傳感器期末復(fù)習(xí)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)必過

1、第一章 傳感器概述人的體力和腦力勞動(dòng)通過感覺器官接收外界信號(hào)，將這些信號(hào)傳送給大腦，大腦把這些信號(hào)分析處理傳遞給肌體。 如果用機(jī)器完成這一過程，計(jì)算機(jī)相當(dāng)人的大腦，執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)人的肌體，傳感器相當(dāng)于人的五官和皮膚。 1.1.1傳感器的定義廣義：傳感器是一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)的輸出器件和裝置。狹義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感器定義是： 能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置以上定義表明傳感器有以下含義： 1、它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的檢測(cè)裝置； 2、能按一定規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出； 3、傳

2、感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系； 按使用的場(chǎng)合不同又稱為: 變換器、換能器、探測(cè)器1.1.2傳感器的組成傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路三部分組成：圖示：被測(cè)量-敏感原件-轉(zhuǎn)換原件-基本電路-電量輸出電容式壓力傳感器-壓電式加速度傳感器-電位器式壓力傳感器1.1.3傳感器的分類1） 按傳感器檢測(cè)的范疇分類：生物量傳感器、化學(xué)量傳感器、物理量傳感器、2）按輸入量分類：速度、位移、角速度、力、力矩、壓力、流速、液面、溫度、濕度3）按傳感器的輸出信號(hào)分類 ：模擬傳感器 數(shù)字傳感器4）按傳感器的結(jié)構(gòu)分類：結(jié)構(gòu)型傳感器、物性型傳感器、復(fù)合型傳感器5）按傳感器的功能分類：智能傳感器、多功

3、能傳感器、單功能傳感器6）按傳感器的轉(zhuǎn)換原理分類：機(jī)電傳感器、光電傳感器、熱電電傳感器、磁電傳感器電化學(xué)傳感器。7）按傳感器的能源分類：有源傳感器、無源傳感器國(guó)標(biāo)制定的傳感器分類體系表將傳感器分為：物理量、化學(xué)量、生物類傳感器三大門類；1.2 傳感器的地位與作用 在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更有突出的地位。宏觀上的茫茫宇宙、微觀上的粒子世界、長(zhǎng)時(shí)間的天體演化、短的瞬間反應(yīng)。超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、弱磁場(chǎng)等極端技術(shù)研究。傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要用各種傳感器監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)，一是保證產(chǎn)品達(dá)到最好

4、的質(zhì)量，二是保證設(shè)備工作在最佳狀態(tài)。傳感器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件，直接影響到自動(dòng)化技術(shù)的水平。傳感器具有以下作用（1）測(cè)量與數(shù)據(jù)采集（2）檢測(cè)與控制（3） 診斷與監(jiān)測(cè)（4）輔助觀測(cè)儀器（5）資源探測(cè)（6）環(huán)境保護(hù)（7）醫(yī)療衛(wèi)生（8）家用電器目前傳感器總的發(fā)展趨勢(shì)是： （1）發(fā)現(xiàn)、利用新效應(yīng)；（2） 開發(fā)新材料；（3）提高傳感器性能和檢測(cè)范圍（4）微型化與微功耗（5）集成化與多功能化；（6）傳感器的智能化；（7）傳感器的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。第二章傳感器的特性與標(biāo)定快變信號(hào) 輸入量X隨時(shí)間 t 較快變化時(shí)考慮輸出的動(dòng)態(tài)特性即隨時(shí)間變化的特性；慢變信號(hào) 輸入X為靜態(tài)或變化極緩慢

5、的信號(hào)時(shí)研究靜態(tài)特性，即不隨時(shí)間變化的特性。 2.1傳感器的靜態(tài)特性 當(dāng)輸入量（X）為靜態(tài)（常量）或變化緩慢的信號(hào)時(shí)（如環(huán)境溫度、壓力），討論傳感器的靜態(tài)特性，輸入輸出關(guān)系稱靜態(tài)特性。靜態(tài)特性包括：線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度、穩(wěn)定性非線性誤差是以擬合直線作基準(zhǔn)直線計(jì)算出來的，基準(zhǔn)線不同，計(jì)算出來的線性度也不相同。因此，在提到線性度或非線性誤差時(shí)，必須說明其依據(jù)了怎樣的基本直線。擬合直線的幾種常見方法有：1）理論線性度 2）最佳平均直線與獨(dú)立線性度；3）端點(diǎn)直線和端點(diǎn)線性度；4）端點(diǎn)直線平移線； 5）最小二乘法直線和最小二乘法線性度。2.1.2 靈敏度線性傳感器的校準(zhǔn)線的斜率就是靜態(tài)靈敏度，它

6、是傳感器的輸出量變化和輸入量變化之比。產(chǎn)生遲滯誤差的原因：該指標(biāo)反映了傳感器的機(jī)械部件和結(jié)構(gòu)材料等存在的問題，如軸承摩擦、灰塵積塞、間隙不適當(dāng)、螺釘松動(dòng)、元件磨損（或碎裂）以及材料的內(nèi)部摩擦等。遲滯的大小通常由整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)的最大遲滯值max與理論滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示動(dòng)態(tài)特性是傳感器輸出對(duì)時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性，輸入與輸出之間存在的差異就是動(dòng)態(tài)誤差！輸入信號(hào)按正弦變化時(shí)，分析動(dòng)態(tài)特性的相位、振幅、 頻率，稱頻率響應(yīng)； 輸入信號(hào)為階躍變化時(shí)，對(duì)傳感器隨時(shí)間變化過程進(jìn)行分析，稱階躍響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）；討論：暫態(tài)響應(yīng)是指數(shù)函數(shù)，輸出曲線成指數(shù)變化逐漸達(dá)到穩(wěn)定；因?yàn)閼T性存在輸出不能立刻達(dá)到穩(wěn)定

7、，理論上t時(shí)才 能達(dá)到穩(wěn)定，當(dāng)t=時(shí)即達(dá)到穩(wěn)定值的63.2%，可見時(shí)間常數(shù)越小越好，是反映一階傳感器的重要參數(shù)；實(shí)際運(yùn)用時(shí)t = 4時(shí)工程上認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定；由曲線看出它與動(dòng)態(tài)測(cè)溫相似，所以動(dòng)態(tài)測(cè)溫是典型的一階系統(tǒng) 。 一階系統(tǒng)在時(shí)間常數(shù)<< 1才近似零階系統(tǒng)特性， A（）k,（）0; 輸出y(t)反映輸入x(t)變化; 當(dāng)=1/時(shí)，傳感器靈敏度下降了3dB，如果靈敏度下降到3db時(shí)的頻率為工作頻率上限，則：上限頻率為H=1/， 所以時(shí)間常數(shù)越小，H越高工作頻率越寬，響應(yīng)越好；一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于時(shí)間常數(shù)，減少可改善傳感器的頻率特性，加快響應(yīng)過程。根據(jù)阻尼比大小可分

8、四種情況： 1.=0,零阻尼,等幅振蕩，產(chǎn)生自激永遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定；2.<1,欠阻尼,衰減振蕩,達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間隨下降加長(zhǎng)； 3.=1,臨界阻尼，響應(yīng)時(shí)間最短； 4.>1,過阻尼，穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。 二階傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要取決于傳感器的固有頻率n和阻尼系數(shù)。影響傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)是：時(shí)間常數(shù)，越小響應(yīng)越快，頻帶越寬；傳感器固有頻率n ，選擇在（35）（信號(hào)）；阻尼比，選擇在0.60.8，原則是過沖不太大，穩(wěn)定時(shí)間不太長(zhǎng)。影響傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)：時(shí)間常數(shù)，越小響應(yīng)越快，頻帶越寬； 傳感器固有頻率n ，選擇在（35）（信號(hào)）； 阻尼比，選擇在0.60.8，原則是過沖不太大，穩(wěn)定 時(shí)間

9、不太長(zhǎng)。第三章傳感器中的彈性敏感元件設(shè)計(jì)變形:物體在外力作用下改變?cè)瓉淼某叽缁蛐螤畹默F(xiàn)象。彈性變形:如果外力去掉后物體能夠完全恢復(fù)原來的尺寸和形狀的變形。彈性元件:具有彈性變形特性的物件彈性敏感元件是通過物體彈性變形這一特性，把力、力矩或壓力轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的應(yīng)變或位移，然后配合其它各種形式的傳感元件，將被測(cè)力、力矩或壓力轉(zhuǎn)換成電量的一種元件。彈性元件的分類：根據(jù)彈性元件在傳感器中的作用，基本上分為兩種類型：彈性敏感元件、彈性支承3.1.1 彈性特性 作用在彈性敏感元件上的外力與該外力引起的相應(yīng)變形（應(yīng)變、位移式轉(zhuǎn)角）之間的關(guān)系稱為彈性元件的彈性特性。彈性特性可由剛度或靈敏度來表示。剛度可以反映元

10、件抵抗彈性變形能力的強(qiáng)弱。二、靈敏度靈敏度就是單位力作用下產(chǎn)生變形的大小彈性元件上載荷發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)的變形往往不能立即完成，而是在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)逐漸完成，這種現(xiàn)象稱為彈性后效。3.1.2 彈性滯后對(duì)彈性元件進(jìn)行加載，可繪制一條彈性特性曲線，然后卸載，可繪制另一條彈性特性曲線。兩條曲線往往并不重合，這種現(xiàn)象稱為彈性滯后 。彈性變形之差，叫做彈性敏感元件的滯后誤差。彈性敏感元件材料基本要求：（1）彈性滯后和彈性后效要?。唬?）彈性模量的溫度系數(shù)要?。唬?）線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；（4）彈性極限和強(qiáng)度極限要高；（5）具有良好的穩(wěn)定性和耐腐蝕性；（6）具有良好的機(jī)械加工和熱處理性能。幾個(gè)概念：應(yīng)力：物

11、體由于外因（受力、溫度、濕度等變化等）而變形時(shí)， 在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。撓度：彎曲變形時(shí)橫截面形中心沿與軸線垂直方向的線位移稱為撓度，用y表示。簡(jiǎn)言之就是指梁、桁架等受彎構(gòu)件在荷載作用下的最大變形，通常指豎向方向y軸的,就是構(gòu)件的豎向變形。撓度與荷載大小、構(gòu)件截面尺寸以及構(gòu)件的材料物理性能有關(guān)。轉(zhuǎn)角：彎曲變形時(shí)橫截面相對(duì)其原來的位置轉(zhuǎn)過的角度稱為轉(zhuǎn)角。應(yīng)變：物體受力產(chǎn)生變形時(shí)，體內(nèi)各點(diǎn)處變形程度一般各不相同，用以描述一點(diǎn)處變形的程度的力學(xué)量是該點(diǎn)的應(yīng)變。線應(yīng)變：在直

12、角坐標(biāo)中所取單元體為正六面體時(shí)，三條相互垂直的棱邊的長(zhǎng)度在變形前后的改變量與原長(zhǎng)之比，定義為線應(yīng)變，用表示。一點(diǎn)在x、y、z方向的線應(yīng)變分別為x、y、z。線應(yīng)變以伸長(zhǎng)為正，縮短為負(fù)。圓柱應(yīng)變的一般表達(dá)式及其含義：圓柱內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變大小決定于圓柱的靈敏度結(jié)構(gòu)系數(shù)、橫截面積、材料性質(zhì)和圓柱所承受的力，而與圓柱的長(zhǎng)度無關(guān)。3.3.4 平膜片圓形膜片分為平面膜片和波紋膜片兩種。在相同壓力情況下，波紋膜片可產(chǎn)生較大的撓度.切向應(yīng)變?cè)趫A板中心（r = 0）處，切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力相等，切向應(yīng)變與徑向應(yīng)變相等，而且具有正的最大值。在圓板的邊緣（r = a）處，切向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和徑向應(yīng)變都達(dá)到負(fù)的最大值，而切向

13、應(yīng)變?yōu)榱恪?.3.5 波紋管波紋管是一種表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管。在軸向力或流體壓力的作用下，波紋管產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，從而把軸向力（或壓力）變換為位移。金屬波紋管軸向容易變形，也就是說靈敏度非常好。在變形量允許范圍內(nèi)，壓力（或軸向力）的大小與伸縮量成線性關(guān)系。怎樣測(cè)量波紋管是一種表面上有許多同心環(huán)狀波形皺紋的薄壁圓管。在軸向力或流體壓力的作用下，波紋管產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，從而把軸向力（或壓力）變換為位移。金屬波紋管軸向容易變形，也就是說靈敏度非常好。在變形量允許范圍內(nèi)，壓力（或軸向力）的大小與伸縮量成線性關(guān)系。第四章 電阻應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器特征： 主要優(yōu)點(diǎn)，使用簡(jiǎn)單、精度高、范圍

14、大體積小。 缺點(diǎn)，電阻、半導(dǎo)體會(huì)隨溫度變化。 不同材料類型，金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片；4.1電阻應(yīng)變片的工作原理將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件特定表面上，當(dāng)力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致元件應(yīng)力和應(yīng)變的變化，進(jìn)而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化。電阻的變化經(jīng)電路處理后以電信號(hào)的方式輸出，這就是電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理。電阻應(yīng)變效應(yīng)電阻應(yīng)變片簡(jiǎn)稱應(yīng)變片，是一種能將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感元件，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。 所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長(zhǎng)或縮短）而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。原因：因?yàn)榻饘俳z的電阻與材料的電阻率與

15、其幾何尺寸有關(guān)，而金屬絲在承受機(jī)械變形的過程中，它們都要發(fā)生變化，因而引起金屬絲的電阻變化。敏感柵應(yīng)變計(jì)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。 敏感柵合金材料的選擇對(duì)所制造的電阻應(yīng)變計(jì)性能的好壞起著決定性的作用?；坠潭舾袞牛⑹姑舾袞排c彈性元件相互絕緣；應(yīng)變計(jì)工作時(shí)，基底起著把試件應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞給敏感柵的作用，為此基底必須很薄，一般為0.020.04mm。常用的基底材料有紙、膠膜和玻璃纖維布。引線連接敏感柵和測(cè)量線路的絲狀或帶狀的金屬導(dǎo)線。 一般要求引線材料具有低的穩(wěn)定的電阻率及小的電阻溫度系數(shù)。蓋片保護(hù)敏感柵使其避免受到機(jī)械損傷或防止高溫氧化。粘結(jié)劑在制造應(yīng)變計(jì)時(shí)，用它分別把蓋層和敏感柵固結(jié)于

16、基底；在使用應(yīng)變計(jì)時(shí)，用它把應(yīng)變計(jì)基底再粘貼在試件表面的被測(cè)部位，因此它也起著傳遞應(yīng)變的作用。4.2.2電阻應(yīng)變片的種類及特點(diǎn)1.電阻絲式應(yīng)變片 電阻絲式應(yīng)變片的敏感元件是絲柵狀的金屬絲，它可以制成U型、 V型和H型等多種形狀 電阻絲式應(yīng)變片因使用的基片材質(zhì)又可以分為紙基、紙浸膠基和膠基等種類。2.箔式應(yīng)變片 箔式應(yīng)變片的工作原理和結(jié)構(gòu)與絲式應(yīng)變片基本相同，但制造方法不同。它采用光刻法代替絲式應(yīng)變片的繞線工藝。3.半導(dǎo)體式應(yīng)變片 半導(dǎo)體式應(yīng)變片的使用方法與金屬電阻應(yīng)變片相同，即粘貼在彈性元件或被測(cè)體上，隨被測(cè)試件的應(yīng)變其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。 半導(dǎo)體式應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。

17、4.2.3金屬應(yīng)變片的參數(shù)1.幾何尺寸 2.電阻值R 3.最大工作電流4.絕緣電阻 5.相對(duì)靈敏系數(shù) 應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測(cè)量的精度。K值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下通過實(shí)測(cè)確定即應(yīng)變計(jì)的標(biāo)定,故K又稱標(biāo)定靈敏系數(shù)。規(guī)定條件是：試件材料取泊松比=0.285的鋼；試件單向受力；應(yīng)變計(jì)軸向與主應(yīng)力方向一致。 6.橫向效應(yīng) 將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長(zhǎng)度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應(yīng)。7.機(jī)械滯后、零漂和蠕變 機(jī)械滯后就是循環(huán)加載時(shí)，加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象，稱為機(jī)械滯后。產(chǎn)生的原因主要是敏感柵、基底和粘合劑在承受機(jī)械應(yīng)變以后所留下的殘

18、余變形。 粘貼在試件上的應(yīng)變片，在溫度保持恒定沒有機(jī)械應(yīng)變的情況下，電阻值隨時(shí)間變化的特性稱為應(yīng)變片的零漂。 粘貼在試件上的應(yīng)變片，溫度保持恒定，在承受某一恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間變化而變化的特性稱為應(yīng)變片的蠕變。 8.應(yīng)變極限 應(yīng)當(dāng)知道，應(yīng)變計(jì)的線性(靈敏系數(shù)為常數(shù))特性，只有在一定的應(yīng)變限度范圍內(nèi)才能保持。當(dāng)試件輸入的真實(shí)應(yīng)變超過某一限值時(shí)，應(yīng)變計(jì)的輸出特性將出現(xiàn)非線性。在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到10%時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限，用 表示。應(yīng)變片的粘貼工藝：應(yīng)變片的檢查外觀、電阻值修整應(yīng)變片應(yīng)變片的粘貼通常包括下列工藝流程：表面處理 （研磨 及清洗）彈性體上底膠（涂覆或浸漬）底

19、膠固化粘貼應(yīng)變片粘貼固化上防潮層粘貼質(zhì)量檢查（外觀、電阻值、絕緣電阻）。引出線的固定保護(hù)4.3.1應(yīng)變波的傳播過程1.應(yīng)變波在試件材料中的傳播2.應(yīng)變波在粘帖層和應(yīng)變片基片中的傳播由于粘接層和基片的總厚度非常小，所以它的傳播時(shí)間是極短的，可以忽略不計(jì)。3.應(yīng)變波在應(yīng)變片基長(zhǎng)內(nèi)的傳播由于應(yīng)變片所測(cè)得的應(yīng)變是被測(cè)構(gòu)件在基長(zhǎng)內(nèi)的平均應(yīng)變值，因此，只有在應(yīng)變波通過應(yīng)變片敏感柵的全部長(zhǎng)度后，應(yīng)變片所反映的波形幅值才能達(dá)到最大值。電橋平衡時(shí)的條件為 交流電橋平衡條件為：相對(duì)橋臂阻抗模之積相等，相對(duì)橋臂阻抗幅角之和相等。 一般消除非線性誤差的方法有以下幾種：1.采用差動(dòng)電橋 如果兩個(gè)應(yīng)變片同時(shí)參與測(cè)量，則稱

20、為半橋測(cè)量。自然，讓四個(gè)橋臂都由應(yīng)變片組成，且都產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾娮枳兓礊槿珮驕y(cè)量。利用橋路中電阻變化的特點(diǎn)，可使橋路形成差動(dòng)電橋（半橋或全橋）。2.采用高內(nèi)阻的恒流源電橋產(chǎn)生非線性的原因之一是在工作過程中通過橋臂的電流不恒定，因此，有時(shí)用恒流源給橋路供電。采用恒流源比采用恒壓源的非線性誤差減小一倍。一般半導(dǎo)體應(yīng)變片的橋路都采用恒流源供電。4.5.2溫度補(bǔ)償法一、橋路補(bǔ)償法補(bǔ)償原理：橋路相臨兩臂增加相同電阻，對(duì)電橋輸出無影響。二、應(yīng)變片自補(bǔ)償法 粘貼在被測(cè)部位上的是一種特殊應(yīng)變片，當(dāng)溫度變化時(shí)，產(chǎn)生的附加應(yīng)變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種特殊應(yīng)變片稱為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片。利用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)?/p>

21、方法稱為應(yīng)變片自補(bǔ)償法。三、熱敏電阻補(bǔ)償法 熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時(shí)，熱敏電阻的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出電壓。選則分流電阻的值可以得到很好的補(bǔ)償。第五章 電容式傳感器概念:電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。5.1電容式傳感器基本工作原理：電容式傳感器是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。多數(shù)場(chǎng)合下，電容是由兩個(gè)金屬平行極板組成，并且以空氣為介質(zhì)電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。（1）差動(dòng)變間隙式的電容傳感器 在差動(dòng)式電容傳感器中，其中電容器C1的電容隨位移d的減小而增大

22、時(shí)，另一個(gè)電容器C2的電容則隨著d的增大而減小。差動(dòng)式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。（2）固定介質(zhì)與可變間隙式電容傳感器 減小極間隙可提高靈敏度，但易擊穿。為此，經(jīng)常在兩極板間加一層云母或塑料等介質(zhì)，以改變電容的耐壓性能。由此構(gòu)成如圖所示的固定介質(zhì)與可變間隙式電容傳感器。（1）線位移式電容傳感器 極板起始覆蓋面積為A = a×b，沿活動(dòng)極板寬度方向移動(dòng)a，則改變了兩極板間覆蓋的面積，忽略邊緣效應(yīng)，改變后的電容量為 靈敏度系數(shù)KC為常數(shù)，可見減小極板起始覆蓋長(zhǎng)度a可提高靈敏度，而極板的寬度b與靈敏度KC無關(guān)。但a

23、不能太小，必須保證ad，否則邊緣處不均勻電場(chǎng)的影響將增大。 平板式極板作線位移最大不足之處是對(duì)移動(dòng)極板的平行度要求高，稍有傾斜會(huì)導(dǎo)致極距d變化，影響測(cè)量精度。因此在一般的情況下，變面積式的電容傳感器常作成圓柱式的。（2）圓柱式線位移電容傳感器 在不計(jì)邊緣效應(yīng)影響時(shí)，圓柱式的電容器的電容量： 式中 l 外圓柱筒與內(nèi)圓柱重疊部分長(zhǎng)度； r2外圓柱內(nèi)徑； r1內(nèi)圓柱外徑。綜合上述分析，變面積式電容傳感器不論被測(cè)量是線位移還是角位移，位移與輸出電容都為線性關(guān)系（忽略邊緣效應(yīng)），傳感器靈敏系數(shù)為常數(shù)。5.3影響電容傳感器精度的因素及提高精度的措施5.3.1邊緣效應(yīng)的影響 邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度

24、降低， 而且產(chǎn)生非線性。為了消除邊緣效應(yīng)的影響，可以采用帶有保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)。保護(hù)環(huán)與定極板同心、電氣上絕緣且間隙越小越好，同時(shí)始終保持等電位，以保證中間各個(gè)區(qū)得到均勻的場(chǎng)強(qiáng)分布，從而克服邊緣效應(yīng)影響。為減小極板厚度，往往不用整塊金屬板做極板 ，而用石英或陶瓷等非金屬材料，蒸涂一層金屬膜作為極板。5.3.2 寄生電容的影響 電容式傳感器測(cè)量系統(tǒng)寄生參數(shù)的影響，主要是指?jìng)鞲衅麟娙輼O板并聯(lián)的寄生電容的影響。由于電容傳感器電容量很小，寄生電容就要相對(duì)大得多，往往使傳感器不能正常使用。消除和減小寄生電容影響的方法可歸納為以下幾種：1.縮小傳感器至測(cè)量線路前置極的距離；2.驅(qū)動(dòng)電纜法；3.整體屏蔽法5.3.

25、3溫度影響 1對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的影響 由于電容式傳感器極間隙很小而對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的變化特別敏感。在傳感器各零件材料線性膨脹系數(shù)不匹配的情況下，溫度變化將導(dǎo)致極間隙較大的相對(duì)變化，從而產(chǎn)生很大的溫度誤差。為減小這種誤差，應(yīng)盡量選取溫度系數(shù)小和溫度系數(shù)穩(wěn)定的材料，如電極的支架選用陶瓷材料，電極材料選用鐵鎳合金。近年來又采用在陶瓷或石英上進(jìn)行噴鍍金或銀的工藝。 2對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)的影響 溫度對(duì)介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異，空氣及云母的介電常數(shù)溫度系數(shù)近似為零。而某些液體介質(zhì)，如硅油、蓖麻油、煤油等，其介電常數(shù)的溫度系數(shù)較大。例如煤油的介電常數(shù)的溫度系數(shù)可達(dá)0.07；若環(huán)境溫度變化±50，則將帶來7的溫

26、度誤差，故采用此類介質(zhì)時(shí)必須注意溫度變化造成的誤差。第六章 電感式傳感器電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)的物理量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)由非電量到電量轉(zhuǎn)換的裝置。被測(cè)非電量-電磁感應(yīng)-自感系數(shù)L（互感系數(shù)M）-測(cè)量電路定義：將非電量轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)變化的傳感器通常稱為自感式傳感器（又稱電感式傳感器），而將非電量轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)變化的傳感器通常稱為互感式傳感器（又稱差動(dòng)變壓器式傳感器）。電感式傳感器種類很多，本章主要介紹自感式、互感式和渦流式三種傳感器。 6.1.1 電感傳感器的工作原理和等效電路 1工作

27、原理電感傳感器有銜鐵、鐵芯和匝數(shù)為W的線圈三部分構(gòu)成。鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為 ；傳感器運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連，銜鐵移動(dòng)時(shí)發(fā)生變化引起磁路的磁阻 變化，使電芯線圈的電感值L變化；只要改變氣隙厚度或氣隙截面積就可以改變電感。2、等效電路電感傳感器是一個(gè)帶鐵芯的可變電感，由于線圈的銅耗、鐵芯的渦流損耗、磁滯損耗以及分布電容的影響，它并非呈現(xiàn)純電感。等效電路如圖所示，其中L為電感，Rc為銅損電阻，Re電渦流損耗電阻，磁滯損耗電阻Rh，C為傳感器等效電路的等效電容。等效電容C主要是由線圈繞組的固有電容和電纜分布電容引起。電纜長(zhǎng)度的變化，將引起C的變化。當(dāng)電感傳感器確定后，這些參數(shù)即為已知量。6.1.2 自感式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及特性常見的自感式傳感器有變間隙式、變面積式和螺線管式三類。6.1.3 電感傳感器的測(cè)量電路電感傳感器最常用的測(cè)量電路是交流電橋式測(cè)量電路，它有三種基本形式，即電阻平衡臂電橋、變壓器電橋、緊耦合