傳感器第次課能量控制型傳感器

傳感器第次課能量控制型傳感器第一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日本次課需要掌握下列傳感器的原理和使用

電位器式傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器電感式傳感器電容式傳感器第二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日傳感器分類按輸出量類按能量關(guān)系⑴有源傳感器（能量轉(zhuǎn)換型傳感器）——能將非電量直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所以有時(shí)被成為“換能器”。例如壓電式（超聲波換能器）、熱電式（熱電偶）、光電式（光電池）等。⑵無(wú)源傳感器（能量控制型傳感器）——自身無(wú)能量轉(zhuǎn)換裝置，被測(cè)量?jī)H能在傳感器中起能量控制作用，必須有輔助電源供給電能。如電容式、壓阻式等按工作原理按輸入量類第三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電阻式傳感器核心器件：線繞電位器、電阻應(yīng)變片等。主要應(yīng)用：力學(xué)參數(shù)的測(cè)量(位移、壓力、荷重、加速度等)。第四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日1.電位器式傳感器分類二：線繞式分類一：薄膜式分類三：光電式第五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日薄膜式電位器內(nèi)部圖第六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日線繞式電位器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.電位器式傳感器第七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日xU0階梯特性第八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算題：電位器式傳感器電阻為10K歐，電刷最大行程為10cm,消耗功率為40mW，試求當(dāng)輸入位移為3cm時(shí)，傳感器輸出電壓多少？類似P48-10第九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日左：波登管位移帶動(dòng)儀表指示右：波登管位移帶動(dòng)電位器滑動(dòng)電刷壓力傳感器示意圖第十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日膜盒內(nèi)腔通入被測(cè)流體，膜盒中心發(fā)生位移，推動(dòng)連桿上移，使得曲柄軸帶動(dòng)電刷在電位器電阻絲上滑動(dòng)第十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電位器式位移傳感器示意圖ABC問題：示意圖中的ABC實(shí)際分別接到什么地方？第十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)量小位移的傳感器示意圖ABC問題：示意圖中的ABC實(shí)際分別接到什么地方？第十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日我們可以做這樣一個(gè)較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：取一根細(xì)電阻絲，兩端接上一臺(tái)31/2位數(shù)字式歐姆表（分辨率為1/2000），記下其初始阻值（圖中為10.01）。當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加（圖中增加到為10.05）。

應(yīng)變片的工作原理第十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日2.應(yīng)變片式電阻傳感器電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。

電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。金屬應(yīng)變片電阻R公式：電阻率長(zhǎng)度截面積第十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日ABC

電阻應(yīng)變片分三種：1.金屬絲式應(yīng)變片2.金屬箔式應(yīng)變片3.半導(dǎo)體應(yīng)變片第十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日金屬絲式或箔式結(jié)構(gòu)示意圖第十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日各類箔式應(yīng)變花箔式應(yīng)變花：一種具有兩個(gè)或兩個(gè)以上不同軸向敏感柵的電阻應(yīng)變計(jì)，用于確定平面應(yīng)力場(chǎng)中主應(yīng)變的大小和方向第十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電阻率長(zhǎng)度截面積根據(jù)電阻公式，如果改變電阻率也可以達(dá)到改變電阻的目的，半導(dǎo)體應(yīng)變片就是改變電阻率的傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖第二十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體應(yīng)變片主要是利用硅半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的。如果在半導(dǎo)體晶體上施加作用力，晶體除產(chǎn)生應(yīng)變外，其電阻率會(huì)發(fā)生變化。這種由外力引起半導(dǎo)體材料電阻率變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。

半導(dǎo)體應(yīng)變片是直接用單晶鍺或單晶硅等半導(dǎo)體材料進(jìn)行切割、研磨、切條、焊引線、粘貼一系列工藝制作過程完成的。

第二十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大（比金屬式大100倍）;體積小;缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。靈敏度大：從半導(dǎo)體三極管的放大作用理解半導(dǎo)體的電阻很容易發(fā)生很大的變化溫度穩(wěn)定性差：可以從兩方面理解1.半導(dǎo)體器件的溫度一般不能超過焊接溫度很多2.之前講過的二極管正向電壓隨溫度變化，LM35溫度集成電路，以及后續(xù)半導(dǎo)體熱敏電阻第二十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日問題：下表中，哪幾個(gè)型號(hào)是半導(dǎo)體應(yīng)變片，依據(jù)是什么?第二十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)變片的主要參數(shù)

1）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用b×L表示。2）電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值(本實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)變片為350歐姆)。3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。4）其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。第二十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)變片單臂電橋測(cè)量電路VER1R2R3R4根據(jù)P27的推算得到電橋電壓靈敏度(輸出電壓與電阻變化率的比)KU的公式,公式表明:KU與橋臂比n有關(guān),與E成正比當(dāng)n=1（R1=R3）時(shí),KU=E/4,比如E=4V時(shí),應(yīng)變片每變化1%,電壓變化0.01V化簡(jiǎn)公式第二十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日上述公式表明U0與ΔR/R是非線性關(guān)系，故測(cè)量中不可避免會(huì)存在非線性誤差，為消除非線性誤差，常采用以下兩種電路：半橋全橋同時(shí)也提高了靈敏度應(yīng)變片單臂電橋測(cè)量電路實(shí)際公式第二十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片,一個(gè)受拉應(yīng)變,一個(gè)受壓應(yīng)變,接入電橋相鄰橋臂,稱為半橋差動(dòng)電路,Uo與（ΔR1/R1）呈線性關(guān)系,差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差,而且電橋電壓靈敏度KU=E/2,比單臂工作時(shí)提高一倍,同時(shí)還具有溫度補(bǔ)償作用。9半橋差動(dòng)電路R1+ΔR1R2-ΔR2第二十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日9全橋差動(dòng)電路R1+ΔR1R2-ΔR2R4+ΔR4R3-ΔR3在試件上安裝四個(gè)工作應(yīng)變片,此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒有非線性誤差,而且電壓靈敏度是單片的4倍,同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。第二十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日一、直流電橋的平衡條件二、直流電橋的電壓靈敏度推導(dǎo)R1/R2=R3/R4定義：K=V0/(ΔR/R)單臂的推導(dǎo)（演示）雙臂的推導(dǎo)（點(diǎn)名）全橋的推導(dǎo)（點(diǎn)名）第二十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電壓靈敏度對(duì)比（E=4V時(shí),應(yīng)變片每變化1%,）單臂電橋,KU=E/4,電壓變化0.01V雙臂電橋,KU=E/2,電壓變化0.02V四臂電橋,KU=E,電壓變化0.04V第三十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日題目：電橋輸入電壓10V，當(dāng)1K歐的應(yīng)變片變化0.1%,下列三種電橋電壓輸出分別是多少？單臂電橋雙臂電橋四臂電橋單臂靈敏度10V/4,則輸出為0.1%*10V/4=2.5mV雙臂靈敏度10V/2,則輸出為0.1%*10V/2=5mV四臂靈敏度10V,則輸出為0.1%*10V=10mV第三十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日選擇題：?jiǎn)伪垭姌蚴牵ň€形、非線形）輸出雙臂電橋是（線形、非線形）輸出四臂電橋是（線形、非線形）輸出第三十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日差動(dòng)放大器電路分析第三十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第三十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用--電子計(jì)價(jià)秤第三十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電子計(jì)價(jià)秤通常選用鋁合金為材料的雙復(fù)梁式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器。當(dāng)稱重傳感器受外力F作用時(shí)，產(chǎn)生平行四邊形變形，四個(gè)應(yīng)變片分別粘貼在變形較大的部位(孔的周圍)，電阻值隨之變化。當(dāng)外載荷改變時(shí)，由四個(gè)電阻應(yīng)變片組成的電橋輸出電壓與外加載荷成正比。第三十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日案例：應(yīng)變片的粘貼問題：應(yīng)變式傳感器由哪幾部分組成？能測(cè)量那些物理量？力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度P29第三十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電阻在雙孔懸臂梁的位置VS在全橋中的位置訓(xùn)練任務(wù)：如圖所示的四個(gè)應(yīng)變片R1-R4分別在雙孔懸臂梁的對(duì)應(yīng)位置，請(qǐng)畫出全橋電路。第三十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日一種電子廚房稱應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用第三十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日壓阻式壓力傳感器圖片附加內(nèi)容第四十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日壓阻式傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測(cè)量電路就可得到正比于力變化的電信號(hào)輸出。壓阻式傳感器和半導(dǎo)體應(yīng)變片均是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制作的傳感器。硅的壓阻效應(yīng)不同于金屬應(yīng)變計(jì)（見電阻應(yīng)變計(jì)），前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化（應(yīng)變），而且前者的靈敏度比后者大50～100倍。第四十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日汽車新技術(shù)介紹：胎壓實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)汽車胎壓監(jiān)視器件第四十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日MPS-500G是模仿日系傳感器制造，采用恒流源供電，因此具有非常優(yōu)越的溫度系數(shù)，在客戶的血壓計(jì)應(yīng)用中，在穩(wěn)定性及抑制漂移drift等方面具有很好的表現(xiàn)。

MPS-500G系列壓力傳感器在一塊微機(jī)械加工的硅片表面膜片上制作出四個(gè)高靈敏度壓阻電阻。擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。采用DIP封裝。

溫度:-5--80℃

表壓型:7PSI

零點(diǎn)偏移:±10mV

線性度:±0.3%FS

遲滯性：±0.3%FS

尺寸(LxWxH)mm：8.4x7.2x9.63

第四十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日3.電感式傳感器電感式傳感器是利用線圈自感或者互感的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置?？梢杂脕頊y(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、流量、力矩和應(yīng)變等多種物理量。P29第四十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日3.電感式傳感器LC振蕩電路Q0=835HZQ4Q5Q6Q7Q8Q9Q105226136.53.31.60.8LED閃爍CD4060中文資料第四十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn)：①

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)觸點(diǎn)，工作可靠壽命長(zhǎng)；②

靈敏度分辨率高，能測(cè)0.01μm的變化，輸出信號(hào)強(qiáng)；③

線性度和重復(fù)性較好，在一定位移幾十μm～數(shù)mm內(nèi)，非線性誤差可做到0.05%～0.1%，且穩(wěn)定性好。在工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控。電感型傳感器分為自感、互感、電渦流式。其中自感式傳感器又分變隙式、變面積式和螺線管式三種第四十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日自感式傳感器利用線圈自感的變化來實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置。對(duì)位移壓力、壓力、振動(dòng)、應(yīng)變、流量等進(jìn)行測(cè)量。自感式傳感器有變隙式、變面積式和螺管式三種。它把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)樽愿邢禂?shù)L。一、變隙式結(jié)構(gòu)：如圖所示，由線圈、鐵芯、銜鐵等組成。3.電感式傳感器第四十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日

工作原理：傳感器工作時(shí)，銜鐵與被測(cè)體連接。當(dāng)被測(cè)體產(chǎn)生±δ的位移時(shí)，銜鐵與其同步移動(dòng)，引起磁路中氣隙的磁阻發(fā)生相應(yīng)的變化。從而導(dǎo)致線圈電感的變化。只要測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵（被測(cè)體）位移量的大小和方向。3.電感式傳感器變隙式傳感器垂直運(yùn)動(dòng)則為變隙式第四十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)匝數(shù)N確定，若保持面積S為常數(shù)，則L是氣隙厚度δ的函數(shù)，即L=F（δ）。電感量L與氣隙厚度δ成反比。輸入與輸出是非線性。3.電感式傳感器N—線圈匝數(shù);

μ—真空磁導(dǎo)率;

δ—?dú)庀逗穸?；S—?dú)庀队行Ы孛娣e

第四十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日靈敏度：K===K0==-如圖所示?？梢钥闯?，δ越小，Ｋ越高，為保證線性度，只能用于微小位移的測(cè)量。3.電感式傳感器第五十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日3.電感式傳感器根據(jù)公式，L除了與縱向的位移δ成反比外，還與空氣隙有效截面積S成正比，所以當(dāng)銜鐵橫向移動(dòng)造成有效截面積變化時(shí)，L也隨之變化，根據(jù)這種理論，可做成截面型或者變面積型自感式傳感器。水平運(yùn)動(dòng)則為變面積式變面積式傳感器由于漏感的原因，線性區(qū)范圍很小，故工業(yè)上應(yīng)用不多。第五十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日螺管式傳感器工作原理：傳感器工作時(shí)，銜鐵在線圈中伸入長(zhǎng)度的變化將引起螺線管線圈電感量的變化。一般情況（長(zhǎng)度L＞＞r），被測(cè)體與銜鐵鋼性連接。當(dāng)銜鐵處于螺線管中間位置時(shí)，可以認(rèn)為線圈內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度均勻，此時(shí)，空心線圈（鐵芯插入長(zhǎng)度X=0）的電感為單線圈螺線管電感傳感器測(cè)量范圍大、線性度好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和便于制作。廣泛應(yīng)用于測(cè)量大量程直線位移。缺點(diǎn)為靈敏度較低。3.電感式傳感器第五十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性、提高靈敏度外，對(duì)電源電壓與頻率的波動(dòng)及溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用，從而提高了傳感器的穩(wěn)定性。變隙式、變面積式和螺管式三種自感式傳感器均對(duì)應(yīng)有差動(dòng)方式第五十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日截面差動(dòng)型自感傳感器原理氣隙差動(dòng)型自感傳感器原理靜鐵第五十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第五十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日自感式傳感器應(yīng)用舉例測(cè)試氣體壓力的傳感器圖中，感受氣體或流體壓力的元件為膜盒，因此測(cè)試壓力范圍由膜盒的剛度來決定。這種傳感器用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)所或者報(bào)警系統(tǒng)。第五十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日

差動(dòng)變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。這種類型的傳感器主要包括銜鐵、一次繞組和二次繞組等。一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)唯一改變而變化。由于在使用時(shí)采用兩個(gè)二次繞組反向串接，以差動(dòng)方式輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常通稱差動(dòng)變壓器。第五十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第五十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第五十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日右圖顯示：當(dāng)X從中心位置的0往更大移動(dòng)時(shí)候，原來等大的E21增加，E22減少，差值為E2，虛線為E2實(shí)際曲線。底端的E0為殘余電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的原因是不對(duì)稱以及銜鐵位置。此值使得在零點(diǎn)附近不靈敏，給測(cè)量帶來誤差第六十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第六十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第六十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日兩個(gè)次級(jí)分別整流簡(jiǎn)易整流第六十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第六十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日位移變化頻率很低，無(wú)法通過變壓器互感，所以必須調(diào)制到高頻再檢波第六十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第六十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第六十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日缸體狀空心截面彈性元件受力發(fā)生形變，銜鐵相對(duì)線圈移動(dòng)壓力傳感器第六十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日位移傳感器第六十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日微壓傳感器當(dāng)存在壓力時(shí)，膜盒自由端產(chǎn)生正比于壓力的位移，帶動(dòng)銜鐵移動(dòng)第七十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)有垂直方向的加速度時(shí)，懸臂梁彎曲，帶動(dòng)銜鐵移動(dòng)第七十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日渦流式傳感器當(dāng)金屬體在變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生電流，這種電流的流線形狀成閉合回路，似水中漩渦稱渦電流。這種現(xiàn)象成為渦流效應(yīng)。視頻播放視頻播放第七十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日視頻播放圓盤產(chǎn)生渦電流，渦電流產(chǎn)生抵抗的磁場(chǎng)，產(chǎn)生阻尼第七十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日通電的線圈代替永磁鐵來產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)金屬中產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生相對(duì)的磁場(chǎng)抵消部分原磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致線圈的電感、阻抗、品質(zhì)因素發(fā)生變化，那么通過檢測(cè)這些變化，就可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)塊的位置。利用渦流效應(yīng)制作的傳感器稱渦流式傳感器第七十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第七十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日通有交變電流I1的傳感器線圈L1,產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)I,磁場(chǎng)I內(nèi)的被測(cè)金屬產(chǎn)生渦流I2,I2也產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)II，抵消了部分原磁場(chǎng)，導(dǎo)致線圈的L，等效電阻R,品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生變化。該變化與被測(cè)金屬類型和距離有關(guān)，所以可以測(cè)量位移第七十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖第七十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電渦流式傳感器實(shí)物圖第七十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日電渦流式傳感器使用

電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)快、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、體積較小，具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)?？捎脕頊y(cè)量振動(dòng)、位移、厚度、轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行渦流探傷、渦流金屬探測(cè)器等。檢波π型濾波振蕩回路射極跟隨器

下圖為一種測(cè)量電路，電渦流式傳感器L引起振蕩回路的幅度變化，輸出調(diào)幅信號(hào)經(jīng)過檢波和π型濾波后由射極跟隨器輸出第七十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日4.電容式傳感器有關(guān)電容的礦石收音機(jī)第八十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日4.電容式傳感器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。由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時(shí)，其電容量介電常數(shù)ε、極板的有效面積A以及兩極板間的距離δ有關(guān)：C=εA/δ

+++A第八十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日若被測(cè)量的變化使式中δ、A、ε三個(gè)參量中任意一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容量的變化，再通過測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。極距δ變化型++++++C=εA/δ

第八十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日4.電容式傳感器手工實(shí)驗(yàn)：用2個(gè)硬幣夾1張紙介質(zhì)組成電容器，監(jiān)測(cè)電容量，并做如下變化：將紙介質(zhì)從1張分別變?yōu)?張、4張測(cè)量電容量，比較電容量隨間距變化趨勢(shì)2.2個(gè)硬幣錯(cuò)動(dòng)位置，造成極板面積S變化，比較電容量隨面積變化趨勢(shì)3.上面分別代表變間隙和變面積的電容傳感器，想想如何利用硬幣做出變電介質(zhì)的電容傳感器來第八十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日駐極體電容傳聲器它采用聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。第八十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日C=εA/δ

由于變極距型的分辨力極高，可測(cè)小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測(cè)中應(yīng)用最廣說明位移與C的變化不成線性關(guān)系，只有當(dāng)位移變化量很小時(shí)候，我們才可以認(rèn)為是線性的，因此變極距型電容傳感器一般用來測(cè)量微小變化量如，0.01um—零點(diǎn)幾個(gè)毫米的線位移。第八十五頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日第八十六頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日極板間采用高介電常數(shù)的材料(云母、塑料膜等)作介質(zhì)可以減小非線性誤差，防止電容器擊穿或短路。右圖所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)極板置于兩定極板之間。初始位置時(shí)，δ1＝δ2＝δ0，兩邊初始電容相等。當(dāng)動(dòng)極板向上有位移Δδ時(shí)，兩邊極距為δ1＝δ0-Δδ，δ2＝δ0+Δδ；兩組電容一增一減靈敏度提高一倍，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。第八十七頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日變面積型電容傳感器C=εA/δ

變面積型電容傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測(cè)量較大的直線位移和角位移。第八十八頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日變面積型差動(dòng)式結(jié)構(gòu)

(a)扇形平板結(jié)構(gòu)；(b)柱面板結(jié)構(gòu)當(dāng)動(dòng)極板C隨角位移(Δα)輸入而擺動(dòng)時(shí)兩組AB電容值一增一減，差動(dòng)輸出第八十九頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日變介質(zhì)型電容傳感器這種電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)型式，可以用來測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度。被測(cè)物以電介質(zhì)形式插入電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積。傳感器的總電容量C為被測(cè)物介質(zhì)極板電容和空氣介質(zhì)極板電容并聯(lián)結(jié)果。第九十頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日(a)電介質(zhì)插入式(b)非導(dǎo)電流散材料物位的電容測(cè)量常用測(cè)量電介質(zhì)的厚度、位移、液位、容量P43圖3-44點(diǎn)名回答為什么可以測(cè)量。。。？第九十一頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日Ⅰ.溫度穩(wěn)定性好電容式傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)第九十二頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日Ⅱ.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測(cè)量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶磁工作進(jìn)行測(cè)量。Ⅲ.動(dòng)態(tài)響應(yīng)好電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小（約幾個(gè)10－5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆Hz的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)。第九十三頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日Ⅳ.可以非接觸測(cè)測(cè)量，具有平均效應(yīng)例如非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。電容式傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測(cè)極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)并接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。第九十四頁(yè)，共一百零二頁(yè)，2022年，8月28日2.缺點(diǎn)Ⅰ.輸出阻抗高，負(fù)載能力差電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般幾十到幾百皮法，甚至只有幾個(gè)皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗高達(dá)108～106Ω。因此傳感器的負(fù)載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計(jì)和使用帶來極大的不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上），否則絕緣部分將作為旁