信息變成人的器官能接收的形式，以完成監(jiān)視、控制或分析的目的。 1.3.2 開環(huán)測量系統(tǒng)和閉環(huán)測量系統(tǒng) 1開環(huán)測量系統(tǒng) 開環(huán)測

9、量系統(tǒng)的全部信息轉換只沿著一個方向進行，如圖1-6所示。其中x是輸入量，y是輸出量，k1、k2、k3為各個環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)。輸出關系表示為 y =k1k2k3x 圖圖1-6 1-6 開環(huán)測量系統(tǒng)框圖開環(huán)測量系統(tǒng)框圖 2閉環(huán)測量系統(tǒng) 閉環(huán)測量系統(tǒng)有兩個通道，一個正向通道，一個反饋通道，其結構如圖1-7所示。其中x為正向通道的輸入量，為反饋環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)，正向通道的總傳遞系數(shù)k=k2k3。由圖1-7得系統(tǒng)的輸入輸出關系為111kkkyxxk 圖圖1-7 1-7 閉環(huán)測量系統(tǒng)框圖閉環(huán)測量系統(tǒng)框圖 顯然，這時整個系統(tǒng)的輸入輸出關系由反饋環(huán)節(jié)的特性決定，放大器等環(huán)節(jié)特性的變化不會造成測量誤差，或者造成的測

10、量誤差很小。1.4 測 量 誤 差 測量誤差是測得值減去被測量的真值。 1.4.1 測量誤差的表示方法 測量誤差的表示方法有多種，含義各異。 1絕對誤差 絕對誤差可定義為 式中：絕對誤差； X測量值； L真值。XL 絕對誤差可正可負并有量綱。 采用絕對誤差表示測量誤差，不能很好說明被測質量的好壞。所以用相對誤差可以客觀的反映測量的準確性。 2實際相對誤差 實際相對誤差的定義式為 式中：實際相對誤差，一般用百分數(shù)給出； 絕對誤差； L真值。100%L 3引用誤差 引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法。它是相對于儀表滿量程的一種誤差，即 100%測量范圍的上限測量范圍的下限 式中：引用誤差； 絕

11、對誤差。 儀表的精確等級是根據(jù)最大引用誤差來決定的。例如，0.5級表的引用誤差的最大值不超過0.5%；1.0級表的引用誤差的最大值不超過1%。 4基本誤差 基本誤差是指傳感器或儀表在規(guī)定的條件下所具有的誤差。例如，某傳感器是在電源電壓(220 5)V，電網(wǎng)頻率(50 2)Hz，環(huán)境溫度(20 5)，溫度65% 5%的條件下標定的。 5附加誤差 附加誤差是指傳感器或儀表的使用條件偏離額定條件下出現(xiàn)的誤差。例如，溫度附加誤差，頻率附加誤差，電源電壓波動附加誤差等。 1.4.2 測量誤差的性質 根據(jù)測量數(shù)據(jù)中的誤差所呈現(xiàn)的規(guī)律及產(chǎn)生的原因可將其分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。 1隨機誤差 在同一測

12、量條件下，多次測量被測量時，其絕對值和符號以不可預定方式變化著的誤差稱隨機誤差。 隨機誤差表示為 隨機誤差 ixx 式中：xi被測量的某一個測量值； 重復性條件下無限多次的測量值的平均值，即 12()nxxxxnn x 由于重復測量實際上只能測量有限次，因此實用中的隨機誤差只是一個近似估計值。 2系統(tǒng)誤差 在同一測量條件下，多次測量被測量時，絕對值和符號保持不變，或在條件改變時，按一定規(guī)律（如線性、多項式、周期性等函數(shù)規(guī)律）變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。前者為恒值系統(tǒng)誤差，后者為變值系統(tǒng)誤差。 它可表示為系統(tǒng)誤差 式中：L測量的真值。xL 3粗大誤差 超出在規(guī)定條件下預期的誤差稱為粗大誤差，粗大誤差

13、又稱為疏忽誤差。 所以進行誤差分析時，要估計的誤差只有系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩類。1.5 傳感器的組成、分類和性能 指標 1.5.1 傳感器的組成 傳感器由敏感元件和轉換元件組成，如圖1-8所示。 敏感元件 指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分。 轉換元件 指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。 信號調理與轉換電路 對信號進行放大、運算調制等，此外信號調理轉換電路以及傳感器的工作必須有輔助電源。 1.5.2 傳感器的分類 傳感器的種類很多，其分類方法如表1-1所示。 分分 類類 法法型型 式式說說 明明按基本效應按基本效應物理型、化學型、生物型物理型、化學型、

14、生物型分別以轉換中的物理效應、化學效分別以轉換中的物理效應、化學效應等命名應等命名按構成原理按構成原理結構型結構型以轉換原件結構參數(shù)變化實現(xiàn)信號以轉換原件結構參數(shù)變化實現(xiàn)信號的轉換的轉換物性型物性型以轉換元件物理特性變化實現(xiàn)信號以轉換元件物理特性變化實現(xiàn)信號的轉換的轉換按輸入量按輸入量位移、壓力、溫度、流量、加速度位移、壓力、溫度、流量、加速度等等以被測量（即按用途分類）以被測量（即按用途分類）按工作原理按工作原理電阻式、熱電式、光電式等電阻式、熱電式、光電式等以傳感器轉換信號的工作原理命名以傳感器轉換信號的工作原理命名按能量關系按能量關系能量轉換型（自然型）能量轉換型（自然型）傳感器輸出量直

15、接由被測量能量轉傳感器輸出量直接由被測量能量轉換而得換而得能量轉換型（外源型）能量轉換型（外源型）傳感器輸出量能量由外源供給，但傳感器輸出量能量由外源供給，但受被測輸入量控制受被測輸入量控制按輸出信按輸出信號形式號形式模擬式模擬式輸出為模擬信號輸出為模擬信號數(shù)字式數(shù)字式輸出為數(shù)字信號輸出為數(shù)字信號表表1-11-1傳感器的分類傳感器的分類 1.5.3 傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指被測量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸入與輸出的關系。 傳感器的靜態(tài)特性可用一組性能指標來描述，如靈敏度、遲滯、線性度、重復性、精度和漂移等。 1靈敏度 靈敏度是輸入量y與引起輸入量增量y的相應輸入量增量x之比。用S表示

16、靈敏度，即 （1-15） 很顯然，靈敏度值越大表示傳感器越靈敏。ySx 2線性度 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關系的線性程度?？捎脭M合直線近似地代表實際曲線的一段，使傳感器輸入輸出特性線性變化。 傳感器的線性度是指在全程測量范圍內實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值Lmax與滿量程輸出值YFS之比。線性度也稱為非線性誤差，用L表示，即maxFS100%LLY 式中：Lmax最大非線性絕對誤差；YFS滿量程輸入值。 選取擬合直線的方法很多：理論擬合、過零旋轉擬合、端殿連線擬合和端點平移擬合。 3遲滯 傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特

17、性曲線不重合的現(xiàn)象為遲滯，對于同樣的輸入信號傳感器的正反行程輸出信號大小不等，這個差值稱為遲滯差值。傳感器在全量程范圍內最大遲滯差值與滿量程輸出值之比稱為遲滯誤差，用H表示，即maxHFS100%HY 4重復性 重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。 5漂移 傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器的自身結構參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。 6精度 精度是評價系統(tǒng)的優(yōu)良程度。精度分為準確度和精密度。 準確度就是測量值對于真值的偏離程度。精密度就是測量相同對象每次測量也會

18、得到不同的值，即離散偏差。 本 章 小 結 （1）測量的概念。測量系統(tǒng)包括開環(huán)測量系統(tǒng)和閉環(huán)測量系統(tǒng)。 （2）測量方法：直接測量、間接測量和組合測量；偏差式測量法、零位式測量法和微差式測量法。 （3）測量誤差。誤差的表示方法：絕對誤差、相對誤差、基本誤差、附加誤差和引用誤差；誤差的性質：系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差。 （4）傳感器的組成：敏感元件、轉換元件和信號調理轉換電路；傳感器的分類。 （5）傳感器的靜態(tài)指標：靈敏度、遲滯、線性度、重復性和漂移。 思考題和習題 1-1 什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？ 它們的相互作用及相互關系如何？ 1-2 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些 性能指標？分別

19、說明這些指標的含義。 1-3 什么是測量值的絕對誤差、相對誤差、 引用誤差？ 1-4 什么是測量誤差？測量誤差有幾種表 示方法？它們通常適用于什么場合？ 1-5 什么是隨機誤差？產(chǎn)生隨機誤差的原 因是什么？如何減小隨機誤差對測量 結果的影響？ 1-6 什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差可分為哪 幾類？系統(tǒng)誤差有哪些檢驗方法？如 何減小和消除系統(tǒng)誤差？ 1-7 什么是粗大誤差？如何判斷測量數(shù)據(jù) 中存在的粗大誤差？ 1-8 什么是間接測量、直接測量和組合測 量？ 第2章 應變式傳感器 工工 作作 原原 理理2.1應變片的種類、材料及粘貼應變片的種類、材料及粘貼2.2電阻應變片的測量電路電阻應變片的測量電路2

20、.3應變式傳感器的應用應變式傳感器的應用2.4 電阻應變式傳感器是利用電阻應變片將應變轉換為電阻變化的傳感器，當被測物理量作用在彈性元件上時，彈性元件的變形引起應變敏感元件的阻值變化，通過轉換電路轉變成電量輸出，電量變化的大小反映了被測物理量的大小。2.1 工 作 原 理 2.1.1 應變效應 導體或半導體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應變效應”。 2.1.2 工作原理分析 當電阻絲受到拉力F作用時，將伸長l，橫截面積相應減小A，電阻率因材料晶格發(fā)生變形等因素影響而改變了d，從而引起電阻值相對變化量為ddddRlARlA dl/l為長度相對變化量即應變

21、， dd2ArAr 軸向應變和徑向應變的關系可表示為ddrlrl 式中：電阻絲材料的泊松比，負號表示應變方向相反。 dd(12 )RR 通常，把單位應變能引起的電阻值變化稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。其表達式為 dd12RRK 靈敏系數(shù)K受兩個因素影響： 應變片受力后材料幾何尺寸的變化，即1+2； 應變片受力后材料的電阻率發(fā)生的變化，即（d/）/。 對金屬材料來說，電阻絲靈敏度系數(shù)表達式中1+2的值要比（d/）/大得多，而半導體材料的（d/）/項的值比1+2大得多。 2.1.3壓阻效應 半導體材料，當某一軸向受外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 d/為半導體應變片的電阻率相對變化量，其值與半導體敏感

22、元件在軸向所受的應變力有關，其關系為d E 上式中：半導體材料的壓阻系數(shù)； 半導體材料的所受應變力； E半導體材料的彈性模量；半導體材料的應變。 半導體應變片的靈敏系數(shù)為 dRRKE 半導體應變片的靈敏系數(shù)比金屬絲式高5080倍，但半導體材料的溫度系數(shù)大，應變時非線性比較嚴重，使它的應用范圍受到一定的限制。 用應變片測量應變或應力時，在外力作用下，被測對象產(chǎn)生微小機械變形，應變片隨著發(fā)生相同的變化，同時應變片電阻值也發(fā)生相應變化。當測得應變片電阻值變化量為R時，便可得到被測對象的應變值，應力值為E 由此可知，應力值正比于應變，而試件應變正比于電阻值的變化，所以應力正比于電阻值的變化，這就是利用

23、應變片測量應變的基本原理。 2.2 應變片的種類、材料及粘貼 2.2.1 金屬電阻應變片的種類 1、金屬電阻應變片組成 敏感柵、 基片、覆蓋層和引線等部分組成。 2.2.2 金屬電阻應變片的材料 電阻絲材料應有如下要求： （1）靈敏系數(shù)大，且在相當大的應變范圍內保持常數(shù)； （2）值大，即在同樣長度、同樣橫截面積的電阻絲中具有較大的電阻值； （3）電阻溫度系數(shù)小，否則因環(huán)境溫度變化也會改變其阻值； （4）與銅線的焊接性能好，與其他金屬的接觸電勢小； （5）機械強度高，具有優(yōu)良的機械加工性能。 2.2.3 金屬電阻應變片的粘貼 應變片是用粘結劑粘貼到被測件上的。 常用的粘結劑類型有硝化纖維素型、氰

24、基丙烯酸型、聚酯樹脂型、環(huán)氧樹脂型和酚醛樹脂型等。 2.2.4 應變片的溫度誤差及補償 1應變片的溫度誤差 （1）電阻溫度系數(shù)的影響。敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可表示為 當溫度變化t時，電阻絲電阻的變化值為 t00(1)RRtt000RRRRt （2）試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響。當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)相同時，不會產(chǎn)生附加 變形。 當試件與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時，由于環(huán)境溫度的變化，電阻絲會產(chǎn)生附加變形，從而產(chǎn)生附加電阻變化。 2電阻應變片的溫度補償方法 （1）線路補償法。電橋補償是最常用且效果較好的線路補償。 測量應變時，工作應變片R1粘貼在被測試件表面上，補

25、償應變片RB粘貼在與被測試件材料完全相同的補償塊上，且僅工作應變片承受應變，如圖2-4（b）所示。 當被測試件不承受應變時，R1和RB又處于同一環(huán)境溫度為的溫度場中，調整電橋參數(shù)使之達到平衡，此時有 Uo = A(R1R4 RBR3) = 0 （2-24） 圖圖2-4 2-4 電橋補償法電橋補償法 一般按R1 = RB = R3 = R4選取橋臂電阻。當溫度升高或降低t = t t0時，兩個應變片因溫度相同而引起的電阻變化量相等，電橋仍處于平衡狀態(tài)，即 （2-25）o11t4BBt3()()0UA RRRRRR 若此時被測試件有應變的作用，則工作應變片電阻R1有新的增量R1 = R1K，而補償

26、片因不承受應變，故不產(chǎn)生新的增量，此時電橋輸出電壓為 Uo = AR1R4K （2-26） （2）應變片的自補償法。這種溫度補償法是利用自身具有溫度補償作用的應變片（稱之為溫度自補償應變片）來補償?shù)摹?.3 電阻應變片的測量電路 2.3.1 直流電橋 1直流電橋平衡條件 電橋電路如圖2-5所示，圖中E為電源電壓，R1、R2、R3及R4為橋臂電阻，RL為負載電阻。31o1234RRUERRRR 當電橋平衡時，Uo = 0，則 這說明欲使電橋平衡，其相鄰兩臂電阻的比值應相等，或相對兩臂電阻的乘積應相等。1423R RR R 2電壓靈敏度 設橋臂比n = R2 / R1，由于R1R1，分母中R1 /

27、 R1可忽略，并考慮到平衡條件R2 / R1 = R4 / R3，則 1o21(1)RnUERn 電橋電壓靈敏度定義為oU211(1)UnKERnR 分析上式可得： （1）電橋電壓靈敏度正比于電橋供電電壓，供電電壓越高。 （2）電橋電壓靈敏度是橋臂電阻比值n的函數(shù)，恰當?shù)剡x擇橋臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。 當n = 1時，KU為最大值。R1 = R2 = R3 = R4，電橋電壓靈敏度最高，此時單臂電橋有： 1o14REURU4EK 3非線性誤差及其補償方法與R1/R1的關系是非線性的，非線性誤差為 1oo1L1o11RUURRUnR 為了減小和克服非線性誤差，常采用差動電轎如下

28、圖2-6所示，在試件上安裝兩個工作應變片，一個受拉應變，一個受壓應變，構成半橋電路，如圖2-6（a）所示。該電橋輸出電壓為 （2-39）311o112234RRRUERRRRRR 圖圖2-6 2-6 差動電橋差動電橋 若R1 = R2，R1 = R2，R3 = R4，則得半橋輸出電壓為 （2-40）1o12REUR 由式（2-40）可知，Uo與R1/R1成線性關系，差動電路無非線性誤差，而且電橋電壓靈敏度KU = E/2，是單臂工作時的兩倍，同時還具有溫度補償作用。 若將電橋四臂接入4片應變片，如圖2-6（b）所示，即兩個受拉應變，兩個受壓應變，將兩個應變符號相同的接入相對橋臂上，構成全橋差動

29、電路。若R1 = R2 = R3 = R4，且R1 = R2 = R3 = R4，則全橋輸出電壓為： （2-41） KU = E （2-42）1o1RUER 此時全橋差動電路不僅沒有非線性誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時的4倍，同時仍具有溫度補償作用。 2.3.2 交流電橋 根據(jù)直流電橋分析可知，由于應變電橋輸出電壓很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于產(chǎn)生零漂，因此應變電橋多采用交流電橋，引線分布電容使得二橋臂應變片呈現(xiàn)復阻抗特性。 圖圖2-7 2-7 交流電橋交流電橋 1111222233441j1jRZR CRZR CZRZR 由交流電路分析可得 1423o1234()()Z ZZ Z

30、UUZZZZ 要滿足電橋平衡條件，即Uo = 0，則 Z1Z4 = Z2Z3 對這種交流電容電橋，除要滿足電阻平衡條件外，還必須滿足電容平衡條件。 2.4 應變式傳感器的應用 2.4.1 柱（筒）式力傳感器 被測物理量為荷重或力的應變式傳感器時，統(tǒng)稱為應變式力傳感器。其主要用途是作為各種電子稱與材料試驗機的測力元件、發(fā)動機的推力測試、水壩壩體承載狀況監(jiān)測等。 圖2-9（a）、（b）所示分別為柱式、筒式力傳感器，應變片粘貼在彈性體外壁應力分布均勻的中間部分，對稱地粘貼多片，電橋連線時考慮盡量減小載荷偏心和彎矩影響。 貼片在圓柱面上的展開位置及其在橋路中的連接如圖2-9（c）、（d）所示，R1和R

31、3串接，R2和R4串接，并置于橋路對臂上，以減小彎矩影響，橫向貼片R5和R7串接，R6和R8串接，作溫度補償時，接于另兩個橋臂上。 圖圖2-9 2-9 圓柱（筒）式力傳感器圓柱（筒）式力傳感器 2.4.2 應變式壓力傳感器 應變式壓力傳感器主要用來測量流動介質的動態(tài)和靜態(tài)壓力，如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、發(fā)動機內部的壓力、槍管及炮管內部的壓力、內燃機管道的壓力等。 應變片壓力傳感器大多采用膜片式或筒式彈性元件。 2.4.3 應變式容器內液體重量傳感器 圖2-11所示為插入式測量容器內液體重量的傳感器示意圖。該傳感器有一根傳壓桿，上端安裝微壓傳感器安裝了兩只。下端安裝感壓膜，感壓膜感

32、受上面液體的壓力。 當容器中溶液增多時，感壓膜感受的壓力就增大。將其上兩個傳感器Rt的電橋接成正向串接的雙電橋電路，此時輸出電壓為 （2-52）o1212()UUUKKh g 式中：K1，K2傳感器傳輸系數(shù)。 由于hg表征著感壓膜上面液體的重量，對于等截面的柱式容器，則 （2-53）Qh gA 式中：Q容器內感壓膜上面溶液的重量； A柱形容器的截面積。 將上兩式聯(lián)立，得到容器內感壓膜上面溶液重量與電橋輸出電壓之間的關系式為 （2-54）12oKKQUA 圖圖2-11 2-11 應變片容器內液體重量傳感器應變片容器內液體重量傳感器 上式表明，電橋輸出電壓與柱式容器內感壓膜上面溶液的重量成線性關系

33、，因此用此種方法可以測量容器內儲存的溶液重量。 2.4.4 應變式加速度傳感器 應變式加速度傳感器主要用于物體加速度的測量。 圖2-12所示是應變片式加速度傳感器的結構示意圖，圖中1是等強度梁，自由端安裝質量塊2，另一端固定在殼體3上。等強度梁上粘貼4個電阻應變敏感元件4。為了調節(jié)振動系統(tǒng)阻尼系數(shù)，在殼體內充滿硅油。 圖圖2-12 2-12 電阻應變式加速度傳感器結構圖電阻應變式加速度傳感器結構圖 測量時，將傳感器殼體與被測對象剛性連接，當被測物體以加速度運動時，質量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使懸臂梁變形，該變形被粘貼在懸臂梁上的應變片感受到并隨之產(chǎn)生應變，從而使應變片的電阻發(fā)生

34、變化。電阻的變化產(chǎn)生輸出電壓，即可得出加速度值的大小。 應變片加速度傳感器不適用于頻率較高的振動和沖擊場合，一般適用頻率為1060Hz范圍。 2.4.5 半導體力敏應變片在電子皮帶秤上的應用 荷重傳感器是皮帶秤的關鍵組成部件，采用半導體力敏應變片作為敏感元件，這種傳感器靈敏度可達710mV/kg，額定壓力為5kg的荷重傳感器可輸出50mV左右。電子皮帶秤工作原理如圖2-13所示。 1電磁振動給料機；電磁振動給料機；2物料；物料；3秤架；秤架；4力敏荷重傳感器（包括放大器）；力敏荷重傳感器（包括放大器）；5支點；支點；6減速電機；減速電機；7環(huán)行皮帶；環(huán)行皮帶；8料倉料倉圖圖2-13 電子皮帶秤

35、工作原理示意圖電子皮帶秤工作原理示意圖 當未給料時，整個皮帶秤重量通過調節(jié)秤架上的平衡錘使之自重基本作用在支點5上，僅留很小一部分壓力作為傳感器預壓力。當電磁振動機開始給料時，通過皮帶運動，使物料平鋪在皮帶上。此時皮帶上物料重量一部分通過支點傳到基座，另一部分作用于傳感器上。 設每米物料重量為P，則傳感器受力為F，F(xiàn) = CP（C為系數(shù)，取決于傳感器距支點的距離）。當傳感器受力后，傳感器中的彈性元件將產(chǎn)生變形，因此，粘貼于彈性元件上的力敏應變電橋就有電壓信號U輸出，其值為RUUR 式中：U應變電橋的電源電壓； R/R應變片的相對變化。 當U和R恒定時，U與受力成正比。因此U與P成正比。在皮帶速

36、度V不變時，單位時間內皮帶上物料流量為Q = PV，即Q與P成正比。所以測量U的大小就間接地測量Q的大小。 本 章 小 結 （1）應變效應：即導體或半導體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應發(fā)生變化的現(xiàn)象。 （2）應變式傳感器的結構：敏感柵、基片、覆蓋層和引線；應變式傳感器分類及工作原理。 （3）應變片的材料及粘貼。 （4）應變片的溫度誤差：電阻溫度系數(shù)的影響、試件材料和電阻絲材料的線膨脹系數(shù)的影響；補償方法：線路補償法、自補償法。 （5）應變式傳感器的測量電路：直流電橋、單臂電橋、半橋和全橋。 （6）應變式傳感器在工程中的應用。 思考題和習題 2-1 什么叫應變效應?利用應變效應

37、解釋 金屬電阻應變片的工作原理。 2-2 試述應變片溫度誤差的概念、產(chǎn)生原 因和補償辦法。 2-3 什么是直流電橋？若按不同的橋臂工 作方式分類，可分為哪幾種？各自的 輸出電壓如何計算？ 2-4 擬在等截面的懸臂梁上粘貼4個完全相 同的電阻應變片，并組成差動全橋電 路，試問： 4個應變片應怎樣粘貼在懸臂梁上？ 畫出相應的電橋電路圖。 2-5 圖2-5為一直流應變電橋。圖中E = 4V，R1 = R2 = R3 = R4 = 120，試 求： R1為金屬應變片，其余為外接電阻，當R1的增量為R1 = 1.2時，電橋輸出電壓Uo為多少？ R1、R2都是應變片，且批號相同，感應應變的極性和大小都相同

38、，其余為外接電阻，電橋輸出電壓Uo為多少？ 題中，如果R2與R1感受應變的極性相反，且R1 = R2 = 1.2，電橋輸出電壓Uo為多少？ 2-6 圖2-14為等強度梁測力系統(tǒng)，R1為電 阻應變片，應變片靈敏系數(shù) K= 2.05，未受應變時，R1 = 120。 當試件受力F時，應變片承受平均應 變 = 800m/m，試求： 應變片電阻變化量R1及電阻相對變化量R1/R1。 將電阻應變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。 若要減小非線性誤差，應采取何種措施?分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。 2-7 在題2-6條件下，如果試件材質為合 金鋼，線膨脹系

39、數(shù)g = 11 106/，電阻應變片敏感柵材質為康銅，其電阻溫度系數(shù) = 15 106/，線膨漲系數(shù)s = 14.9 106/。當傳感器的環(huán)境溫度從10變化到50時，所引起的附加電阻相對變化量(R/R)t為多少?折合成附加應變t為多少? 實訓1 半導體應變片單臂電橋的測試 一、實驗目的 （1）觀察了解應變片的結構及粘貼方式。 （2）測試應變梁變形的應變輸出，進一步理解應變式傳感器的工作原理。 二、實驗所需部件 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、半導體應變計、測微頭、電壓表。 三、實驗原理 由于半導體材料的“壓阻效應”特別明顯，可以反映出很微小的形變，當電橋的一個橋臂換成半導體應變片后，就構成單臂

40、電橋，當相鄰兩橋臂換成受力方向相反的應變片時，即可構成半橋。若應變片不受力時，4個橋臂電阻構成的電橋在電位計WD調節(jié)下能夠達到平衡狀態(tài)，即輸出為零，若懸臂梁受力，則電橋輸出不再為零，且隨受力的增加而增大。 四、實驗步驟圖2-15 （1）差動放大器調零：將差動放大器的兩輸入端接地，增益調節(jié)適當，輸出端接地，調節(jié)調零旋鈕使輸出為0。 （2）按圖2-15接線，電橋中R1為半導體應變片，其余電阻為固定電阻。 （3）調節(jié)電橋平衡：懸臂梁不受力時，電壓表讀數(shù)應該為0，若不為0時，調節(jié)電位器WD使電橋輸出為0。 （4）旋轉測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以水平狀態(tài)下的輸出為零，向上和向下各移動4m

41、m，每移動0.5mm記錄一個數(shù)據(jù)，填入表2-2中。 （5）用測出V，X值，畫出VX曲線，求出靈敏度。 位移位移/mm/mm0 00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.0電壓電壓/V/V電壓電壓/V/V表表2-22-2 數(shù)據(jù)記錄表數(shù)據(jù)記錄表 第3章 電容式傳感器 電容式傳感器的工作原理和結構電容式傳感器的工作原理和結構3.1成成電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路3.2電容式傳感器的應用電容式傳感器的應用3.33.1 電容式傳感器的工作原理 和結構 由絕緣介質分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為 AC

42、d 式中：電容極板間介質的介電常數(shù)，=0r ，其中0為真空介電常數(shù)，r極板間介質的相對介電常數(shù)； A兩平行板正對面積； d兩平行板之間的距離。 如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉換為電容量的變化，通過測量電路就可以轉換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型3種。 3.1.1 變極距型電容傳感器 當傳感器的r和A為常數(shù)，初始極距為d0時，其初始電容量C0為 0000rACd 若電容器極板間距離由初始值d0縮小了d，電容量增大了C，則有000002000111rdCACdCCCdddddd （）- 傳感器的輸出特性不是線性關系，而是曲

43、線關系。 若d/ d0M2，因而e2a增加，而e2b減小。反之，e2b增加，e2a減小。因為Uo=e2ae2b，所以當e2a、e2b 隨著銜鐵位移x變化時，Uo也必將隨x而變化。 1差動整流電路 差動整流電路還可以接成全波電壓輸出和全波電流輸出的形式。 差動整流電路具有結構簡單，根據(jù)差動輸出電壓的大小和方向就可以判斷出被測量（如位移）的大小和方向，不需要考慮相位調整和零點殘余電壓的影響，分布電容影響小，便于遠距離傳輸，因而獲得廣泛的應用。 2相敏檢波電路 相敏檢波電路要求比較電壓與差動變壓器二次輸出電壓頻率相同，相位相同或相反。為了保證這一點，通常在電路中接入移相電路。另外，由于比較電壓在檢波

44、電路中起開關作用，因此其幅值應盡可能大，一般應為信號電壓的35倍。 圖4-13中RP1為電橋調零電位器。對于小位移測量，由于輸出信號小，在電路中還要接入放大器。此外，交流電橋也是常用的測量電路。 4.2.3 差動變壓器式傳感器的應用 差動變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可以測量與位移有關的任何機械量，如振動、加速度、應變、比重、張力和厚度等。 差動變壓器式加速度傳感器的原理。它由懸臂梁和差動變壓器構成。測量時，將懸臂梁底座及差動變壓器的繞組骨架固定，而將銜鐵的A端與被測振動體相連，此時傳感器作為加速度測量中的慣性元件，它的位移與被測加速度成正比，使加速度測量轉變?yōu)槲灰频臏y量。當被測體帶動

45、銜鐵以x(t)振動時，導致差動變壓器的輸出電壓也按相同規(guī)律變化。4.3 電渦流式傳感器4.3.1 電渦流式傳感器的工作原理 1、電渦流效應 塊狀金屬導體置于變化磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，金屬導體內將會產(chǎn)生旋渦狀的感應電流，該現(xiàn)象稱為電渦流效應。 2、應用 利用電渦流傳感器可以實現(xiàn)對位移、材料厚度、金屬表面溫度、應力、速度以及材料損傷等進行非接觸式的連續(xù)測量，并且這種測量方法具有靈敏度高、頻率響應范圍寬、體積小等一系列優(yōu)點。 3、類型 電渦流傳感器分為高頻反射式和低頻透射式兩類。 4、原理分析 將一個通以正弦交變電流I1的扁平線圈置于金屬導體附近，則線圈周圍空間將產(chǎn)生一個正弦交變磁場H

46、1，使金屬導體中感應電渦流I2，I2又產(chǎn)生一個與H1方向相反的交變磁場H2，導致傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。 它與被測體的電阻率、磁導率以及幾何形狀有關，還與線圈的幾何參數(shù)、線圈中激磁電流頻率f、與線圈與導體間的距離x有關。 函數(shù)關系式為： Z=F(, , r, f, x) 如果保持上式中其他參數(shù)不變，而只使其中一個參數(shù)發(fā)生變化，則傳感器線圈的阻抗Z就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù)，即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量。 4.3.2 電渦流式傳感器的結構 電渦流式傳感器的結構主要是一個繞制在框架上的扁平繞組，繞組的導線應選用電阻率小的材料，一般采用高強度漆包銅線，圖4-16所示為CZF1型電渦流式傳感器的結構圖

47、，電渦流是采用把導線繞制在框架上形成的，框架采用聚四氟乙烯。 這種傳感器的線圈與被測金屬之間是磁性耦合的，并利用這種耦合程度的變化作為測量值，它的尺寸和形狀都與測量裝置的特性有關。所以作為傳感器的線圈裝置僅為實際傳感器的一半，而另一半是被測體，所以，在電渦流式傳感器的設計和使用中，必須同時考慮被測物體的物理性質和幾何形狀及尺寸。 4.3.3 電渦流式傳感器的測量電路 用于電渦流傳感器的測量電路主要有調頻式、調幅式電路兩種。 1調頻式電路 傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導體距離x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x的函數(shù)，即f=L(x)，

48、該頻率可由數(shù)字頻率計直接測量，或者通過fU變換，用數(shù)字電壓表測量對應的電壓。 振蕩頻率為： （4-12） 為了避免輸出電纜的分布電容的影響，通常將L、C裝在傳感器內。此時電纜分布電容并聯(lián)在大電容C2、C3上，因而對振蕩頻率f的影響將大大減小。12fLC 2調幅式電路 由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率（fo）穩(wěn)定的激勵電流io，LC回路輸出電壓為 Uo=io f (Z) 式中：ZLC回路的阻抗。 當金屬導體遠離或去掉時，LC并聯(lián)諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率fo，回路呈現(xiàn)的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬

49、導體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發(fā)生變化，導致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數(shù)值隨距離x的變化而變化。 因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經(jīng)放大、檢波后，由指示儀表直接顯示出x的大小。 4.3.4 電渦流式傳感器的應用 1低頻透射式電渦流厚度傳感器 在被測金屬板的上方設有發(fā)射傳感器線圈L1，在被測金屬板下方設有接收傳感器線圈L2。當在L1上加低頻電壓U1時，L1上產(chǎn)生交變磁通1，若兩線圈間無金屬板，則交變磁通直接耦合至L2中，L2產(chǎn)生感應電壓U2。 如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則L1線圈產(chǎn)生的磁場將導致在金屬板中產(chǎn)生電渦流，并將貫穿金屬板，此時磁場能量受到損耗，使到達L2的磁通

50、將減弱為1，從而使L2產(chǎn)生的感應電壓U2下降。金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓U2就越小。因此，可根據(jù)U2電壓的大小得知被測金屬板的厚度。透射式渦流厚度傳感器的檢測范圍可達1100mm，分辨率為0.1m，線性度為1%。 2電渦流式轉速傳感器 在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽，在距輸入表面d0處設置電渦流傳感器，輸入軸與被測旋轉軸相連。 當被測旋轉軸轉動時，電渦流傳感器與輸出軸的距離變?yōu)閐0+d。由于電渦流效應，使傳感器線圈阻抗隨d的變化而變化，導致振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率發(fā)生變化。因此，隨著輸入軸的旋轉，從振蕩器輸出的信號中包含有與轉速成正比的脈沖頻率信號。 該信號由檢波器檢出電壓幅值的變

51、化量，然后經(jīng)整形電路輸出頻率為fn的脈沖信號。該信號經(jīng)電路處理便可得到被測轉速。 這種轉速傳感器可實現(xiàn)非接觸式測量，抗污染能力很強，可安裝在旋轉軸近旁長期對被測轉速進行監(jiān)視。最高測量轉速可達600 000r/min。 3高頻反射式電渦流厚度傳感器 為了克服帶材不夠平整或運行過程中上、下波動的影響，在帶材的上、下兩側對稱地設置了兩個特性完全相同的渦流傳感器S1和S2。 S1和S2與被測帶材表面之間的距離分別為x1和x2。若帶材厚度不變，則被測帶材上、下表面之間的距離總有“x1+x2=常數(shù)”的關系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為2Uo，數(shù)值不變。 如果被測帶材厚度改變量為 ，則兩傳感器與帶材之間的距

52、離也改變一個 ，兩傳感器輸出電壓此時為2UoU，U經(jīng)放大器放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數(shù)和就是被測帶材的厚度。 4高頻反射式電渦流位移傳感器 電渦流位移計是根據(jù)高頻反射式渦流傳感器的基本原理制作的。電渦流位移計可以用來測量各種形狀試件的位移量。 電渦流位移計測量位移的范圍可以從01mm至030mm，個別產(chǎn)品已達80mm。一般的分辨率為滿量程的0.1%，也有達到0.5m的（其全量程為05m）。 例如：CZFI-1000型傳感器與BZF-1、ZZF-5310型配套時，有01mm、03mm、05mm等幾種主要類型傳感器，其分辨率為0.1%。另外，凡是

53、可變成位移量的參數(shù)，都可以用電渦流式傳感器來測量，如鋼水液位、紗線張力和液體壓力等。 本 章 小 結 本章主要介紹電感式傳感器，它可以把輸入的各種機械物理量如位移、振動、壓力、應變、流量、相對密度等參數(shù)轉換成電能量輸出。 差動變隙式電感傳感器工作原理及組成。 差動變壓器是把被測的非電量變化轉換成繞組互感量的變化。 差動變壓器結構形式較多，應用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1100mm機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結構簡單、性能可靠等優(yōu)點。 電渦流式傳感器工作原理及應用 思考題和習題 4-1 說明差動變磁阻式電感傳感器的主要 組成、工作原理和基本特性。 4-2 已知變氣隙電感傳感

54、器的鐵芯截面積 S=1.5cm2，磁路長度L=20cm，相對磁 導率 1=5 000，氣隙 0=0.5cm， =0.1mm，真空磁導率 0=4107H/m，線圈匝數(shù) W=3 000，求單端式傳感器的靈敏度 L/。若將其做成差動結構形 式，靈敏度將如何變化？ 4-4 根據(jù)螺管型差動變壓器的基本特性， 說明其靈敏度和線性度的主要特點。 4-5 概述差動變壓器的應用范圍，并說明 用差動變壓器式傳感器檢測振動的基 本原理。 4-6 什么叫電渦流效應？怎樣利用電渦流 效應進行位移測量？ 4-7 簡述電渦流式傳感器的工作原理、特 性、和基本結構。 4-8 電渦流式傳感器測厚度的原理是什 么？具有哪些特點？

55、 實訓3 差動變壓器式傳感器性能測試與 標定 一、實訓目的 （1）了解差動變壓器式電感傳感器的基本結構及工作原理。 （2）掌握差動變壓器同名端的確定。 （3）掌握差動變壓器式電感傳感器測試系統(tǒng)的組成及標定方法。 （4）振動測量。 二、實訓原理 差動變壓器的基本元件有銜鐵、一次繞組、二次繞組、繞組骨架等。一次繞組作為差動變壓器的激勵，而二次繞組由兩個結構尺寸和參考相同的繞組反相串接而成。差動變壓器為開磁路，其工作原理建立在互感變化的基礎上。 差動變壓器式電感傳感器標定的含義是：通過實訓建立傳感器輸出量和輸入量之間的關系，同時，確定出不同條件下的誤差關系。 三、實訓設備 （1）差動變壓器； （2）

56、音頻振蕩器； （3）差動放大器； （4）低頻振蕩器； （5）移相器； （6）相敏檢波器； （7）低通濾波器； （8）螺旋測微器（測微頭）； （9）振動臺； （10）電壓/頻率表； （11）雙蹤示波器。 四、實訓方法及步驟 1差動變壓器二次繞組同名端的確定 按圖4-23接線（先任意假定繞組同名端），松開測微頭，從示波器的第二通道觀察輸出波形，轉換接線頭再觀察輸出波形，波形幅值較小的一端應為同名端。 按正確的接法，調整測微頭，從示波器上觀察輸出波形使輸出電壓幅值最小。這個最小輸出電壓即為差分變壓器的零點殘余電壓，該位置即為銜鐵的正中位置?？梢钥闯?，零點殘余電壓的相位差約為/2，是正交分量。 圖圖4

57、-23 4-23 確定差動變壓器二次確定差動變壓器二次繞組同名端接線圖繞組同名端接線圖 2差動變壓器的標定 （1）測微頭不動，按圖4-24接線，差放增益為100倍。 圖圖4-24 4-24 差動變壓器標定系統(tǒng)圖差動變壓器標定系統(tǒng)圖 （2）調節(jié)RPD、RPA使系統(tǒng)輸出為零。 （3）用測微頭調節(jié)振動臺2.5mm左右，并調整移相器，使輸出達最大值，若不對稱可再調節(jié)平衡電位器、移相器使輸出基本對稱。 （4）旋動測微頭，每旋一周（0.5mm）記錄實驗數(shù)據(jù)，并填入表4-2中，總共2.5mm；作出Ux曲線，求出靈敏度。 x x/mm/mm2.52.52.02.01.51.51.01.00.50.50 00.

58、50.51.01.01.51.52.02.02.52.5U U/V/V表表4-24-2實訓實訓3 3測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)1 1 3振動測量 （1）將測微頭退出振動臺。 （2）利用位移測量線路，調整好有關信號參數(shù)。 （3）音頻振蕩器輸出電壓峰峰值為1.5V。 （4）將低頻振蕩器輸出接到激振器上，給振動梁加一個頻率為f的交變力，使振動梁上下振動。 （5）保持低頻振蕩器的輸出幅值不變，改變激振頻率，用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰值，記下實訓數(shù)據(jù)，填入表4-3中。 f f/Hz/Hz3 35 57 79 911111313151520203030U UP-PP-P/V/V表表4-34-3實訓實訓3

59、 3測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)2 2 根據(jù)實驗結果，作出振動梁的幅頻特性曲線，并分析自動頻率的大致范圍。 4注意事項 （1）正式實訓前，一定要熟悉所用設備、儀器的使用方法。 （2）在用振動臺做差動變壓器式電感傳感器性能測試及標定時，一定要把測微頭拿掉（或移開），防止振動時發(fā)生意外。 壓電效應和壓電材料壓電效應和壓電材料5.1壓電式傳感器及測量電路壓電式傳感器及測量電路5.2壓電式傳感器的應用壓電式傳感器的應用5.35.1 壓電效應和壓電材料 5.1.1 正、逆壓電效應 1、正壓電效應 某些晶體結構的材料，當沿著一定方向受到外力作用時，內部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在晶體的某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力去

60、掉后，又恢復到不帶電的狀態(tài)。這一現(xiàn)象稱為“正壓電效應”。 2、逆壓電效應 當在電介質的極化方向施加電場，電介質也會產(chǎn)生幾何變形，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應”。 3、壓電材料 可分為壓電晶體、壓電陶瓷和有機壓電材料。 壓電晶體是一種天然單晶體，例如石英晶體、酒石酸鉀鈉等；壓電陶瓷是一種人工合成的多晶體，例如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等；有機壓電材料是近些年來研制成的有機高分子聚合材料。 壓電材料的主要特性參數(shù)以下幾種： 壓電常數(shù)、彈性常數(shù)、介電常數(shù)、機械耦合系數(shù)、電阻、居里點。 5.1.2 石英晶體 石英晶體是單晶體，有電軸x、機械軸y、光軸z軸。沿z軸方向受力不會產(chǎn)生壓電效應。 從晶體上沿y軸方向切下一塊