傳感器原理及應用第二章力傳感器-課件

教學目的與要求：要求學生了解常用力傳感器的特點、應用;理解各種力傳感器的測量電路;掌握典型力傳感器的工作原理。教學重點：典型力傳感器的工作原理教學難點：各種力傳感器的測量電路第二章

力傳感器

1ppt課件第二章

力傳感器

應變式傳感器電感式傳感器電容式傳感器壓電式傳感器力傳感器指對力學量敏感的一類器件或裝置。原理、測量電路、特點及應用2ppt課件廣泛應用于3ppt課件高精度電子汽車衡

動態(tài)電子秤電子天平4ppt課件機械秤包裝機吊秤5ppt課件第一節(jié)

應變式傳感器

電阻式應變傳感器作為測力的主要傳感器，測力范圍小到肌肉纖維，大到登月火箭，精確度可到0.01—0.1%。有拉壓式（柱、筒、環(huán)元件）、彎曲式、剪切式。

應用范圍：應變力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度6ppt課件優(yōu)點：①精度高，測量范圍廣②頻率響應特性較好③結(jié)構簡單，尺寸小，重量輕④可在高(低)溫、高速、高壓、強烈振動、強磁場及核輻射和化學腐蝕等惡劣條件下正常工作⑤易于實現(xiàn)小型化、固態(tài)化⑥價格低廉，品種多樣，便于選擇缺點：具有非線性，輸出信號微弱，抗干擾能力較差，因此信號線需要采取屏蔽措施；只能測量一點或應變柵范圍內(nèi)的平均應變，不能顯示應力場中應力梯度的變化等；不能用于過高溫度場合下的測量。

7ppt課件應變計金屬應變計8ppt課件9ppt課件一、應變片工作原理

1、應變片結(jié)構

敏感柵——高阻金屬絲、金屬箔

基底——絕緣材料

蓋片——保護層電阻應變片結(jié)構示意圖

應變片式傳感器的核心元件是應變片，它可將試件上的應變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。10ppt課件bl敏感柵由金屬細絲繞成柵形。柵長柵寬

應變片的標準名義電阻值（指應變片沒有安裝且不受力的情況下，在室溫時測定的電阻值。）通常為60、120、350、600、1000等。應變片在相同的工作電流下，電阻值愈大，允許的工作電壓亦愈大，可提高測量靈敏度。

應變片柵長大小關系到所測應變的準確度，應變片測得的應變大小是應變片柵長和柵寬所在面積內(nèi)的平均軸向應變量。應變片的尺寸制造廠常用b×l表示。11ppt課件2、應變效應

電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化現(xiàn)象。

12ppt課件設有一根長度為l、截面積為S、電阻率為ρ的金屬絲，其電阻R為當電阻絲受到軸向拉力F作用時，電阻值ΔR的變化引起電阻的相對變化為:式中：——電阻的相對變化——電阻率的相對變化——金屬絲長度相對變化，用ε表示，為金屬絲的軸向應變——截面積的相對變化13ppt課件dr/r——金屬絲半徑的相對變化，即徑向應變?yōu)棣舝。S=πr2dS

/S=2·dr/rεr=–με由材料力學知將微分dR、dρ改寫成增量ΔR、Δρ，則金屬絲電阻的相對變化與金屬絲的伸長或縮短之間存在比例關系。比例系數(shù)KS稱為金屬絲的應變靈敏系數(shù)。式中μ為金屬材料的泊松系數(shù)。14ppt課件KS由兩部分組成：

1+2μ：由材料的幾何尺寸變化引起，一般金屬μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；：電阻率隨應變而引起的變化（稱“壓阻效應”）。金屬材料：以前者為主，則KS≈1+2μ；半導體：

KS值主要由電阻率相對變化所決定。實驗表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應變成正比。通常KS在1.8～3.6范圍內(nèi)。金屬應變片靈敏系數(shù)KS由材料的幾何尺寸決定的應力σ=Eε可見σ∝ε應變ε∝ΔR/R應力σ∝ΔR/R通過彈性元件可將位移、壓力、振動等物理量將應力轉(zhuǎn)換為應變進行測量，這是應變式傳感器測量應變的基本原理。15ppt課件壓阻效應：半導體材料在受到應力作用后，其電阻率發(fā)生明

顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應。

半導體應變片又稱壓阻式傳感器優(yōu)點：靈敏度高、動態(tài)響應好、精度高、易于微型化和集成化等。缺點：受溫度影響較大。

半導體材料的靈敏系數(shù)ＫS主要由壓阻效應引起的電阻率ρ

的變化；靈敏系數(shù)遠大于金屬應變片的靈敏系數(shù)。

對半導體：式中π——壓阻系數(shù)

E——彈性模量kS≈50～10016ppt課件

按材料分：金屬式：絲式、箔式(P37）、薄膜型半導體式：

體型、薄膜型、擴散型、外延型、PN結(jié)型

按結(jié)構分：單片、雙片、特殊形狀按使用環(huán)境：高溫、低溫、高壓、磁場、水下

3、應變片種類

絲式：Ф0.025mm金屬絲（康銅、鎳鉻合金、貴金屬）做敏感柵箔式：用光刻腐蝕工藝、照相制版制作成厚0.003—0.01的金屬箔柵薄膜式：真空濺射或真空沉積技術，在絕緣基片上蒸度幾～幾百納米金屬電阻薄膜。17ppt課件1、靈敏系數(shù)

金屬絲做成應變片后電阻應變特性與單根金屬絲不同；實驗表明，金屬應變片的電阻相對變化與應變ε在很寬的范圍內(nèi)均為線性關系。被測體應變片ＦＦ三、應變片的主要特性測量結(jié)果表明，應變片的靈敏系數(shù)K恒小于線材的靈敏系數(shù)KS。原因：膠層傳遞變形失真橫向效應18ppt課件絲繞式應變片敏感柵半圓弧形部分bOlεrrdldθθε0ε

金屬應變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應變時，構件的軸向應變ε使敏感柵電阻發(fā)生變化，其橫向應變εr也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化(除了ε起作用外)，應變片的這種既受軸向應變影響，又受橫向應變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應。2、橫向效應

橫向效應使靈敏系數(shù)K下降19ppt課件橫向效應系數(shù)H：橫向靈敏系數(shù)與軸向靈敏系數(shù)之比值。

由上式可見，r愈小，l愈大，則H愈小。即敏感柵越窄、基長越長的應變片，其橫向效應引起的誤差越小。為減小橫向效應，常采用箔式應變片。20ppt課件

應變片粘貼在被測試件上，當溫度恒定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機械滯后。產(chǎn)生原因：

a、應變片在承受機械應變后，其內(nèi)部會產(chǎn)生殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆變化；b、在制造或粘貼應變片時，如果敏感柵受到不適當?shù)淖冃位蛘哒辰Y(jié)劑固化不充分。ΔεΔε1機械應變ε卸載加載指示應變εi應變片的機械滯后

機械滯后值還與應變片所承受的應變量有關，加載時的機械應變愈大，卸載時的滯后也愈大。所以，通常在實驗之前應將試件預先加、卸載若干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。3、機械滯后21ppt課件

對于粘貼好的應變片，當溫度恒定時，不承受應變時，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應變片的零點漂移。如果在一定溫度下，使應變片承受恒定的機械應變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為蠕變。4、零點漂移和蠕變εlim真實應變εz指示應變εi應變片的應變極限±10%15、應變極限

在一定溫度下，應變片的指示應變對測試值的真實應變的相對誤差不超過規(guī)定范圍（一般為10%）時的最大真實應變值。22ppt課件6、動態(tài)特性當被測應變值隨時間變化的頻率很高時，需考慮應變片的動態(tài)特性。因應變片基底和粘貼膠層很薄，構件的應變波傳到應變片的時間很短(估計約0.2μs)，故只需考慮應變沿應變片軸向傳播時的動態(tài)響應。

不同柵長應變片對應的最高工作頻率應變片柵長/mm1235101520最高工作頻率/kHz25012583.3502516.712.523ppt課件四、應變片的測量電路

由于將應變等機械量轉(zhuǎn)換為電阻的變化，此變化的數(shù)量是很微弱的，因此須采用高精度的測量電路——電橋。（教材P39）電橋的作用：將電阻、電感、電容等微小電參量的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。

24ppt課件電橋分類：直流電橋按電源性質(zhì)分：交流電橋按輸出方式分：功率電橋（接低阻抗負載）電壓電橋（接高阻抗負載）

R2R4R1R3ERgACDIgB1、直流電橋*平衡條件相對橋臂電阻之積相等。25ppt課件*電橋的接法根據(jù)電橋工作中橋臂電阻值變化的情況，電橋可分為半橋單臂

半橋雙臂全橋

全橋26ppt課件

討論：設：電橋起始是平衡的

由于，電橋輸出公式又可寫成

ey=

e0e0

相鄰相減，相對相加。

上式為電橋加減特性表達式。

（全等臂電橋）27ppt課件①單臂工作：即只有一只電阻R產(chǎn)生ΔR變化時，電橋輸出電壓②雙臂工作：設R1產(chǎn)生正ΔR的變化，R２產(chǎn)生負ΔR的變化，且變化的絕對值相等；即，，，，則電橋輸出即為單臂工作的2倍。電壓與應變成線性關系，可以用電橋測量電壓以測量應變28ppt課件③四臂工作：設R1、R3產(chǎn)生正ΔR的變化，R2、R4產(chǎn)生負ΔR的變化，且ΔR絕對值相等，即R1、R3產(chǎn)生正應變，R2、R4產(chǎn)生負應變，且應變的絕對值相等，則電橋的輸出

即為單臂工作的4倍。不同的電橋接法，輸出電壓不同，全橋接法可獲得最大的輸出，其靈敏度最高。

工程上常利用電橋的加減特性，作溫度補償和提高靈敏度等。29ppt課件電橋加減特性的應用1-溫度補償

溫度變化引起應變片敏感柵電阻變化而產(chǎn)生附加應變30ppt課件電橋加減特性的應用2-提高靈敏度31ppt課件直流電橋

優(yōu)點：電源穩(wěn)定、電路簡單，仍是主要測量電路；缺點：直流放大器較復雜，存在零漂、工頻干擾。

交流電橋

優(yōu)點：放大電路簡單、無零漂，不受干擾，為特定傳感器帶來方便；缺點：需專用測量儀器或電路不易取得高精度。

交流電橋?qū)螂娫匆缶哂辛己玫碾妷翰ㄐ魏皖l率穩(wěn)定性。

2、交流電橋●平衡條件32ppt課件不同的交流電橋說明：加減特性對交流電橋形式也完全適用。33ppt課件

動態(tài)電阻應變儀中電橋的阻容調(diào)節(jié)電阻應變儀

電阻應變片的電阻變化很小。測量電橋的輸出信號也很?。ń滩腜39），不足以推動顯示和記錄裝置，因此需將電橋的輸出信號用一個高增益的放大器進行放大，以便推動顯示或記錄裝置，用于完成這一任務的儀器稱應變儀。

在測量前，應將電橋調(diào)平。但由于接入電橋的每個應變片不可能絕對相同，各橋臂的連接導線及接觸電阻也不可能完全一樣，因而需設置電阻平衡裝置；對于交流電橋，還須設置電容平衡裝置，以消除應變片線柵及接線分布電容的影響。34ppt課件電阻應變儀

按測量應變力的頻率可分為靜態(tài)應變儀和動態(tài)應變儀，按應變力頻率又可細分為：靜態(tài)——5Hz；靜動態(tài)——幾百Hz；動態(tài)——5KHz；超動態(tài)——幾十KHz；交流電橋電阻應變儀主要由電橋、振蕩器、放大器、相敏檢波器、濾波器、轉(zhuǎn)換和顯示電路組成。

35ppt課件交流電橋電阻應變儀工作原理框圖36ppt課件

電橋：測20-200Hz應變力，輸出調(diào)幅調(diào)制波；放大器：將電橋輸出的調(diào)幅波放大；振蕩器：產(chǎn)生等幅正弦波提供電橋電壓和相敏檢波器參考電壓；相敏檢波器：如果應變有拉應變和壓應變，可通過相敏檢波電路區(qū)分雙相信號；相移器：相敏檢波器的參考信號與被測信號有嚴格的相位關系；濾波器：為了還原被檢測的信號用低通濾波器去掉高頻保留低頻應變信號。

37ppt課件相敏檢波電路圖相敏檢波電路ABCD38ppt課件39ppt課件

1、溫度誤差

用作測量應變的金屬應變片，希望其阻值僅隨應變變化，而不受其它因素的影響。實際上應變片的阻值受環(huán)境溫度(包括被測試件的溫度)影響很大。由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應變片的溫度誤差，又稱熱輸出。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個主要因素：應變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。五、應變片的溫度誤差及其補償40ppt課件因此，由溫度變化引起的總的相對電阻增量為

或

可見：由于溫度變化而引起附加電阻變化或造成了虛假應變，從而給測量帶來誤差。常用的溫度補償方法有三種：

橋路補償法、應變片的自補償、熱敏電阻。41ppt課件

工作片R1粘貼在試件上需要測量應變的地方，補償片R２粘貼在一塊不受力的與試件相同材料上。采用原理：電橋的相鄰相減原則。橋路補償法42ppt課件

根據(jù)被測試件承受應變的情況，可以不另加專門的補償塊，而是將補償片貼在被測試件上，這樣既能起到溫度補償作用，又能提高輸出的靈敏度，如圖所示的貼法。

R1R2FFR1R2（b）（a）F構件受彎曲應力構件受單向應力43ppt課件應變片自補償法

粘貼在被測部位上的是一種特殊應變片，當溫度變化時，產(chǎn)生的附加應變?yōu)榱慊蛳嗷サ窒@種特殊應變片稱為溫度自補償應變片。

選擇應變片時，若應變片的敏感柵是用單一的合金絲制成，并使其電阻溫度系數(shù)和線膨脹系數(shù)滿足上式的條件，即可實現(xiàn)溫度自補償。具有這種敏感柵的應變片稱為單絲自補償應變片。

必須在具有一定線膨脹系數(shù)材料的試件上使用。單絲自補償應變片

若使應變片在溫度變化Δt時的熱輸出值為零，必須使即44ppt課件焊點RaRb雙金屬敏感柵自補償應變片

這種應變片也稱組合式自補償應變片。這是利用兩種電阻絲材料的電阻溫度系數(shù)不同(一個為正，一個為負)的特性，將二者串聯(lián)繞制成敏感柵。隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻增量大小相等，符號相反。45ppt課件

如圖所示，熱敏電阻Rt與應變片處在相同的溫度下，當應變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋輸出電壓。選擇分流電阻R5的值，可以使應變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。USCR2R4R1R3ERtR5熱敏電阻補償法46ppt課件1）將應變片粘貼于被測構件上，直接用來測定構件的應變和應力。例如，為了研究或驗證機械、橋梁、建筑等某些構件在工作狀態(tài)下的應力、變形情況，可利用形狀不同的應變片，粘貼在構件的預測部位，可測得構件的拉、壓應力、扭矩或彎矩等，從而為結(jié)構設計、應力校核或構件破壞的預測等提供可靠的實驗數(shù)據(jù)。2）將應變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構成應變式傳感器。這種傳感器常用來測量力、位移、加速度等物理參數(shù)。在這種情況下，彈性元件將被測物理量轉(zhuǎn)換為成正比變化的應變，再通過應變片轉(zhuǎn)換為電阻變化輸出。電阻應變式傳感器的應用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：六、應變式傳感器應用47ppt課件案例：橋梁固有頻率測量48ppt課件49ppt課件上海盧浦大橋通車應變試驗50ppt課件打樁船吊塔強度試驗51ppt課件52ppt課件

金屬應變片，除了測定試件應力、應變外，還制造成多種應變式傳感器用來測定力、扭矩、加速度、壓力等其它物理量。應變式傳感器包括兩個部分：一是彈性敏感元件，利用它將被測物理量（如力、扭矩、加速度、壓力等）轉(zhuǎn)換為彈性體的應變值；另一個是應變片作為轉(zhuǎn)換元件將應變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。柱式力傳感器梁式力傳感器應變式壓力傳感器應變式加速度傳感器53ppt課件力傳感器（測力與秤重）

載荷和力傳感器是工業(yè)測量中使用較多的一種傳感器，傳感器量程從幾克到幾百噸。測力傳感器主要作為各種電子秤和材料實驗的測力元件，或用于發(fā)動機的推動力測試，水壩壩體承載狀態(tài)的監(jiān)測等。力傳感器的彈性元件有：柱式、梁式、環(huán)式、輪輻式等(1)柱式力傳感器

有空心、實心在圓筒（柱）上按一定方式粘貼應變片，圓柱（筒）在外力F作用下產(chǎn)生形變。54ppt課件測力與秤重55ppt課件

荷重傳感器彈性元件形式

56ppt課件(2)懸臂梁式力傳感器

懸臂梁式傳感器是一種高精度、性能優(yōu)良的秤重測力傳感器，采用彈性梁和應變片作轉(zhuǎn)換元件。當力作用在彈性元件（梁）上時，金屬與應變片一起變形使應變片的電阻變化。懸臂梁主要有兩種形式：等截面梁、等強度梁。

（a）等截面梁（b）等強度梁

57ppt課件梁的形式較多，如平行雙孔梁、工字梁、S型拉力梁等。（a）雙孔梁（b）S形

58ppt課件各種平行雙孔梁59ppt課件案例：電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構變形再通過應變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。60ppt課件(3)輪輻式測力傳感器（剪切力）

輪輻式傳感器結(jié)構主要由五個部分組成:

輪轱、輪圈、輪輻條、受拉和受壓應變片。61ppt課件應變式壓力傳感器

測量氣體或液體壓力的薄板式傳感器。當氣體或液體壓力作用在薄板承壓面上時，薄板變形，粘貼在另一面的電阻應變片隨之變形，并改變阻值。這時測量電路中電橋平衡被破壞，產(chǎn)生輸出電壓。P（b）

（a）應變式壓力傳感器應變片62ppt課件應變式加速度傳感器

由端部固定并帶有慣性質(zhì)量塊m的懸臂梁及貼在梁根部的應變片、基座及外殼等組成。是一種慣性式傳感器。L應變片質(zhì)量塊m彈簧片外殼基座a應變式加速度傳感器當被測點的加速度沿圖中箭頭所示方向時，懸臂梁自由端受慣性力F=ma的作用，使梁發(fā)生彎曲變形，應變片電阻也發(fā)生變化，產(chǎn)生輸出信號，輸出信號大小與加速度成正比。63ppt課件案例：振動式地音入侵探測器

適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時發(fā)現(xiàn)。64ppt課件壓阻式傳感器有許多優(yōu)點：

靈敏度高、動態(tài)響應好、精度高、易于微型化和集成化等。壓阻式傳感器缺點：溫度特性差；工藝復雜

微型硅應變壓力傳感器

七、壓阻式傳感器

利用硅的壓阻效應和微電子技術制成的，是一種物性型傳感器。65ppt課件

應變測量:

將半導體條制作成敏感元件粘貼在被測試件上。

壓力測量:

與金屬膜片式壓力傳感器原理相同。測量系統(tǒng)P

高壓腔空氣硅膜片低壓腔硅杯66ppt課件

加速度測量：傳感器彈性元件是硅梁，在硅梁的根部有四個擴散電阻，當硅梁的自由端因加速度受力作用時，慣性使梁彎曲，彎矩產(chǎn)生的應力使四個電阻值發(fā)生變化，應變范圍在400～500με。

67ppt課件

壓阻式傳感器應用領域：航空工業(yè)：用硅壓力傳感器測量機翼氣流壓力分布，發(fā)動機進氣口處的動壓畸變。生物醫(yī)學：將10μm厚的硅膜片注射到生物體內(nèi)，可做體內(nèi)壓力測量，插入心臟導管內(nèi)測量心血管，以及顱內(nèi)、眼球內(nèi)壓力。

兵器工業(yè)：測量爆炸壓力和沖擊波，測量槍炮腔內(nèi)壓力。防爆檢測：壓阻式傳感器所需電流小，在可燃體和氣體許可值以下，是理想的防爆壓力傳感器。

68ppt課件第二節(jié)

電感式傳感器自感式傳感器差動變壓器（互感式）電渦流式傳感器

電感式傳感器利用電磁感應定律將被測非電量（如位移、壓力、流量、振動）轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。按傳感器轉(zhuǎn)換原理可分為：69ppt課件優(yōu)點：①結(jié)構簡單、可靠，測量力小銜鐵為0.5～200×10-4N時，磁吸力為(1~10)×10-4N。②分辨力高機械位移：0.1μm，甚至更??；角位移：0.1角秒。輸出信號強，電壓靈敏度可達數(shù)百mV/mm。③重復性好，線性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。不足：存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)測量。

70ppt課件1、工作原理:電磁感應變氣隙式變面積式螺管式變導磁面積式一、自感式傳感器

有氣隙型和螺管型兩種結(jié)構。（一）氣隙型自感傳感器變氣隙式71ppt課件當線圈通以電流i時，產(chǎn)生磁通，其大小與電流成正比，即：式中：W為線圈匝數(shù)；L為自感。根據(jù)磁路歐姆定律：由這兩式得：磁路總磁阻為：考慮到導磁體磁阻遠比氣隙磁阻小，可以忽略不計，故則得：72ppt課件電感傳感器的基本工作原理演示F220V準備工作73ppt課件電感傳感器的基本工作原理演示氣隙變小，電感變大，電流變小F74ppt課件靈敏度：

≠常數(shù)

1）變氣隙式

變氣隙式傳感器的輸出特性是非線性的，δ愈小，靈敏度愈高。為了減小非線性誤差，通常規(guī)定δ在較小的范圍內(nèi)工作。

當S0固定不變，變化δ時，L

與δ呈非線性（雙曲線）關系。

實際應用中，一般取

。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.001～1mm。

2、特性分析主要特性:靈敏度和線性度75ppt課件2）變面積式

如將δ固定，變化空氣隙導磁截面積S0時，自感L與S0呈線性關系。

變面積式傳感器的輸出特性是線性的。與變氣隙式傳感器比較靈敏度低。（二）螺管式自感傳感器

單螺管線圈式

當鐵芯在線圈中運動時，將改變磁阻，使線圈自感發(fā)生變化。（P51式2-48）76ppt課件

螺管式電感傳感器結(jié)構簡單，制造容易。由于空氣間隙大，磁路的磁阻高，因此靈敏度低，但線性范圍大，易于測量較大位移。理論證明：只有在線圈中段才有可能獲得較高的靈敏度，并且有較好的線性特性。

以上三種傳感器存在以下缺點1.測量精度低，易受外界干擾（溫度、電源波動等）；2.存在非線性；3.靈敏度低77ppt課件在測試中經(jīng)常采用的措施：

一般將傳感器接成差動形式提高測量靈敏度減小非線性誤差減小外界干擾減小電磁吸力的影響差動型差動式原理：差動變隙式由兩個電氣參數(shù)和磁路完全相同的線圈組成。當被測量通過導桿使銜鐵左右位移時，兩個回路中磁阻發(fā)生大小相等、方向相反的變化，形成差動形式。

78ppt課件雙螺管線圈差動型傳感器及測量電路螺管線圈差動

線圈電感L1、L2隨鐵芯位移而變化，并作為電橋兩個相鄰橋臂。

雙螺管線圈差動型，較之單螺管線圈型有較高靈敏度及線性。

用于電感測微計上，其測量范圍為0～300μm

最小分辨力為0.5μm79ppt課件（三）測量電路

1、交流電橋

交流電橋是自感傳感器的主要測量電路，為了提高靈敏度，改善線性度，自感線圈一般接成差動形式。

交流電橋結(jié)構示意圖等效電路被測量xL(M)轉(zhuǎn)換電路及信號調(diào)節(jié)電量傳感器80ppt課件

該電橋結(jié)構簡單，其電阻R3、R4可用兩個電阻和一個電位器組成，調(diào)零方便。因輸出電壓為：

可見電橋輸出電壓UAC與氣隙變量Δσ有關

代入

電橋輸出為：81ppt課件2、變壓器式交流電橋銜鐵偏離中間零點時

82ppt課件傳感器銜鐵移動方向相反時空載輸出電壓只能確定銜鐵位移的大小，不能判斷位移的方向。銜鐵上下移動相同距離時，輸出電壓大小相等方向相差180o，要判斷銜鐵方向就是判斷信號相位。

為了判別交流信號的相位，需接入專門的相敏檢波電路。83ppt課件相敏檢波電路電路作用：辨別銜鐵位移方向。

U0的大小反映位移的大小，U0的極性反映位移的方向。相敏檢波電路ABCD84ppt課件3、諧振式（調(diào)幅、調(diào)頻）

調(diào)幅式電路

輸出幅值隨電感L變化

調(diào)頻電路

電感L變化時諧振頻率變化

85ppt課件諧振式調(diào)幅電路電路的靈敏度很高，但是線性差，適用于線性要求不高的場合。圖諧振式調(diào)幅電路諧振點的自感值86ppt課件傳感器自感變化將引起輸出電壓頻率的變化。GCLf圖調(diào)頻電路Lf0調(diào)頻電路f較大時有較高的精度。87ppt課件壓力測量被測壓力經(jīng)位移——電壓兩次轉(zhuǎn)換輸出88ppt課件二、差動變壓器（互感式）把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換成為線圈互感量的變化的傳感器。

（一）結(jié)構原理與等效電路分氣隙型和差動變壓器兩種。目前多采用螺管型差動變壓器。1初級線圈;2.3次級線圈;4銜鐵1243123(a)氣隙型(b)螺管型

基本元件有銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈框架等。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，而次級線圈由結(jié)構尺寸和參數(shù)相同的兩個線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。89ppt課件

等效電路：兩個次級線圈必須反相串聯(lián)，保證差動形式。如果線圈完全對稱并且銜鐵處于中間位置時兩線圈互感系數(shù)相等電動勢相等

差動輸出電壓為零：90ppt課件

可見:

輸出電壓大小和符號反映了鐵心位移的大小和方向。

若銜鐵上移

若銜鐵下移

當銜鐵上下移動時，輸出電壓隨銜鐵位移變化。91ppt課件由此得到輸出電壓有效值為：

可見輸出電壓與互感的差值有關根據(jù)電磁感應定律，次級感應電動勢分別為92ppt課件

鐵芯向右移，輸出與E2a同極性；鐵芯向左移，輸出與E2b同極性；

輸出電壓的幅值取決于線圈互感即銜鐵在線圈中移動的距離X。Uo與Ui的相位由銜鐵的移動方向決定。93ppt課件零點殘余電壓

由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)（M互感L電感R內(nèi)阻）不同，幾何尺寸工藝上很難保證完全相同

又因初級線圈中銅損電阻及導磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素。

實際的特性曲線，在零點上總有一個最小的輸出電壓（從零點幾mV到數(shù)十mV），這個鐵芯處于中間位置時最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。

零點殘余電壓的存在造成零點附近的不靈敏區(qū)；零點殘余電壓輸入放大器內(nèi)會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工作等94ppt課件消除零點殘余電壓方法：1．從設計和工藝上保證結(jié)構對稱性為保證線圈和磁路的對稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對，采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構。其次，應選高磁導率、低矯頑力、低剩磁感應的導磁材料。并應經(jīng)過熱處理，消除殘余應力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。由高次諧波產(chǎn)生的因素可知，磁路工作點應選在磁化曲線的線性段。

2．選用合適的測量電路e2+x-x210

相敏檢波后的輸出特性

采用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動方向，而且把銜鐵在中間位置時，因高次諧波引起的零點殘余電壓消除掉。95ppt課件3．采用補償線路①由于兩個次級線圈感應電壓相位不同，并聯(lián)電容可改變其一的相位，也可將電容C改為電阻，如圖(a)。由于R的分流作用將使流入傳感器線圈的電流發(fā)生變化，從而改變磁化曲線的工作點，減小高次諧波所產(chǎn)生的殘余電壓。圖(b)中串聯(lián)電阻R可以調(diào)整次級線圈的電阻分量?！玡1e2CR～e1e2CR(a)(b)調(diào)相位式殘余電壓補償電路96ppt課件②并聯(lián)電位器W用于電氣調(diào)零，改變兩次級線圈輸出電壓的相位，如圖所示。電容C(0.02μF)可防止調(diào)整電位器時使零點移動?！玡1e2CR1R2W電位器調(diào)零點殘余電壓補償電路97ppt課件R或L補償電路～e1e2L0W～e1e2R0W(a)(b)③接入R0(幾百kΩ)或補償線圈L0(幾百匝)。繞在差動變壓器的初級線圈上以減小負載電壓，避免負載不是純電阻而引起較大的零點殘余電壓。電路如圖。98ppt課件（二）測量電路

差動變壓器輸出交流信號。用交流電壓表測量其輸出值只能反映銜鐵位移的大小，不能反映移動的方向。為正確反映銜鐵位移大小和方向，常采用差動整流電路和相敏檢波電路。（1）差動整流電路99ppt課件（2）相敏檢波電路圖中調(diào)制電壓er和e同頻，經(jīng)過移相器使er和e保持同相或反相，且滿足er>>e。調(diào)節(jié)電位器R可調(diào)平衡，圖中電阻R1=R2=R0，電容C1=C2=C0，輸出電壓為UCD。Ri1～e1R1R2e21e22C2C1er移相器D1D4D3D2CDABi3i2i4e鐵芯上移時輸出電壓UCD>0。當鐵芯下移時，UCD<0。由此可見，該電路能判別鐵芯移動的方向。100ppt課件測量電路101ppt課件

輸出正負電壓的結(jié)果由相敏檢波后反行程旋轉(zhuǎn)由①→②，工作曲線為過零點的直線。相敏檢波前后輸出特性102ppt課件差動變壓器結(jié)構形式

103ppt課件差動變壓器位移傳感器104ppt課件應用舉例

差動變壓器式傳感器可直接用于位移測量，也可以用來測量與位移有關的任何機械量，如振動、加速度、應變、厚度、角度、表面粗糙度、壓力、液位等等。（1）壓差計

當壓差變化時，腔內(nèi)膜片位移使差動變壓器次級電壓發(fā)生變化，輸出與位移成正比，與壓差成正比。（P64圖2-54）105ppt課件（2）液位測量

沉筒式液位計將水位變化轉(zhuǎn)換成位移變化，再轉(zhuǎn)換為電感的變化，差動變壓器的輸出反映液位高低。106ppt課件（3）差動變壓器式加速度傳感器用于測定振動物體的頻率和振幅時其激磁頻率必須是振動頻率的十倍以上，才能得到精確的測量結(jié)果?？蓽y量的振幅為(0.1～5)mm，振動頻率為(0～150)Hz。

穩(wěn)壓電源振蕩器檢波器濾波器(b)(a)～220V加速度a方向a輸出1211彈性支承2差動變壓器107ppt課件案例：板的厚度測量~108ppt課件案例：張力測量109ppt課件旁向式差動電感式傳感器總行程：1.5mm測量力：0.4～0.7N示值變動性：0.2μm軸向式差動電感式傳感器總行程：3mm測量力：0.45～0.65N示值變動性：0.03μm總行程：1.5mm測量力：0.12～0.18N示值變動性：0.05μm110ppt課件軸向式差動變壓器式傳感器總行程：100mm線性度：0.15%

總行程：2～7mm測量力：0.9～1.2N示值變動性：0.5μm111ppt課件電子卡規(guī)、塞規(guī)特點：不僅可以測量微米級直徑，而且通過其在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)和平移可以測量其橢圓度和圓柱度被測孔內(nèi)徑范圍:Ф25～Ф120mm測量力：1.3±0.3N示值變動性：1μm特點：不僅可以測量微米級直徑，還可以測量軸的橢圓度和圓柱度被測軸直徑范圍:Ф25～Ф120mm測量力：4±1.5N示值變動性：1μm測量原理：本產(chǎn)品是一種電感內(nèi)藏式電子卡，測量前，先用隨機配置的標準器對儀器示值進行校準。然后，用卡規(guī)測量軸類工件的直徑，使卡規(guī)卡口產(chǎn)生彈性變形。通過杠桿的作用，使另一端的電感傳感器產(chǎn)生與被測尺寸成一定比例的變化信號，該信號經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換處理后，通過A/D轉(zhuǎn)換器，送入單片計算機進行信號處理，然后，通過液晶屏幕顯示測量結(jié)果。塞規(guī)式測量系統(tǒng)的原理是通過比對法測量，使用之前，根據(jù)工件的大小制造出一個相應尺寸的環(huán)規(guī)，然后將測頭放入環(huán)規(guī)定基準值，完成這個工作之后就可以把測頭放入所需測量的孔徑，這個時候可以直接讀出數(shù)據(jù)。112ppt課件特點：可單傳感器測量，也可兩個傳感器進行和差演算測量

檔位測量范圍分辨率示值誤差第一檔±100.01≤±0.05第二檔±1000.1≤±0.5第三檔±10001≤±10指標電感測微儀電感測微儀是一種能夠測量微小尺寸變化的精密測量儀器，它由主體和測頭兩部分組成，配上相應的測量裝置（例如測量臺架等），能夠完成各種精密測量。例如，檢查工件的厚度、內(nèi)徑、外徑、橢圓度、平行度、直線度、徑向跳動等，被廣泛應用于精密機械制造業(yè)、晶體管和集成電路制造業(yè)以及國防、科研、計量部門的精密長度測量。目前，國內(nèi)常用的電感測微儀有指針式和數(shù)字式兩種。113ppt課件電感式滾柱直徑分選裝置測微儀圓柱滾子114ppt課件電感式滾柱直徑分選裝置（外形）

滑道分選倉位軸承滾子外形115ppt課件電感傳感器在仿形機床中的應用

1—標準靠模樣板

2—測端（靠模輪）

3—電感測微器

4—銑刀龍門框架

5—立柱

6—伺服電動機

7—銑刀

8—毛坯116ppt課件電感式圓度儀原理

該圓度計采用旁向式電感測微頭117ppt課件旋轉(zhuǎn)盤測量頭118ppt課件119ppt課件電感式輪廓儀

旁向式電感測微頭120ppt課件三、電渦流式傳感器原理:電渦流效應121ppt課件電渦流效應演示

122ppt課件電渦流的應用

——在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常可以遇到123ppt課件電磁爐內(nèi)部的勵磁線圈124ppt課件電磁爐的工作原理

高頻電流通過勵磁線圈，產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)鍋底會產(chǎn)生無數(shù)的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開鍋內(nèi)的食物。125ppt課件交流高頻電流I1

交變線圈磁場B1交變渦流I2

交變渦流磁場B2B2與B1方向相反，B2總是抵抗B1的變化原線圈的等效阻抗Z變化

渦流的大小與金屬板的電導率

、磁導率μ、厚度、金屬板與線圈的距離x

、激勵電流等參數(shù)有關。若改變其中的某項參數(shù)，而固定其它參數(shù)不變，就可根據(jù)渦流的變化測量該參數(shù)。

電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)表達式為：

Z=R+jωL=f（i1、f、、、r、x）126ppt課件等效阻抗與非電量的測量

檢測深度的控制：由于存在集膚效應，電渦流只能檢測導體表面的各種物理參數(shù)。改變f，可控制檢測深度。激勵源頻率一般設定在100kHz~1MHz。頻率越低，檢測深度越深。

間距x的測量：如果控制上式中的i1、f、、、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸地測量位移的傳感器。

多種用途：如果控制x、i1、f不變，就可以用來檢測與表面電導率有關的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導率有關的材料型號、表面硬度等參數(shù)。

127ppt課件渦流式傳感器可分為高頻反射式（測位移）低頻透射式（測厚度）發(fā)射線圈ω1

接收線圈ω2

128ppt課件交變磁場電渦流探頭外形129ppt課件CZF-1系列傳感器的性能

分析上表請得出結(jié)論：探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關系？

130ppt課件大直徑電渦流探雷器131ppt課件(1)電橋測量電路

Z1、Z2為差動式傳感器的兩個線圈，或者一個是傳感器線圈，一個是固定平衡線圈。橋路輸出電壓幅值隨傳感器線圈阻抗變化而變化。電渦流式傳感器測量電橋測量電路132ppt課件

石英振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz~1MHz）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產(chǎn)生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經(jīng)高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的影響（例如兩者之間的距離等參數(shù)）。(2)調(diào)幅式測量電路133ppt課件134ppt課件

當電渦流線圈與被測體的距離x改變時，電渦流線圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計算機測量。如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。(3)調(diào)頻式測量電路135ppt課件

使用鑒頻器可以將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo鑒頻器的輸出電壓與輸入頻率成正比機械工業(yè)出版社鑒頻器特性136ppt課件位移測量包含優(yōu)點：可實現(xiàn)非接觸測量，結(jié)構簡單，使用方便，不受油污、介質(zhì)影響。應用：位移、力、振動測量、測厚、材質(zhì)判別偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等等。來自不同應用領域的許多量都可歸結(jié)為位移或間隙變化。137ppt課件位移測量儀數(shù)顯位移測量儀及探頭138ppt課件4~20mA電渦流位移傳感器外形139ppt課件(a)汽輪機主軸的軸向位移測量示意圖(b)磨床換向閥、先導閥的位移測量示意圖(c)金屬試件的熱膨脹系數(shù)測量示意圖位移測量140ppt課件(a)汽輪機和空氣壓縮機常用的監(jiān)控主軸的徑向振動的示意圖(b)測量發(fā)動機渦輪葉片的振幅的示意圖(c)通常使用數(shù)個傳感器探頭并排地安置在軸附近振幅測量141ppt課件偏心和振動檢測142ppt課件測量彎曲、波動、變形

對橋梁、絲桿等機械結(jié)構的振動測量，須使用多個傳感器。143ppt課件測量尺寸、公差及零件識別

通過測量間隙來測定熱膨脹引起的上下平移144ppt課件測量注塑機開合模的間隙間距145ppt課件案例：連續(xù)油管的橢圓度測量CoiledTubeEddySensor

ReferenceCircle原理：146ppt課件位移的標定方法

使用千分尺，逐一對照測量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù)，列出對照表，存入計算機，從而達到線性化的目的。147ppt課件電渦流位移傳感器的距離

與輸出電壓特性曲線1—量程為10mm2—量程為16mm3—量程為20mm148ppt課件

f——頻率值(Hz)；

n——旋轉(zhuǎn)體的槽(齒)數(shù)；

N——被測軸的轉(zhuǎn)速(r／min)。轉(zhuǎn)速測量149ppt課件150ppt課件鍍層厚度測量

由于存在集膚效應，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可先用電渦流測厚儀對標準厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標定曲線，以便測量時對照。151ppt課件電渦流涂層厚度儀

152ppt課件電渦流式通道安全檢查門

安檢門的內(nèi)部設置有發(fā)射線圈和接收線圈。當有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產(chǎn)生電渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據(jù)感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側(cè)面還安裝一臺“軟x光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合成完整的光學圖像。

153ppt課件安檢門演示當有金屬物體穿越安檢門時報警154ppt課件案例：無損探傷原理裂紋檢測，缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測油管檢測155ppt課件可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。綜合參數(shù)(x,ρ,μ)的變化將引起傳感器參數(shù)的變化，通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達到探傷的目的。在探傷時導體與線圈之間是有著相對運動速度的，在測量線圈上就會產(chǎn)生調(diào)制頻率信號渦流探傷156ppt課件a)比較淺的裂縫信號b)經(jīng)過幅值甄別后的信號在探傷時，重要的是缺陷信號和干擾信號比。為了獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號通過，而將干擾頻率信號衰減。用渦流探傷時的測量信號157ppt課件滾子渦流探傷機

滾子渦流探傷機是由計算機控制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用設備，可探出深30μm的表面微小裂紋。158ppt課件用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋159ppt課件案例：測厚案例：零件計數(shù)160ppt課件161ppt課件切角面3x探頭直徑圓柱面3x探頭直徑傳感器162ppt課件電感式接近開關（金屬）163ppt課件

接近開關又稱無觸點行程開關。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測有無物體靠近。當物體與其接近到設定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號。

接近開關的核心部分是“感辨頭”，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。

164ppt課件電渦流接近開關原理框圖165ppt課件

電渦流式接近開關俗稱電感接近開關，屬于一種開關量輸出的位置傳感器。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生交變電磁場的振蕩感辨頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電性能良好的金屬物體。166ppt課件第三節(jié)

電容式傳感器

電容器是電子技術的三大類無源元件(電阻、電感和電容)之一，利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量,進而實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置，稱為電容式傳感器，它實質(zhì)上是一個具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器的特點是：

小功率、高阻抗;本身發(fā)熱影響小;

電容器小幾十～幾百微法，具有高輸出阻抗;

靜電引力?。O板間），工作所需作用力很小；可動質(zhì)量小,具有高的固有頻率動態(tài)響應特性好；可進行非接觸測量。傳統(tǒng)電容式傳感器主要用于位移、振動、角度、加速度等機械量精密測量?，F(xiàn)逐漸應用于壓力、壓差、液面、成份含量等方面的測量。167ppt課件電容式接近開關電容式指紋傳感器電容式變送器差壓傳感器各種電容式傳感器168ppt課件1、工作原理:

將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++A

當被測量δ、A或ε發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。一、工作原理與類型169ppt課件2、分類

a)變極距型;+++c)變介電常數(shù)型b)變面積型:角位移型,平面線位移型,柱面線位移型.++++++170ppt課件a)變極距型++++++171ppt課件傳感器的靈敏度為

≠常數(shù)

極距愈小，靈敏度愈高。由于電容量C與極距δ呈非線性關系，故這將引起非線性誤差。

一般當極距變化，或

此時傳感器的靈敏度近似為常數(shù)。

實際應用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條件(如電源電壓、環(huán)境溫度等)的變化對測量精度的影響，常常采用差動型電容式傳感器。172ppt課件b)面積變化型角位移型+++當動極板有角位移時,電容變化量:靈敏度：=常數(shù)常用的有角位移型和線位移型兩種。

173ppt課件線位移型電容傳感器有平面線位移型和圓柱線位移型兩種

平面線位移型Δxb靈敏度：=常數(shù)當動極板移動后，覆蓋面積發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的電容變化量

174ppt課件圓柱線位移型：Dd當覆蓋長度l變化時，電容的變化量

靈敏度：=常數(shù)

面積變化型電容傳感器的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關系，但與極板變化型電容式傳感器相比，靈敏度較低，適用于較大量程范圍的角位移和直線位移的測量。變面積電容式傳感器由于存在邊緣效應,仍然有非線性

175ppt課件變介電常數(shù)型電容傳感器由于存在邊緣效應,仍然有非線性c)變介電常數(shù)型176ppt課件177ppt課件變極距型：小位移測量，高精度。變面積型：大位移測量。變介電常數(shù)型：溫度、物位、液位等測量。

電容傳感器中電容值變化都很微小，電纜分布電容影響大,不能直接顯示記錄，必須將電容變化轉(zhuǎn)換為電流、電壓的變化。178ppt課件二、測量電路（轉(zhuǎn)換電路）電容傳感器的等效電路包括:

傳輸線的電感L0、電阻R（?。?

傳感器電容C0，A、B兩端分布電容Cp，極板等效漏電阻Rg。

電容傳感器的分布電容電容傳感器等效電路179ppt課件

CeReLreCe容抗：

低頻時:

大，L、R可忽略。高頻時：

小，L、R不可忽略，工作頻率10MHz以上要考慮電纜L的影響。180ppt課件原理是：連接電纜采用雙層屏蔽內(nèi)屏蔽與被屏蔽的導線的電位相同。從而消除引線與內(nèi)屏蔽之間的電容。

分布電容（每米可達幾百皮法）常常比傳感器電容（一般幾十個皮法）還大，為克服分布電容影響,常采用雙層屏蔽等位傳輸技術，又叫“驅(qū)動電纜技術”。為提高電容傳感器的穩(wěn)定性，克服寄生電容耦合（不穩(wěn)定值），所采取的屏蔽措施。181ppt課件1、電橋電路

由變壓器副邊、電容組成的交流電橋，電容變化轉(zhuǎn)換為電橋電壓輸出，經(jīng)放大、相敏檢波、濾波后，再推動顯示、記錄儀器。

182ppt課件2、諧振電路

電容傳感器的電容作為諧振回路(L2、C2、CX)調(diào)諧電容的一部分。諧振回路通過電感藕合，從穩(wěn)定的高頻振蕩器取得振蕩電壓。當傳感器電容發(fā)生變化時，使得諧振回路的阻抗發(fā)生相應的變化，而這個變化被轉(zhuǎn)換為電壓或電流，再經(jīng)過放大、檢波、濾波即可得到相應的輸出。

為了獲得較好的線性關系，一般諧振電路的工作點選在諧振曲線的線性區(qū)域內(nèi)最大振幅70%附近的地方，且工作范圍選在BC段內(nèi)。

183ppt課件3.二極管雙T型電路

ＵｏRRRLC2C1VD1VD2iC1iC2++－＋±UE(a)供電電壓：幅值為±UE、周期為T、占空比為50％的方波。VD1、VD2：特性相同的二極管C1、C2：差動電容傳感器R：固定電阻RL：負載。

負載RL上的平均值電壓：

184ppt課件4、差動脈沖調(diào)寬電路利用對傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。通過低通濾波器得到對應被測量變化的直流信號。R2雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VD1VD2A1A2ABR1C1C2uABFQQUr差動脈沖調(diào)寬電路G185ppt課件tuAuAuBuBuABuABUFUFUGUGUrUrUrUr-U1U1T1U1-U10000000000T2U1U1U1U1T1T2ttttttttt(a)(b)差動脈沖調(diào)寬電路各點電壓波形圖U0186ppt課件UAB經(jīng)低通濾波后，得到直流電壓U0為設R1＝R2＝R，則

因此，輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。187ppt課件5、運算放大器電路

采用比例運算放大器電路，可以使變極距型電容式傳感器輸出電壓與位移的關系轉(zhuǎn)換為線性關系。

188ppt課件三、應用位移測量壓力測量水分檢測：糧食、油液位測量加速度測量

與電感傳感器相比，可以對非金屬材料測量，如涂層、油膜厚度、電介質(zhì)的濕度、容量、厚度等?？蓹z測塑料、木材、紙張、液體等電介質(zhì)。189ppt課件C1C2C3CC1C2C3CC4C1CC2190ppt課件電容式液位計

棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當被測液體的液面上升時，引起棒狀電極與導電液體之間的電容變大。

聚四氟乙烯外套191ppt課件產(chǎn)品.電容式液位傳感器（液位計/料位計）192ppt課件濕敏電容模塊及傳感器外形193ppt課件濕敏電容傳感器的安裝使用在野外的使用帶報警器的家庭使用型194ppt課件電容測位移195ppt課件液壓差傳感器加速度傳感器測厚傳感器應用電容式傳感器測鋼帶厚度196ppt課件電容式差壓變送器高壓側(cè)進氣口低壓側(cè)進氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置197ppt課件產(chǎn)品.陶瓷電容壓力傳感器液體壓力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片產(chǎn)生位移。

壓力變送器198ppt課件電容式接近開關振蕩電路被測物體感應電極被測電容測量頭構成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化.接近開關的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。199ppt課件電容接近開關的規(guī)格200ppt課件

電容式接近開關在物位測量控制中的使用演示201ppt課件

壓電式傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器，以電介質(zhì)的壓電效應為基礎，外力作用下在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量測量。壓電式傳感器可以對各種動態(tài)力、機械沖擊和振動進行測量，在聲學、醫(yī)學、力學、導航方面都得到廣泛的應用。第四節(jié)

壓電式傳感器202ppt課件當沿著一定方向施加力變形時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它表面會產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力去掉后，又重新恢復不帶電狀態(tài)當作用力方向改變后，電荷的極性也隨之改變；這種現(xiàn)象稱壓電效應。

一、變換原理:

壓電式傳感器是一種可逆型換能器，機械能電能。它的工作原理是基于某些物質(zhì)的壓電效應。

203ppt課件石英晶體的壓電效應演示

當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。204ppt課件

壓電效應是可逆的

在這些材料的極化方向施加電場，它們就在一定方向上產(chǎn)生機械變形或機械應力，當外電場撤去時，這些變形或應力也隨之消失，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電效應”，或稱為“電致伸縮效應”。所以壓電元件可以將機械能——轉(zhuǎn)化成電能也可以將電能——轉(zhuǎn)化成機械能。

壓電元件機械能電能205ppt課件壓電效應是可逆的，壓電傳感器是雙向傳感器。

二、壓電材料

具有壓電效應的物質(zhì)(物體)稱為壓電材料(或壓電元件)。

常見的壓電材料可分為兩類：單晶體：石英晶體等多晶體：壓電陶瓷等石英晶體有天然石英和人工石英單晶體兩種。特點：石英晶體