《傳感器及應(yīng)用（第三版）》 課件 模塊3、4　力的測(cè)量、位移的測(cè)量

模塊三力的測(cè)量130課題二稱重傳感器課題一電阻應(yīng)變式力傳感器課題三應(yīng)變式壓力傳感器課題四壓阻式壓力傳感器課題五壓力變送器在工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量中，力的測(cè)量包括“力”和“壓力”。這里的“力”是指物體所受的拉力、推力、重力等。測(cè)量中所稱的壓力就是物理中的壓強(qiáng)，是指垂直均勻地作用于單位面積上的力。力和壓力是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)。132課題一電阻應(yīng)變式力傳感器133學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解力傳感器的分類和功能特點(diǎn)。

了解電阻應(yīng)變式力傳感器的工作原理。

掌握電阻應(yīng)變式力傳感器的使用方法，熟悉其應(yīng)用。

熟悉電阻應(yīng)變式力傳感器測(cè)量電路的常見形式。

掌握應(yīng)變片的粘貼方法。134知識(shí)引入在港口碼頭、造船廠、礦山及建筑安裝工地，廣泛使用著各種各樣的起重機(jī)械，如固定式起重機(jī)、可移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起重機(jī)、臂架式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等都是常見的起重設(shè)備。為了提高生產(chǎn)效率，需要充分發(fā)揮起重設(shè)備的能力，最大限度地吊運(yùn)貨物，同時(shí)又要防止超載，因此需要嚴(yán)格監(jiān)控吊運(yùn)貨物的質(zhì)量。一般可以在起重機(jī)鋼絲繩上或吊鉤上安裝測(cè)力傳感器來檢測(cè)鋼絲繩的受力情況，測(cè)量起吊質(zhì)量，以便及時(shí)進(jìn)行超載報(bào)警，防止事故的發(fā)生。135136鋼絲繩測(cè)力傳感器外形鋼絲繩測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖知識(shí)講解一、力傳感器的基本知識(shí)力傳感器根據(jù)制造原理不同可分為電阻應(yīng)變式、電容式、振弦式、壓電式等。在測(cè)量靜態(tài)力（力的大小與方向不隨時(shí)間變化而變化或隨時(shí)間緩慢變化）時(shí)，最常用的是電阻應(yīng)變式力傳感器。本課題重點(diǎn)學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變式力傳感器。137電阻應(yīng)變式力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片，如圖所示，為了測(cè)量金屬棒在工作過程中所承受的力，通常將電阻應(yīng)變片貼在金屬棒上。電阻應(yīng)變式力傳感器的工作過程如圖所示，金屬棒受到外力后，產(chǎn)生應(yīng)變，并傳遞給電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片檢測(cè)到應(yīng)變后產(chǎn)生阻值變化，經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與外力成正比的電信號(hào)，并交由顯示儀表進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)力的測(cè)量。138139電阻應(yīng)變片的外形電阻應(yīng)變式力傳感器的工作過程電阻應(yīng)變式力傳感器在測(cè)量完成后，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體造成任何影響，拆除也很容易，因此，在汽車、建筑、橋梁工程、航天等各種領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。電阻應(yīng)變式力傳感器最突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。與其他類型的力傳感器相比，電阻應(yīng)變式力傳感器具有測(cè)量范圍寬、輸出線性好、性能穩(wěn)定、工作可靠并能在惡劣環(huán)境條件下工作的特點(diǎn)。電阻應(yīng)變式力傳感器還可用于壓力、加速度等力學(xué)量的測(cè)量，這一特點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、交通及國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域。140二、電阻應(yīng)變式力傳感器的工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，它的阻值會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。將應(yīng)變片貼在被測(cè)物體上，應(yīng)變片里面的材料就隨著被測(cè)物體所受的外力產(chǎn)生應(yīng)變（伸長(zhǎng)或縮短），其阻值也會(huì)相應(yīng)地變化，應(yīng)變片就是利用該效應(yīng)，通過測(cè)量電阻的變化測(cè)量使物體產(chǎn)生應(yīng)變的力。141電阻應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。在力傳感器中大多使用的是金屬電阻應(yīng)變片，其結(jié)構(gòu)如圖所示。142金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖1—絕緣基底2—電阻絲3—粘貼膠

4—引出線5—覆蓋層金屬電阻應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)形式的不同可分為絲式、箔式和薄膜式三種，其特點(diǎn)及適用環(huán)境見表。143各種金屬電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)及適用環(huán)境三、電阻應(yīng)變式力傳感器的使用方法根據(jù)測(cè)量環(huán)境、測(cè)量對(duì)象不同，電阻應(yīng)變片也有多種形式，如圖所示，可依據(jù)不同使用情況選擇不同類型的應(yīng)變片。144各種類型的應(yīng)變片a）單軸應(yīng)變片b）單軸、帶雙線導(dǎo)線應(yīng)變片c）單軸、細(xì)線用應(yīng)變片d）單軸、剪切應(yīng)力用應(yīng)變片e）雙軸、扭矩用應(yīng)變片f）雙軸0°/90°應(yīng)變片g）帶溫度傳感器的應(yīng)變片h）測(cè)量塑料用應(yīng)變片電阻應(yīng)變式力傳感器的使用方法有兩種。第一種是將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)構(gòu)件上，用來測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變或應(yīng)力。例如，為了測(cè)量或驗(yàn)證機(jī)械、橋梁、建筑中某些構(gòu)件在工作狀態(tài)下的應(yīng)力、變形等情況，將形狀不同的應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件的預(yù)測(cè)部位，測(cè)得構(gòu)件的拉、壓應(yīng)力，扭矩或彎矩等，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力校核或構(gòu)件破壞的預(yù)測(cè)等提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第二種是將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式力傳感器，在這種情況下，彈性元件將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為與其成正比變化的應(yīng)變，再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為阻值變化輸出。這種傳感器可以用來測(cè)量力、位移、加速度等物理參數(shù)。145四、電阻應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量電路電阻應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變電阻阻值的變化是極其微弱的，阻值相對(duì)變化率僅為0.2%左右。要精確地測(cè)量這么微小的阻值變化是非常困難的，一般的電阻測(cè)量?jī)x表無法滿足要求。通常采用惠斯通電橋電路進(jìn)行測(cè)量，將阻值的相對(duì)變化ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，再用測(cè)量?jī)x表或電阻應(yīng)變式力傳感器專用測(cè)量電路便可以方便地進(jìn)行測(cè)量。146惠斯通電橋電路如圖所示。R1、R2、R3、R4為四個(gè)橋臂的電阻，電橋的供電電壓為U，電橋的輸出電壓為UO。在被測(cè)物體未施加作用力時(shí)，應(yīng)變?yōu)榱?，?yīng)變電阻阻值沒有變化，四個(gè)橋臂的初始電阻阻值滿足R1/R2=R3/R4，橋路輸出電壓UO為零，即橋路平衡。147惠斯通電橋電路在測(cè)量電路中，應(yīng)變片接入電橋可以有以下幾種形式。1.單臂半橋電橋電路如圖所示，R1為應(yīng)變片，其余各橋臂電阻為固定電阻，稱為單臂半橋電橋電路，其輸出為：148單臂半橋電橋電路2.雙臂半橋電橋電路如圖所示，在電橋中接入了兩片應(yīng)變片，其余橋臂為固定電阻，稱為雙臂半橋電橋電路。149雙臂半橋電橋電路a）接入方式一b）接入方式二3.全橋電橋電路電橋的四臂全部接入應(yīng)變片稱為全橋電橋電路，如圖所示。150全橋電橋電路五、應(yīng)變片的粘貼應(yīng)變片的粘貼是應(yīng)變式力傳感器測(cè)量技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，將直接影響膠的粘接質(zhì)量及測(cè)量精度。如果貼片方法不得當(dāng)，技術(shù)不熟練，即使使用最好的應(yīng)變片也無法獲得很高的精度。在粘貼應(yīng)變片時(shí)，必須嚴(yán)格遵循應(yīng)變片的粘貼工藝，按照步驟逐步完成粘貼，如圖所示。電阻應(yīng)變片安裝必備工具及材料包括用于應(yīng)變片表面處理的清潔劑、應(yīng)變片粘貼劑（膠）、保護(hù)應(yīng)變片的涂層材料（膠）、電阻絲或應(yīng)變片引出線、接線端子、電纜及附件、焊錫、助焊劑和焊機(jī)，以及必要的安裝工具。151152應(yīng)變片的粘貼工藝步驟1.應(yīng)變片的選擇與檢查應(yīng)變片的種類較多，首先要根據(jù)被測(cè)物體及環(huán)境選擇應(yīng)變片。其次要對(duì)采用的應(yīng)變片進(jìn)行外觀檢查，觀察應(yīng)變片的敏感柵是否整齊、均勻，是否有銹斑以及短路和折彎等現(xiàn)象。最后測(cè)量應(yīng)變片的阻值，在采用全橋或半橋時(shí)，應(yīng)配對(duì)選用，以便于電橋的平衡調(diào)試。2.試件的表面處理為了獲得良好的黏合強(qiáng)度，必須對(duì)試件表面進(jìn)行處理，清除試件表面雜質(zhì)、油污、油漆、銹跡及疏松層等。一般可采用砂紙打磨的處理方法，較好的處理方法是采用無油噴砂法，這樣不但能得到比拋光更大的表面積，而且可以使試件粘貼處的質(zhì)量均勻。試件的表面處理范圍要大于應(yīng)變片的面積。1533.做粘貼標(biāo)記在需要測(cè)量應(yīng)變的位置沿著應(yīng)變的方向做好記號(hào)?？梢允褂?H以上的硬質(zhì)鉛筆或劃線器進(jìn)行標(biāo)注。但要特別注意，無論使用什么方法，都不要留下深的刻痕。4.底層處理為了表面的徹底清潔，可用化學(xué)清洗劑如氯化碳、丙酮、甲苯等進(jìn)行反復(fù)清洗。正確的清潔方法是，用工業(yè)用薄紙蘸清洗劑沿著一個(gè)方向用力擦拭。值得注意的是，為避免粘貼面氧化，表面清潔后，應(yīng)盡快粘貼應(yīng)變片。如果不立刻貼片，可涂上一層凡士林暫作保護(hù)。1545.點(diǎn)膠點(diǎn)膠前首先要確認(rèn)應(yīng)變片的正反面，一般光滑的絕緣面為反面。然后將應(yīng)變片反面用清潔劑清洗干凈，再將膠水滴在應(yīng)變片的反面。由于應(yīng)變膠流動(dòng)性較好，會(huì)自動(dòng)攤開，所以通常不采用涂抹粘貼的方法，否則先涂抹部分的粘貼劑會(huì)出現(xiàn)硬化，使黏性下降。為了保證應(yīng)變片能牢固地貼在試件上，并具有足夠的絕緣電阻，改善膠接性能，也常使用雙組分環(huán)氧應(yīng)變膠，即先在粘貼位置涂上一層底膠，然后在試件表面和應(yīng)變片底面各涂上一層薄而均勻的粘貼劑。1556.貼片待粘貼劑稍干后，先將應(yīng)變片對(duì)準(zhǔn)劃線位置（應(yīng)變片標(biāo)記與劃線兩點(diǎn)對(duì)齊）迅速貼上，然后蓋一層玻璃紙，用手指或膠輥按壓被測(cè)部位，擠出氣泡及多余膠水，保證膠層盡可能薄而均勻，最后用拇指緊緊按住應(yīng)變片3min，注意用力不能過大。7.固化粘貼劑的固化是否完全，直接影響到膠的力學(xué)性能。在固化過程中，要掌握好溫度、時(shí)間和循環(huán)周期。無論是自然干燥還是加熱固化，都要嚴(yán)格按照工藝規(guī)范進(jìn)行。為了防止應(yīng)變片吸潮、受腐蝕，在固化后的應(yīng)變片上應(yīng)涂上防潮保護(hù)層，防潮保護(hù)層一般可采用稀釋的粘貼劑，如硅橡膠。1568.粘貼質(zhì)量檢查首先從外觀上檢查粘貼位置是否正確，粘貼層是否有氣泡、漏粘、破損等，然后檢測(cè)應(yīng)變片是否有斷路或短路現(xiàn)象并測(cè)量應(yīng)變片的絕緣電阻。檢查合格后即可焊接引出線，引出線應(yīng)適當(dāng)加以固定，防止應(yīng)變片線腳與被測(cè)工件接觸導(dǎo)致短路，使測(cè)試無效。應(yīng)變片之間通過粗細(xì)合適的漆包線或其他軟線連接組成電橋回路。連接線長(zhǎng)度應(yīng)盡量一致，且不宜過長(zhǎng)。最后檢查焊接引出線與組橋連線。這樣就完成了整個(gè)粘貼過程。157課題二稱重傳感器158學(xué)習(xí)目標(biāo)

熟悉稱重傳感器的常見類型。

了解稱重傳感器的功能特點(diǎn)和基本工作原理。

掌握稱重傳感器的選用方法和使用注意事項(xiàng)，并能正確選用。159知識(shí)引入圖所示為某生產(chǎn)線上的自動(dòng)稱重和裝料裝置。裝料的箱子沿傳送帶運(yùn)動(dòng)，傳送到裝有物料的電子秤下面，停止運(yùn)動(dòng)，電磁線圈2通電，電子秤料箱翻轉(zhuǎn)，使料全部倒入箱子中，然后傳送帶電動(dòng)機(jī)再次通電，將裝滿料的箱子移出，與此同時(shí)，電子秤的料箱復(fù)位，電磁線圈1通電，閥門打開，漏斗給電子秤料箱自動(dòng)加料。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物料快速、準(zhǔn)確的稱量，提高工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，采用了稱重傳感器進(jìn)行載荷測(cè)量，最后由計(jì)算機(jī)控制各閥門工作。電子秤的核心部件就是稱重傳感器。160161自動(dòng)稱重和裝料裝置a）結(jié)構(gòu)示意圖b）外形圖知識(shí)講解一、稱重傳感器的基本知識(shí)稱重傳感器是電子秤的重力敏感元件，是工業(yè)測(cè)量中使用較多的一種傳感器，幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域，如在混合各種原料的配料系統(tǒng)中、生產(chǎn)過程中的物料進(jìn)料量控制中以及生產(chǎn)工藝的自動(dòng)檢測(cè)中，都應(yīng)用了稱重傳感器，它將物料的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)提供給中央處理器，由中央處理器對(duì)電動(dòng)機(jī)、閥門進(jìn)行控制，或直接進(jìn)行控制與顯示。稱重傳感器的量程為幾克到幾百噸。稱重傳感器根據(jù)制造原理不同可分為應(yīng)變式、感應(yīng)式、電容式、振弦式等，其中應(yīng)變式稱重傳感器在電子稱重系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛。1621.應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理電阻應(yīng)變式稱重傳感器由彈性元件、應(yīng)變片和外殼組成，其彈性元件是應(yīng)變梁。彈性元件是稱重傳感器的基礎(chǔ)，被測(cè)物的重力作用在彈性元件上，使其在某一部位產(chǎn)生較大的應(yīng)變或位移；彈性元件上的應(yīng)變片作為傳感元件，將該應(yīng)變或位移完全同步地轉(zhuǎn)換為阻值的變化量，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)強(qiáng)度與所受重力成比例關(guān)系，完成了重力的測(cè)量。傳感器彈性元件一般是由優(yōu)質(zhì)合金鋼材或有色金屬（如鋁、鈹、青銅）等材料加工成型的，其外形結(jié)構(gòu)多種多樣，應(yīng)根據(jù)被測(cè)量的大小及受力方式的不同，選擇不同結(jié)構(gòu)的彈性元件。常見的彈性元件有柱式、懸臂梁式、環(huán)式、輪輻式等，如圖所示。163164彈性元件a）柱式b）、c）、e）懸臂梁式d）輪輻式f）環(huán)式2.應(yīng)變式稱重傳感器的種類根據(jù)傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)變式稱重傳感器分為柱式、柱環(huán)式、懸臂梁式、環(huán)式、輪輻式等。常見的稱重傳感器外形如圖所示。不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式稱重傳感器，其量程范圍、安裝形式、適用場(chǎng)所也不盡相同。165常見的稱重傳感器外形（1）柱式稱重傳感器柱式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示，敏感元件為圓柱體，在細(xì)的部位粘貼四片或八片應(yīng)變片，用其組成惠斯登電橋，可構(gòu)成一種能測(cè)量拉伸（或壓縮）的電阻應(yīng)變式稱重傳感器。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于加工，可設(shè)計(jì)成壓式、拉式，或拉、壓兩用式，并可承受很大的載荷，缺點(diǎn)是靈敏度低、精度低等。該類傳感器適用于大、中量程（1~500t）的稱重。166167柱式稱重傳感器a）外形b）電阻應(yīng)變片粘貼方式（2）柱環(huán)式稱重傳感器柱環(huán)式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖a所示，它與圓棒一體加工，在中央打孔，在孔內(nèi)粘貼四片應(yīng)變片，在集中載荷作用下，四片應(yīng)變片可獲得大小相等而方向相反的應(yīng)變，由其組成惠斯登電橋來測(cè)量應(yīng)變片阻值的變化，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。這種傳感器靈敏度較高，線性度較好。由于彈性元件為整體結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)穩(wěn)定，溫度均勻性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，可制成拉、壓兩用式，該種傳感器適宜用于中、小量程（0.5~50t）的稱重。168169柱環(huán)式稱重傳感器a）外形b）電阻應(yīng)變片粘貼方式（3）懸臂梁式稱重傳感器圖所示稱重傳感器的彈性元件為雙孔平行梁式彈性元件，由于彈性體成上、下面平行的四邊形，因此，其輸出不受力作用點(diǎn)位置變動(dòng)的影響。該結(jié)構(gòu)一般適用于小量程（500g~500kg）稱重傳感器。170懸臂梁式稱重傳感器1（4）環(huán)式稱重傳感器環(huán)式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。171環(huán)式稱重傳感器（5）輪輻式稱重傳感器輪輻式稱重傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示，其主要由輪轂、輪圈、輪輻條、受拉和受壓應(yīng)變片五個(gè)部分組成。172輪輻式稱重傳感器二、稱重傳感器選擇方法1.環(huán)境因素選用稱重傳感器首先要考慮其所處的工作環(huán)境。因?yàn)檫@關(guān)系到稱重傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，甚至是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和安全性。環(huán)境因素對(duì)稱重傳感器的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）高溫環(huán)境會(huì)造成傳感器涂覆材料熔化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題。（2）粉塵、潮濕會(huì)造成傳感器短路，在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密封性好的傳感器。173（3）腐蝕性較高的環(huán)境如潮濕、酸性環(huán)境會(huì)造成傳感器彈性體受損或?qū)е露搪返?。在此環(huán)境條件下應(yīng)選擇外表面帶有噴塑或不銹鋼外罩、抗腐蝕性能好且密封性好的傳感器。（4）電磁場(chǎng)可干擾傳感器的輸出信號(hào)。在此環(huán)境條件下應(yīng)采用具有屏蔽保護(hù)的傳感器，包括信號(hào)傳輸?shù)膶?dǎo)線屏蔽。（5）在易燃、易爆的環(huán)境下工作的傳感器必須選用防爆傳感器。這種傳感器的外罩具有密封性，且具有一定的防爆強(qiáng)度。1742.傳感器數(shù)量和量程的選擇傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)而定的。一般來說，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，如圖所示。但是對(duì)于電子吊鉤秤等用法特殊的電子秤就只能采用一個(gè)傳感器。175電子秤稱重傳感器數(shù)量3.各種類型稱重傳感器的適用范圍傳感器類型的選擇主要取決于稱量范圍，如柱環(huán)式稱重傳感器適用于大、中量程，懸臂梁式稱重傳感器適用于小量程。4.稱重傳感器的精度稱重傳感器的精度包括傳感器的非線性、遲滯、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用稱重傳感器時(shí)，不能單純追求高的精度等級(jí)，而應(yīng)在滿足電子秤精度要求的前提下，考慮其成本。176三、稱重傳感器的使用方法及注意事項(xiàng)將傳感器安裝在測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)，如果使用單個(gè)稱重傳感器，則應(yīng)使物體受力方向或物體重心通過傳感器的中心線，以防止測(cè)量中產(chǎn)生側(cè)向分力，影響測(cè)量精度；如果使用多個(gè)稱重傳感器，則要求傳感器承載點(diǎn)在同一水平面上，傳感器在平面內(nèi)對(duì)稱分布，無偏載現(xiàn)象。傳感器為徑向承載型（如輪輻式、柱式）時(shí)，安裝后應(yīng)保證傳感器縱向軸心和水平秤面垂直，僅承受垂直載荷；傳感器為剪切承載型（如懸臂梁式）時(shí)，安裝后應(yīng)保證傳感器承載面和水平面平行，無傾斜現(xiàn)象，僅承受垂直載荷。傳感器在安裝時(shí)應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓，安裝應(yīng)牢固、無松動(dòng)。177測(cè)量時(shí)將傳感器的輸出引線根據(jù)使用說明書與變送器相連。通常變送器除了具有放大、阻抗匹配、線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)然竟δ芡?，還具有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)外調(diào)零、外調(diào)增益功能，以適應(yīng)不同電橋、不同量程的傳感器。最終將力轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)輸出接口可直接與自動(dòng)控制設(shè)備的接口或計(jì)算機(jī)相連。應(yīng)變式稱重傳感器在工作前，必須先加電預(yù)熱10min，然后調(diào)整調(diào)零旋鈕，使輸出為零，最后進(jìn)行加載測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)。178在使用稱重傳感器時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。1.傳感器、變送器應(yīng)定期進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，以保證使用精度。2.傳感器的最大載荷不應(yīng)超過滿量程的120%。3.傳感器應(yīng)避免與較高的非工作熱輻射接觸。4.安裝傳感器時(shí)，要選擇與其量程相應(yīng)強(qiáng)度的緊固螺釘。5.變送器增益調(diào)節(jié)有兩種，一種是放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；一種是微調(diào)，用于靜態(tài)標(biāo)定時(shí)使用，在無標(biāo)定設(shè)備監(jiān)視下不能任意調(diào)節(jié)。179課題三應(yīng)變式壓力傳感器180學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解壓力的基本概念。

了解壓力傳感器的種類。

掌握應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和功能特點(diǎn)。

掌握壓力傳感器的安裝、校驗(yàn)方法和選擇原則，并能正確選用。181知識(shí)引入壓力是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)。圖所示是一種化工行業(yè)常用的干燥、造粒裝置，該裝置通過壓力式霧化器給料液施加一定的壓力（2~4MPa），使料液霧化。料液霧化后表面積大大增加，在熱風(fēng)氣流中，瞬間就可蒸發(fā)95%~98%的水分，成為粒度均勻的球狀顆粒，形成微粒狀成品。整個(gè)干燥過程僅需十幾秒到數(shù)十秒鐘。在該工業(yè)生產(chǎn)過程中，霧化器壓力的控制直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。182183化工廠的干燥、造粒裝置知識(shí)講解一、壓力的基本概念檢測(cè)領(lǐng)域和工業(yè)中所指的“壓力”，通常就是物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”（本課題接下來所提到的“壓力”，即為物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”），用p表示，等于垂直作用在單位面積上的力。它的大小由兩個(gè)因素決定，即受力面積和垂直作用力，其表達(dá)式為：p=F/S。184壓力的法定計(jì)量單位為“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕（Pa）”，它表示1牛頓（N）力垂直而均勻地作用于1m2面積上的壓力。由于Pa這個(gè)單位太小，因此工程上常用其倍數(shù)單位兆帕（MPa）來表示，1MPa=106Pa。壓力的表示法有絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和差壓。絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力；相對(duì)壓力是以當(dāng)?shù)丨h(huán)境的大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，也稱表壓。差壓是指兩個(gè)壓力的差。絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的換算關(guān)系為：絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力185186常用的壓力單位換算表二、壓力傳感器的種類對(duì)應(yīng)壓力的表示方法，測(cè)量壓力的傳感器也可分為三大類，即絕對(duì)壓力傳感器、相對(duì)壓力傳感器和差壓傳感器。1.絕對(duì)壓力傳感器絕對(duì)壓力傳感器所測(cè)得的壓力數(shù)值是以真空為起點(diǎn)的壓力。187壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2.相對(duì)壓力傳感器相對(duì)壓力傳感器也稱表壓傳感器。表壓傳感器所測(cè)得的壓力數(shù)值是以環(huán)境大氣壓為參考基準(zhǔn)的壓力。3.差壓傳感器如圖所示，差壓是指兩個(gè)壓力p1和p2之差，又稱壓力差。188三、應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。應(yīng)變式壓力傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。189應(yīng)變式壓力傳感器的典型結(jié)構(gòu)應(yīng)變式壓力傳感器主要用于測(cè)量管道內(nèi)部壓力、內(nèi)燃機(jī)燃?xì)獾膲毫蛧娚淞?、發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈試驗(yàn)中的脈動(dòng)壓力以及各種領(lǐng)域中的流體壓力。這種將應(yīng)變片粘貼在金屬膜片上的貼片式應(yīng)變壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用方便。但是，由于貼片式應(yīng)變片的粘貼工藝要求，使應(yīng)變片與膜片之間的應(yīng)變需要應(yīng)變膠來傳遞，而傳遞性能會(huì)因環(huán)境因素的改變而受到影響，如受溫度、濕度、機(jī)械滯后、零點(diǎn)漂移等因素的影響，其測(cè)量精度不高，因此，貼片式應(yīng)變壓力傳感器主要用于一些測(cè)量精度要求較低的場(chǎng)所。190目前高精度應(yīng)變式壓力傳感器均采用薄膜式應(yīng)變片。薄膜式應(yīng)變片采用濺射、蒸鍍等真空鍍膜技術(shù)，在金屬?gòu)椥阅て现苯由筛綦x絕緣膜和金屬電阻膜，然后再通過半導(dǎo)體光刻技術(shù)，制作四個(gè)應(yīng)變電阻，組成全橋電橋電路，如圖所示。因采用照相制版、光刻的方法，所以四個(gè)電阻的阻值一致性較好，能夠保證電橋零點(diǎn)的對(duì)稱性。其工作原理與貼片式應(yīng)變壓力傳感器相同。薄膜式應(yīng)變片無須用膠粘貼，因此，其應(yīng)變傳遞性能得到了極大改善。191薄膜式應(yīng)變片薄膜應(yīng)變式壓力傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）穩(wěn)定性好，蠕變、遲滯小。（2）使用壽命長(zhǎng)。（3）靈敏度高。（4）溫度系數(shù)小。（5）工作溫度范圍寬。（6）量程大。（7）成本低。192四、壓力傳感器的安裝壓力傳感器的安裝有兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是壓力傳感器的引壓管與所測(cè)壓力管道或壓力容器必須密封連接，不能因壓力傳感器的安裝而使壓力管道或壓力容器泄漏，影響被測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；二是要正確選擇取壓口的位置。1.壓力傳感器與所測(cè)壓力管道或壓力容器的密封連接壓力傳感器密封連接方法很多，一般根據(jù)傳感器的量程、結(jié)構(gòu)、密封等要求的不同，連接方法也不盡相同。193194壓力傳感器的不同壓力接嘴a）倒刺狀壓力接嘴b）、c）平底螺紋狀壓力接嘴d）球頭狀壓力接嘴195壓力傳感器的不同密封方法a）用O形圈密封b）用密封墊密封196常見的壓力接嘴形式197常用的壓力接頭壓力傳感器用在不同的環(huán)境、測(cè)量不同的被測(cè)介質(zhì)時(shí)，要選擇不同的密封墊片。壓力為80kPa~2MPa時(shí)，一般用石棉紙板或鋁片；溫度及壓力更高時(shí)（50MPa以下），用退火純銅或鉛墊；測(cè)量氧氣壓力時(shí)，不得使用浸油墊片、有機(jī)化合物墊片；測(cè)量乙炔壓力時(shí)，不得使用銅質(zhì)墊片。用壓力墊片進(jìn)行密封連接時(shí)，緊固不宜用力過度，密封即可。198在很多壓力測(cè)量場(chǎng)所不便直接安裝壓力傳感器，需將壓力引出，一般采用銅管或金屬軟管將壓力轉(zhuǎn)接出來，如圖所示。199引壓管a）銅管b）金屬軟管2.取壓口位置的選擇取壓口是指從被測(cè)對(duì)象中獲取壓力信號(hào)的地方，其位置、大小及開口形狀直接影響著壓力測(cè)量的準(zhǔn)確度，一般的選擇原則如下。（1）取壓口不得選在管道的彎曲、分叉處。（2）當(dāng)管道內(nèi)有凸出物體時(shí)，取壓口應(yīng)選在凸出物體的前面。（3）如果取壓口選在閥門附近，則距閥門的距離應(yīng)大于2D（D為管道直徑）；如果取壓口選在閥門后，與閥門的距離應(yīng)大于3D。（4）取壓口應(yīng)處于流速平穩(wěn)、無渦流流動(dòng)的區(qū)域。2003.其他需考慮因素（1）壓力傳感器要安裝在能滿足儀表使用環(huán)境條件和易觀察、易檢修的地方，如圖所示。201壓力傳感器安裝示意圖S1~S4—管道閥門（2）安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免振動(dòng)和高溫影響，當(dāng)有蒸汽和其他可凝結(jié)的氣體以及當(dāng)介質(zhì)溫度超過60℃時(shí)，應(yīng)選用帶冷凝管的壓力接嘴進(jìn)行安裝，如圖a所示。（3）測(cè)量有腐蝕性、黏度較大、易結(jié)晶、有沉淀物的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)選取帶隔離膜片的壓力傳感器。202壓力傳感器安裝示意圖a）帶冷凝管式b）帶引壓管式c）帶除塵器式（4）儀表必須垂直安裝，若裝在室外，還應(yīng)加裝保護(hù)箱。（5）當(dāng)測(cè)量小壓力信號(hào)時(shí)，壓力傳感器應(yīng)與取壓口在同一高度，否則就需要修正因高度差所引起的測(cè)量誤差?？傊?，在安裝壓力傳感器時(shí)，要根據(jù)壓力的大小、被測(cè)介質(zhì)、被測(cè)環(huán)境合理選擇壓力密封形式及安裝位置。203五、壓力傳感器的校驗(yàn)為了保證壓力傳感器的測(cè)量精度，壓力傳感器需要定期進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)于大壓力傳感器，校驗(yàn)壓力傳感器的設(shè)備主要是砝碼壓力計(jì)，如圖所示。校驗(yàn)方法是：在常態(tài)工作條件下，將壓力傳感器接在壓力計(jì)表頭的壓力接嘴處，按如圖所示連接校驗(yàn)電路，加不同的砝碼，即可獲得不同的壓力源。該方法精度可達(dá)0.15級(jí)，適用于校驗(yàn)相對(duì)壓力傳感器。204205砝碼壓力計(jì)a）YS-600（滿量程60MPa）b）YS-60（滿量程6MPa）壓力傳感器校驗(yàn)電路框圖傳感器校驗(yàn)點(diǎn)的壓力值可根據(jù)量程選擇，通常選擇包括零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)在內(nèi)的六個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)。給傳感器加壓至各壓力校驗(yàn)點(diǎn)，在各壓力校驗(yàn)點(diǎn)上讀取傳感器穩(wěn)定后的輸出值，即為校驗(yàn)值，校驗(yàn)次數(shù)為正反行程各兩次，然后計(jì)算出壓力與輸出電壓的方程或曲線。注意，校驗(yàn)前一定要先檢查加壓系統(tǒng)的氣密情況。206六、壓力傳感器的選擇原則壓力傳感器的種類繁多，其性能也有較大的差異，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的使用場(chǎng)合、條件和要求，選擇合適的壓力傳感器。在選擇壓力傳感器時(shí)，除了要遵循一般傳感器的選擇原則，還應(yīng)考慮以下問題。2071.根據(jù)測(cè)量對(duì)象要求選用合適的壓力傳感器類型相對(duì)壓力（表壓）傳感器適用于開口罐、開口管道等壓力的測(cè)量以及大壓力信號(hào)的測(cè)量等，其應(yīng)用范圍最廣、領(lǐng)域最寬，用量也最大。差壓傳感器適用于測(cè)量?jī)扇萜骰騼晒艿赖膲毫Σ睿渤Ｓ糜跍y(cè)量液位，如通過測(cè)量密封罐頂部與底部的壓力差就可以計(jì)算出密封罐內(nèi)的液位高度。在壓力較大的情況下，使用此種傳感器要充分考慮是否要加過壓保護(hù)裝置。絕對(duì)壓力傳感器適用于相對(duì)真空的介質(zhì)壓力以及小壓力的測(cè)量。此種傳感器在海拔高度、密封管道壓力、真空度的測(cè)量中應(yīng)用廣泛。2082.根據(jù)測(cè)量對(duì)象的環(huán)境選擇與之相兼容的壓力傳感器傳感器一般應(yīng)安裝于通風(fēng)、干燥、無蝕、陰涼處，但如果需要安裝在露天環(huán)境中，應(yīng)裝防護(hù)罩，避免陽(yáng)光照射和雨淋。在振動(dòng)大、干擾強(qiáng)、濕度大或粉塵大的場(chǎng)合，一般壓力傳感器與介質(zhì)接觸的材料應(yīng)由316不銹鋼制成。對(duì)于特殊的腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量，通常要求傳感器的殼體和壓力敏感元件采用與之相兼容的金屬材料制成，如哈氏合金、蒙乃爾合金、鉭等防腐材料。2093.根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇適當(dāng)量程的壓力傳感器壓力傳感器量程的選用一般以使被測(cè)量參數(shù)經(jīng)常處在整個(gè)量程的80%~90%為最佳，且最大工作狀態(tài)點(diǎn)不能超過滿量程。一般小量程壓力傳感器的過載能力為滿量程的2~3倍，大量程壓力傳感器的過載能力為滿量程的1.2~1.5倍。此外，在選擇壓力傳感器時(shí)還應(yīng)考慮傳感器的引壓管連接形式、電氣連接形式、是否需帶現(xiàn)場(chǎng)顯示、產(chǎn)品是否需有防爆性能等方面的因素。210課題四壓阻式壓力傳感器211學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解壓阻式壓力敏感元件的特點(diǎn)和測(cè)量原理。

了解壓阻式壓力傳感器的工作原理和測(cè)量電路。

熟悉壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)。

掌握壓阻式壓力傳感器的安裝、使用與校驗(yàn)方法。

熟悉壓阻式壓力傳感器的使用注意事項(xiàng)，了解其應(yīng)用場(chǎng)合。212知識(shí)引入在航空工業(yè)上，經(jīng)常需要測(cè)量機(jī)翼氣流壓力分布、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口處的動(dòng)壓畸變；在生物醫(yī)學(xué)上，需要將10μm厚的硅膜片注射到生物體內(nèi)，進(jìn)行體內(nèi)壓力的測(cè)量；在軍事工業(yè)上，需要測(cè)量爆炸壓力和沖擊波以及槍炮腔內(nèi)的壓力；在恒壓供水系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)水管出口的壓力……這些場(chǎng)合，常常都會(huì)選用壓阻式壓力傳感器。213知識(shí)講解一、壓阻式壓力敏感元件壓阻式壓力傳感器的敏感元件是壓阻元件，它主要由玻璃基座、硅杯和引出線等組成。硅杯是壓阻元件的核心，是一塊帶有應(yīng)變電阻的硅膜片。壓阻元件的膜片和應(yīng)變電阻經(jīng)精細(xì)加工成一體結(jié)構(gòu)，沒有可動(dòng)部分，因此也稱為固態(tài)傳感器。普通壓阻元件通常用來測(cè)量氣體或能夠與單晶硅兼容的不導(dǎo)電的液體。帶有隔離膜片的壓阻元件可以測(cè)量與316不銹鋼兼容的氣體或液體。常見壓阻元件的外形如圖所示。214215壓阻式壓力敏感元件的結(jié)構(gòu)a）壓阻元件b）帶封裝的壓阻元件216常見壓阻元件的外形a）普通壓阻元件b）帶隔離膜片的壓阻元件c）帶隔離膜片的壓差壓阻元件壓阻式壓力敏感元件的壓力測(cè)量原理與金屬膜片式應(yīng)變壓力傳感器的工作原理基本相同，只是使用的材料和工藝不同。壓阻式壓力敏感元件的彈性元件是單晶硅膜片，它是利用集成電路工藝，在一塊圓形的單晶硅膜片上制成四個(gè)擴(kuò)散電阻，組成一個(gè)全橋電橋電路。膜片用一個(gè)圓形硅杯固定，將兩個(gè)腔體隔開，一端接被測(cè)壓力，另一端接參考?jí)毫?。?dāng)存在壓差時(shí)，膜片會(huì)產(chǎn)生變形，使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出電壓即可反映膜片承受的壓差大小。217二、壓阻式壓力傳感器的工作原理對(duì)一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，該材料的電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體電阻率的大小取決于有限載流子（即自由電子、空穴）的遷移率，加在單晶材料某一軸向上的外應(yīng)力會(huì)使載流子遷移率發(fā)生較大的變化。半導(dǎo)體材料的電阻率發(fā)生變化時(shí)，其阻值相應(yīng)也會(huì)變化。半導(dǎo)體材料的電阻變化率遠(yuǎn)大于金屬應(yīng)變片的電阻變化率。218壓阻式應(yīng)變片又稱半導(dǎo)體應(yīng)變片，其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，靈敏度高，能測(cè)出十幾帕斯卡的微壓。目前，壓阻式壓力傳感器是一種比較理想且發(fā)展迅速的壓力傳感器。將壓阻式壓力敏感元件緊密地安裝到帶壓力接嘴的殼體中，就構(gòu)成了壓阻式壓力傳感器，如圖所示。根據(jù)壓力敏感元件結(jié)構(gòu)的不同，壓阻式壓力傳感器可以測(cè)量絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力及差壓。219220壓阻式壓力傳感器a）結(jié)構(gòu)圖b）外形圖1.測(cè)量絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力敏感元件在膜片的一側(cè)有一個(gè)密封的近似真空的參考?jí)毫η?，即在未施加外界壓力時(shí)，單晶硅膜片上已作用了一個(gè)大氣壓的壓力。如圖所示，硅杯與玻璃基座封接后組成真空腔，此時(shí)測(cè)到的壓力即為絕對(duì)壓力。221絕對(duì)壓力敏感元件2.測(cè)量相對(duì)壓力（表壓）如圖所示，硅杯的一側(cè)與大氣相通，p1為大氣壓。3.測(cè)量差壓測(cè)量差壓時(shí)，在硅杯的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)進(jìn)壓口，一個(gè)進(jìn)口壓力為p1，另一個(gè)進(jìn)口壓力為p2，如圖所示，此時(shí)作用在硅杯上的壓力為兩個(gè)壓力之差（差壓），即所測(cè)的壓力為Δp=p1-p2。222相對(duì)壓力敏感元件三、壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路由恒流源、放大電路及調(diào)整電路等組成，如圖所示。敏感元件的四個(gè)擴(kuò)散電阻在硅膜片上組成一個(gè)全橋電橋電路，由四根引腳引出。為提高壓阻式壓力傳感器的穩(wěn)定性，通常采用1~2mA的恒流源供電。若供電電流過大，敏感件的電阻產(chǎn)生自熱，會(huì)使傳感器輸出不穩(wěn)定；若供電電流過小，傳感器的靈敏度就得不到保證。當(dāng)恒流源為1.5mA時(shí)，敏感元件滿量程輸出電壓為100mV左右，經(jīng)放大電路放大后輸出的電壓為1~5V。調(diào)整電路可將輸出電壓精確地調(diào)節(jié)在要求的范圍之內(nèi)。223224壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路四、壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)壓阻式壓力傳感器的彈性元件是單晶硅膜片，可將壓阻式壓力傳感器、穩(wěn)壓電源或穩(wěn)流電源、補(bǔ)償電路及電阻、A/D或D/A電路做在一個(gè)芯片上。壓阻式壓力傳感器的硅杯與玻璃基座采用的是在真空中靜電封接的方法，因此特別適合作為絕壓式壓力傳感器。壓阻式壓力傳感器不僅能檢測(cè)靜態(tài)壓力，還可檢測(cè)頻率為幾十千赫茲的脈動(dòng)壓力，其固有頻率可達(dá)1.5MHz。壓阻式壓力傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)大50~100倍。因此，壓阻式壓力傳感器的靈敏度高，適用于小壓力測(cè)量。225帶隔離膜片的敏感元件，硅杯密封于充滿硅油的腔體中。傳感器進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，被測(cè)介質(zhì)的壓力作用于柔性不銹鋼隔離膜片上，再通過腔內(nèi)的硅油傳遞到內(nèi)部的硅杯上，即可測(cè)得所需壓力值。在此結(jié)構(gòu)中，由于敏感元件被保護(hù)在一個(gè)與外界環(huán)境隔離的小空間里，不受外界各種惡劣測(cè)量環(huán)境的影響，因此其穩(wěn)定性好，可靠性高，適用于各種惡劣測(cè)量環(huán)境，如潮濕、有腐蝕性介質(zhì)等環(huán)境。壓阻式壓力傳感器有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也同樣突出，那就是它的溫度特性差，需要溫度補(bǔ)償，工藝復(fù)雜。226五、壓阻式壓力傳感器的安裝、使用與校驗(yàn)方法壓阻式壓力傳感器的安裝與使用方法和應(yīng)變式壓力傳感器基本相同。壓阻式壓力傳感器常用于小壓力的測(cè)量，受外界應(yīng)力影響大，安裝時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，如連接時(shí)密封即可，不能用力過度，以避免器件受損，影響產(chǎn)品性能。壓阻式壓力傳感器的連接方式有多種，包括錐形管（為防止錐形管脫落，通常用管夾緊固，如圖所示）與橡皮管的連接、錐螺紋的連接、加密封墊圈的連接、喇叭口與球頭的連接等。227228錐形管連接a）錐形管b）管夾壓阻式壓力傳感器常用于氣體壓力或絕對(duì)壓力的檢測(cè)。校驗(yàn)氣體壓力傳感器時(shí)，應(yīng)按如圖所示連接校驗(yàn)電路，由壓縮機(jī)為壓力傳感器提供壓力，或由真空泵抽氣，測(cè)絕對(duì)壓力或負(fù)壓，由數(shù)字式壓力計(jì)監(jiān)測(cè)、控制壓力校驗(yàn)值，并計(jì)算傳感器輸出電壓與壓力的方程。229壓阻式壓力傳感器校驗(yàn)電路框圖數(shù)字式壓力計(jì)分為絕對(duì)壓力計(jì)和相對(duì)壓力計(jì)，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量要求進(jìn)行選擇。230數(shù)字式壓力計(jì)六、壓阻式壓力傳感器的使用注意事項(xiàng)在使用壓阻式壓力傳感器時(shí)，應(yīng)注意壓力傳感器密封連接和預(yù)防壓力傳感器過載等問題。壓阻式壓力傳感器常用于氣體的測(cè)量或小壓力的測(cè)量，密封問題常被忽視。但如果測(cè)量有害氣體或易燃?xì)怏w，在安裝好壓力傳感器之后，需要對(duì)整個(gè)壓力系統(tǒng)進(jìn)行加壓氣密檢查，如使用氦檢漏的方法進(jìn)行氣密檢查。231超量程過載是常見的故障問題。壓阻式壓力傳感器通常有三個(gè)壓力范圍：工作壓力范圍、過壓壓力范圍和爆裂壓力范圍。工作壓力范圍是指正常工作的壓力范圍，傳感器應(yīng)在此范圍內(nèi)使用。過壓壓力范圍是傳感器能承受且不會(huì)造成永久損壞的壓力范圍，一般在滿量程的1.2倍左右，如果超過過壓壓力范圍，通常會(huì)導(dǎo)致永久性的性能改變。爆裂壓力范圍是傳感器能保持其完整性的最大承受壓力，如果超過這個(gè)壓力范圍，將造成傳感器壓力腔體爆裂，從而導(dǎo)致外殼破損，發(fā)生泄漏。因此，在使用時(shí)要根據(jù)量程準(zhǔn)確選擇壓阻式壓力傳感器。在對(duì)壓阻式壓力傳感器通電前，要確認(rèn)接線是否正確，電氣連接是否嚴(yán)格按照接線說明進(jìn)行，接線錯(cuò)誤會(huì)造成電路的損壞，甚至嚴(yán)重?fù)p壞產(chǎn)品。232課題五壓力變送器233學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解壓力變送器的作用和常見類型。

熟悉電容式傳感器的常見類型和測(cè)量電路。

熟悉電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)。

掌握使用電容式壓力變送器測(cè)量液位的原理。

熟悉壓力變送器的使用注意事項(xiàng)。

熟悉壓力變送器的常見故障及處理方法，了解其應(yīng)用場(chǎng)合。234知識(shí)引入圖所示是常見的油庫(kù)管理系統(tǒng)。在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，油量的計(jì)量是關(guān)鍵，只有能夠?qū)崟r(shí)采集和處理儲(chǔ)罐中所儲(chǔ)油品的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，保證油庫(kù)油量計(jì)量的準(zhǔn)確性，才能保證結(jié)算的準(zhǔn)確性，提高油庫(kù)管理水平和自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)能力。一般情況下，通過測(cè)量油罐的液位可以計(jì)算油量的實(shí)際數(shù)量（即噸數(shù)），同時(shí)還可以防止儲(chǔ)油罐溢滿，因此在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，儲(chǔ)油罐的液位測(cè)量十分重要。油罐的液位可以采用壓力變送器測(cè)量。235236油庫(kù)管理系統(tǒng)知識(shí)講解壓力變送器由壓力傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、殼體及各種連接件組成。壓力傳感器將來自現(xiàn)場(chǎng)的液體或氣體等介質(zhì)的壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換成微小的電流或電壓信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成DC4~20mA或DC1~5V的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至顯示儀、記錄儀、計(jì)算機(jī)或控制器等設(shè)備。在工業(yè)中，壓力變送器常被稱為現(xiàn)場(chǎng)儀表或一次儀表，其外形如圖所示。237238各種壓力變送器外形一、電容式傳感器的常見類型和測(cè)量電路1.電容式傳感器的常見類型電容式傳感器是把被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器的基本工作原理可以用圖a來說明。239變面積式電容傳感器a）平板電容式傳感器b）直線位移型電容式傳感器c）角位移型電容式傳感器d）鋸齒板型電容式傳感器e）同心圓筒型電容式傳感器2.電容式傳感器的測(cè)量電路用于電容式傳感器的測(cè)量電路很多,常見的電路有普通交流電橋電路、變壓器電橋電路、運(yùn)算放大器測(cè)量電路、脈沖調(diào)制電路、調(diào)頻電路等。240運(yùn)算放大器測(cè)量電路脈沖調(diào)制電路二、典型電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)1151系列電容式壓力變送器是引進(jìn)美國(guó)羅斯蒙特公司技術(shù)制造的產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上享有很高的聲譽(yù)，其外形如圖所示。它具有設(shè)計(jì)原理新穎、安裝使用簡(jiǎn)便、安全防爆等特點(diǎn)，并以精度高、堅(jiān)固耐振、調(diào)整方便、長(zhǎng)期穩(wěn)定性高、單向過載保護(hù)特性好著稱。2411151系列電容式壓力變送器外形1151系列電容式壓力變送器敏感元件結(jié)構(gòu)如圖所示。2421151系列電容式壓力變送器敏感元件結(jié)構(gòu)被測(cè)介質(zhì)的兩個(gè)壓力分別通入高、低壓力腔內(nèi)，作用在壓力敏感元件兩側(cè)的隔離膜片上，通過隔離膜片和δ室內(nèi)的填充液傳到測(cè)量膜片兩側(cè)。測(cè)量膜片與兩側(cè)剛性絕緣體上的電極各組成一個(gè)電容，形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)。在無壓力通入或兩側(cè)壓力均等時(shí)測(cè)量膜片處于中間位置，壓力敏感元件的兩電容量相等；當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量膜片產(chǎn)生位移（該位移量和壓力差成正比），使兩側(cè)電容量發(fā)生變化。通過檢測(cè)電容量的變化，可以測(cè)量出作用在壓力敏感元件兩側(cè)的壓力差，壓力變送器的轉(zhuǎn)換電路將該信號(hào)放大轉(zhuǎn)換成4~20mA的兩線制電流信號(hào)。電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。243244電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意圖所謂兩線制是指儀表與外界的連線只需兩根導(dǎo)線。多數(shù)情況下，其中的一根線接DC24V電源線，另一根既為電源負(fù)極引出線，又作為信號(hào)傳輸線。在信號(hào)傳輸線的末端通過一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱取樣電阻）接地，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。由于電流信號(hào)不易受干擾，且便于遠(yuǎn)距離傳輸，在工業(yè)生產(chǎn)及控制中多采用電流輸出。245三、使用電容式壓力變送器測(cè)量液位的原理電容式壓力變送器的兩個(gè)壓力接口，一個(gè)接在油罐底部，一個(gè)接在油罐頂部，如圖所示。246使用電容式壓力變送器測(cè)量液位四、壓力變送器的使用注意事項(xiàng)壓力變送器在管道上的安裝位置與被測(cè)介質(zhì)有關(guān)，為了獲得最佳的測(cè)量效果，應(yīng)注意考慮下列情況。（1）應(yīng)防止壓力變送器與腐蝕性或過熱的介質(zhì)接觸。（2）應(yīng)防止渣滓在引壓管內(nèi)沉積。（3）測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在流程管道側(cè)面，以避免沉渣。（4）測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在流程管道頂端，并且壓力變送器也應(yīng)安裝在流程管道上部，以使積累的液體容易注入流程管道中。247（5）引壓管應(yīng)安裝在溫度波動(dòng)小的地方。（6）測(cè)量蒸汽或其他高溫介質(zhì)時(shí)，需接緩沖管（盤管）等冷凝設(shè)備，不應(yīng)使壓力變送器的工作溫度超過使用極限。（7）冬季發(fā)生冰凍時(shí)，安裝在室外的壓力變送器必須采取防凍措施，以避免引壓管內(nèi)的液體因結(jié)冰體積膨脹而導(dǎo)致傳感器損壞；測(cè)量液體壓力時(shí)，壓力變送器的安裝位置應(yīng)避免遭到液體的沖擊（水錘現(xiàn)象）。接線時(shí)，應(yīng)注意電源的正負(fù)極，并用螺釘擰緊，以防導(dǎo)線松動(dòng)，造成接觸不良。248五、壓力變送器的常見故障及處理方法在使用壓力變送器時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些故障，如果是傳感器損壞，就需要更換傳感器，返廠維修。但如果是測(cè)壓系統(tǒng)的氣路或電路接線出現(xiàn)故障，則可以自行維修。2491.壓力變送器的引壓管堵塞在生產(chǎn)過程中，常會(huì)發(fā)現(xiàn)被測(cè)介質(zhì)內(nèi)含有固體懸浮顆?；蚍勰?，時(shí)間久了，這些物質(zhì)還會(huì)固化，導(dǎo)致引壓管堵塞，使測(cè)量無法正常進(jìn)行。在這種情況下，就不能再使用普通的引壓管，而要用隔膜式壓力表或法蘭式變送器。法蘭膜盒面積大，較易清除被測(cè)介質(zhì)，并能承受較高的溫度，所以應(yīng)用十分廣泛。它除了用于測(cè)量含有懸浮顆粒的漿液或過于黏稠，易于凍結(jié)、固化、結(jié)晶的介質(zhì)外，還常用于引壓管中的氣體較易出現(xiàn)凝液或液體介質(zhì)中較易出現(xiàn)汽化的場(chǎng)合，因?yàn)檫@些場(chǎng)合中的介質(zhì)若用普通儀表測(cè)量，會(huì)使引壓管中的靜壓變化而導(dǎo)致儀表輸出不穩(wěn)定。2502.電容式壓力變送器高低壓導(dǎo)管接反如果電容式壓力變送器高低壓導(dǎo)管接反，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，電容式壓力變送器的輸出不但不會(huì)上升，反而會(huì)偏至零下。處理高低壓導(dǎo)壓管接反的問題，對(duì)于氣動(dòng)變送器和某些電動(dòng)變送器來說是比較困難的，需要重新安裝，工作量較大，特別對(duì)于正在投運(yùn)的工藝裝置和裝有保溫散熱裝置的儀表系統(tǒng)，更是一件麻煩的事情。2513.電容式壓力變送器輸出值長(zhǎng)時(shí)間不變電容式壓力變送器顯示儀表的輸出值若長(zhǎng)時(shí)間無變化，則應(yīng)對(duì)變送器正壓側(cè)進(jìn)行排污檢查，對(duì)引壓管做疏通處理。4.電容式壓力變送器指示值持續(xù)波動(dòng)電容式壓力變送器指示值持續(xù)波動(dòng)，如不及時(shí)處理，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止工作。出現(xiàn)此問題時(shí)，首先應(yīng)對(duì)變送器的阻尼進(jìn)行調(diào)整，如經(jīng)調(diào)整后仍然波動(dòng)，就應(yīng)對(duì)變送器重新校驗(yàn)，看其膜片是否損壞。如果經(jīng)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一切正常，就應(yīng)重點(diǎn)檢查周圍環(huán)境有無電磁干擾等。252模塊四位移的測(cè)量253課題二電感式位移傳感器課題一電位器式位移傳感器課題三光柵式位移傳感器課題四霍爾式位移傳感器課題五接近開關(guān)課題六液位傳感器位移是物體在一定方向或角度上的位置變動(dòng)。在工業(yè)生產(chǎn)和生活中，位移測(cè)量應(yīng)用很廣，如測(cè)量物體的移動(dòng)量、轉(zhuǎn)動(dòng)量、變形量，零部件的位置、厚度、距離等。同時(shí)，通過測(cè)位移還可以反映很多相關(guān)參數(shù)，如力、扭矩、壓力、速度、加速度等。因此，位移測(cè)量是最基本的測(cè)量之一。255從被測(cè)量的角度，位移測(cè)量可分為線位移測(cè)量和角位移測(cè)量；從測(cè)量參數(shù)特性的角度，可分為靜態(tài)位移測(cè)量和動(dòng)態(tài)位移測(cè)量；從輸出信號(hào)形式的角度，可分為模擬式位移測(cè)量、數(shù)字式位移測(cè)量和開關(guān)量位移測(cè)量（位置測(cè)量）。位移測(cè)量的核心是根據(jù)量程、精度等選擇合適的傳感器，常用的位移傳感器有模擬式的電位器式、電感式、電容式、霍爾式位移傳感器，數(shù)字式的光柵、磁柵、光電編碼器位移傳感器，開關(guān)量輸出的接近開關(guān)、液位開關(guān)等。256課題一電位器式位移傳感器257學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解電位器式位移傳感器的特點(diǎn)。

熟悉線繞電位器式位移傳感器的工作原理和輸出特性。

了解非線繞式電位器的常見類型。

熟悉電位器式位移傳感器的應(yīng)用。258知識(shí)引入以電子節(jié)氣門為核心的汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)已成為當(dāng)代汽車的標(biāo)配部件。駕駛員踏下加速踏板后，節(jié)氣門在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下開啟，傳感器將開口大?。ㄩ_度）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳送給汽車電子控制單元（ECU），從而調(diào)整進(jìn)氣管中的空氣量和噴油器的噴油量，改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率。其中，測(cè)量和反饋節(jié)氣門開度的角位移傳感器起到舉足輕重的作用。259電子節(jié)氣門知識(shí)講解一、電位器式位移傳感器的特點(diǎn)節(jié)氣門位置傳感器用于感受發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下節(jié)氣門的開度信號(hào)，通常采用電位器（電位計(jì)）式位移傳感器來實(shí)現(xiàn)。這種傳感器可將直線位移、角位移和容易轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰频奈锢砹康淖兓D(zhuǎn)換成與其有確定關(guān)系的阻值的變化，屬于接觸型的電阻式傳感器。260電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器按運(yùn)動(dòng)形式分為直線式和旋轉(zhuǎn)式，按電阻元件分為線繞式和非線繞式，按結(jié)構(gòu)分為滑線式、半導(dǎo)體式、骨架式、分段電阻式等。普通的線繞式電位器一般包括電阻絲、電刷、骨架、轉(zhuǎn)軸等部分，電刷由觸頭、臂及軸承等構(gòu)成，骨架常用陶瓷、酚醛樹脂及工程塑料等絕緣材料制成。這類傳感器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、輸出信號(hào)大、線性度好、性能穩(wěn)定，廣泛用于被測(cè)位移量變化較大的場(chǎng)合；缺點(diǎn)是精度不高，要求輸入能量大（要能夠帶動(dòng)電刷移動(dòng)），電刷與電阻間易磨損，導(dǎo)致使用壽命短、動(dòng)態(tài)性能差，因而多用于靜態(tài)或緩變信號(hào)的測(cè)量。261262線繞式電位器的結(jié)構(gòu)1—骨架2—電刷3—電阻絲4—轉(zhuǎn)軸5—接線端子二、線繞電位器式位移傳感器1.工作原理線繞電位器式位移傳感器的工作原理如圖所示。263線繞電位器式位移傳感器的工作原理2.輸出特性（1）階梯特性由線繞電位器式位移傳感器的結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)電刷在變阻器線圈上移動(dòng)時(shí)，電位器的阻值隨電刷從一匝移動(dòng)到另一匝呈不連續(xù)變化，輸出電壓Uo也是跳躍式變化的。（2）電壓分辨率電位器式位移傳感器的電壓分辨率是在電刷行程內(nèi)電位器輸出電壓階梯（階躍）的最大值與最大輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)。264三、非線繞式電位器電位器式位移傳感器除了上面介紹的線繞式外，還常用到以下三類材料的非線繞式電位器。1.膜式電位器膜式電位器通常分為碳膜電位器和金屬膜電位器。碳膜電位器是通過在絕緣骨架表面涂一層均勻的電阻液，利用烘干聚合后形成的電阻膜制成的。其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，耐磨性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)是接觸電阻大。金屬膜電位器是在玻璃等絕緣基體上噴涂一層鉑銠、鉑銅合金金屬膜制成的。其優(yōu)點(diǎn)是溫度系數(shù)小，適合高溫工作；缺點(diǎn)是功率小，耐磨性差。2652.導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器又稱有機(jī)實(shí)心電位器，采用塑料和導(dǎo)電材料（石墨、金屬合金粉末等）混合模壓而成，量程為10~4000mm，常用于接觸式直線位移測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，使用壽命長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)力矩小，功率大；缺點(diǎn)是接觸電阻大，耐熱、耐濕性能差。2663.光電電位器圖所示為光電電位器，光電電位器是非接觸式電位器，采用光束代替電刷。267光電電位器1—光電導(dǎo)層2—基體3—電阻帶

4—窄光束5—集電極四、電位器式位移傳感器的應(yīng)用電位器式位移傳感器是電位器式傳感器的典型應(yīng)用，其輸入為線位移或角位移，輸出為電壓（需要外部電源供電）。因?yàn)檩敵龇递^大，可以直接送至顯示器、控制器或采集裝置。電位器式位移傳感器常用于測(cè)量幾毫米到幾十米的位移和幾度到360°的角度。268圖a所示是替換桿式位移傳感器，可用于量程為10~320mm的多種測(cè)量范圍。由于采用替換桿（每種量程對(duì)應(yīng)一種桿），當(dāng)位移超過測(cè)量范圍時(shí)，可以很容易脫開，換上其他桿。圖b所示是測(cè)量角位移的電位器式位移傳感器。圖c所示是測(cè)量小位移的電位器式位移傳感器，可以將線位移轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰啤?69電位器式位移傳感器a）替換桿式位移傳感器b）測(cè)量角位移的電位器式位移傳感器c）測(cè)量小位移的電位器式位移傳感器除了用于測(cè)量直線位移和角位移外，電位器式位移傳感器還可以和彈性元件結(jié)合，測(cè)量壓力、力、加速度等與位移相關(guān)或容易轉(zhuǎn)化為位移的物理量，一些典型應(yīng)用如圖所示。270電位器式位移傳感器的應(yīng)用a）電位器式壓力傳感器b）電位器式加速度傳感器上圖a所示為電位器式壓力傳感器，彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔通入被測(cè)流體，在流體壓力作用下，膜盒中心變形，推動(dòng)連桿上移，使曲柄軸帶動(dòng)電位器的電刷在電位器繞組上滑動(dòng)，因而輸出一個(gè)與被測(cè)壓力成比例的電壓信號(hào)。上圖b所示為電位器式加速度傳感器，慣性質(zhì)量塊在被測(cè)加速度的作用下上下移動(dòng)，使其上下兩端的片狀彈簧產(chǎn)生正比于被測(cè)加速度的位移，從而引起電刷在電位器的電阻元件上滑動(dòng)，輸出一個(gè)與加速度成比例的電壓信號(hào)。271課題二電感式位移傳感器272學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解電感式位移傳感器的類型。

熟悉差動(dòng)變壓器式位移傳感器的工作原理、輸入輸出特性、基本參數(shù)和特點(diǎn)。

熟悉電渦流式位移傳感器的工作原理和測(cè)量系統(tǒng)的組成。

熟悉電感式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。

熟悉電感式位移傳感器的安裝和使用注意事項(xiàng)，并能正確選用。273知識(shí)引入對(duì)于發(fā)電廠中的汽輪機(jī)、鋼鐵廠中的離心式壓縮機(jī)、煤礦運(yùn)輸中的礦井提升機(jī)等工廠中使用的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，軸向位移量是一個(gè)十分重要的需要連續(xù)監(jiān)控的參數(shù)。軸向位移是指旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子部件沿軸心方向的位移，測(cè)量軸向位移可以得知旋轉(zhuǎn)部件與固定部件間的軸向間隙或位移變化，防止機(jī)器損壞。測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸向位移一般需要由位移傳感器、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路及監(jiān)測(cè)儀表組成的軸向位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中位移傳感器負(fù)責(zé)在線測(cè)量轉(zhuǎn)子部件的軸向位移量。通常，旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸向位移量較小，在10mm以下，但測(cè)量精度要求較高，在1%以上。274下圖所示為發(fā)電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子部件。275發(fā)電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子部件知識(shí)講解一、電感式位移傳感器的類型需要進(jìn)行小量程、高精度的位移測(cè)量時(shí)往往會(huì)用到電感式位移傳感器，這類傳感器能將輸入的物理量轉(zhuǎn)換為電感（自感或互感）的變化，再由測(cè)量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。電感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度和分辨率高，線性度好。根據(jù)具體結(jié)構(gòu)和工作原理，電感式位移傳感器可以分為變磁阻式、差動(dòng)變壓器式和電渦流式，如圖所示。276277電感式位移傳感器a）變磁阻式位移傳感器b）差動(dòng)變壓器式位移傳感器c）電渦流式位移傳感器狹義的變磁阻式位移傳感器即為自電感式傳感器，是將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電感線圈自感系數(shù)變化的傳感器，這類傳感器因測(cè)量范圍?。◣孜⒚椎綆装傥⒚祝?、靈敏度較低，較少單獨(dú)使用；差動(dòng)變壓器式位移傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器，因其二次線圈接成差動(dòng)形式，且根據(jù)變壓器的基本原理工作，故稱為差動(dòng)變壓器式位移傳感器；電渦流式位移傳感器則是利用導(dǎo)電金屬的渦流效應(yīng)工作的。因?yàn)椴顒?dòng)變壓器式位移傳感器和電渦流式位移傳感器在位移測(cè)量中應(yīng)用廣泛，本課題主要對(duì)這兩類傳感器的知識(shí)進(jìn)行探討。278二、差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器可分為變隙式、變面積式和螺線管式，應(yīng)用最多的是螺線管式，可測(cè)量1~100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，測(cè)量精度高，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。1.工作原理差動(dòng)變壓器式位移傳感器可看成由可動(dòng)鐵芯、一次線圈、兩個(gè)二次線圈組成的變壓器，典型結(jié)構(gòu)如圖a所示，圖中二次線圈3和4反極性串聯(lián)，接成差動(dòng)形式。279280差動(dòng)變壓器式位移傳感器a）典型結(jié)構(gòu)b）工作原理1—可動(dòng)鐵芯2—一次線圈3、4—二次線圈2.輸入輸出特性差動(dòng)變壓器式位移傳感器的輸入輸出特性曲線如圖所示。281差動(dòng)變壓器式位移傳感器的輸入輸出特性曲線3.基本參數(shù)差動(dòng)變壓器式位移傳感器的參數(shù)即這類傳感器的特性指標(biāo)，通常包括靈敏度、零點(diǎn)殘余電壓、線性范圍、相位、頻率特性、溫度特性、吸合力等。（1）靈敏度差動(dòng)變壓器式位移傳感器的靈敏度是指在單位電壓激勵(lì)下，差動(dòng)變壓器鐵芯移動(dòng)一個(gè)單位距離時(shí)的輸出電壓，單位為V/（mm·V）。一般差動(dòng)變壓器的靈敏度大于50mV/（mm·V）。提高線圈的Q值、選擇較高的勵(lì)磁頻率、增大鐵芯直徑、提高勵(lì)磁電壓都可以提高差動(dòng)變壓器的靈敏度。282（2）零點(diǎn)殘余電壓當(dāng)鐵芯位于線圈中間時(shí)，傳感器的理想輸出應(yīng)為零，而實(shí)際差動(dòng)變壓器的輸出存在殘余電壓E0，如圖所示，稱為零點(diǎn)殘余電壓。零點(diǎn)殘余電壓主要由差動(dòng)變壓器自身結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、勵(lì)磁電流與鐵芯磁通的相位差不為零和寄生電容等造成。零點(diǎn)殘余電壓會(huì)使傳感器的輸出在零點(diǎn)附近不靈敏，限制分辨率的提高，且零點(diǎn)殘余電壓太大將使線性度變壞、靈敏度下降，甚至?xí)箓鞲衅鳠o法工作。消除零點(diǎn)殘余電壓的措施通常是采用電路補(bǔ)償，該內(nèi)容將在測(cè)量轉(zhuǎn)換電路部分介紹。283284差動(dòng)變壓器式位移傳感器零點(diǎn)殘余電壓（3）線性范圍一般差動(dòng)變壓器的線性范圍為線圈骨架長(zhǎng)度的1/10~1/4，中段線性較好。（4）頻率特性差動(dòng)變壓器的勵(lì)磁頻率一般為400Hz~10kHz較為適當(dāng)，且應(yīng)大于銜鐵運(yùn)動(dòng)頻率的10倍。（5）溫度特性溫度主要影響差動(dòng)變壓器式位移傳感器的測(cè)量精度。2854.特點(diǎn)差動(dòng)變壓器式位移傳感器具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、堅(jiān)固耐用、適配度高等特點(diǎn)，對(duì)比其余類型的位移傳感器，其具有以下優(yōu)勢(shì)。（1）體積小，安裝使用都很方便。未來的工業(yè)領(lǐng)域往自動(dòng)化方向發(fā)展是必然趨勢(shì)，對(duì)于結(jié)構(gòu)緊湊的自動(dòng)化設(shè)備而言，體積占比非常重要，而差動(dòng)變壓器式位移傳感器體積小，不會(huì)占用太多的設(shè)備內(nèi)部空間，能夠?yàn)槠溆喔又匾脑?jié)省空間。（2）測(cè)量精度高，靈敏度高，可以檢測(cè)到極微小的位移量、振動(dòng)量等非電量參數(shù)信息，將其反饋給上位系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)，可以及時(shí)判斷設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。286（3）堅(jiān)固耐用，防油污，抗寒熱，外殼材質(zhì)大部分都具有防塵防水特性，內(nèi)部元件能夠在-20~80℃的溫度下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無摩擦的測(cè)量結(jié)構(gòu)使其具有較長(zhǎng)的使用壽命。（4）無限的分辨率，因其獨(dú)特的無摩擦測(cè)量結(jié)構(gòu)以及電磁感應(yīng)原理，使得差動(dòng)變壓器式位移傳感器可以感應(yīng)極微小的位移變動(dòng)，分辨率主要與外部電子設(shè)備的可讀性有關(guān)。（5）電氣零位可重復(fù)，因差動(dòng)變壓器式位移傳感器的構(gòu)造對(duì)稱，零位可重復(fù)性高，十分穩(wěn)定，因此在閉環(huán)控制系統(tǒng)中可以作為十分出色的零位指示器應(yīng)用。287差動(dòng)變壓器式位移傳感器因其諸多優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但是也有著各種缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在應(yīng)用范圍上有所限制。差動(dòng)變壓器式位移傳感器的主要缺點(diǎn)如下。（1）接觸式測(cè)量方式，對(duì)于液體、紙張等材質(zhì)無法做到有效檢測(cè)。（2）測(cè)量精度越高，測(cè)量量程就越小，比較適合用于微小參量的檢測(cè)。（3）在振動(dòng)或電磁干擾等環(huán)境下的測(cè)量精度會(huì)受到很大影響。288三、電渦流式位移傳感器電渦流式位移傳感器是利用互感變化工作的另一種傳感器，最大特點(diǎn)是可以對(duì)金屬導(dǎo)電物體進(jìn)行非接觸連續(xù)測(cè)量，由于其非接觸、工作可靠、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、受油水介質(zhì)影響小等特點(diǎn)，因此，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸位移、軸振動(dòng)、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛。2891.工作原理將金屬板置于變化著的磁場(chǎng)中，或者金屬板在固定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生流線閉合的渦流，稱為電渦流。這種在金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感生電渦流的現(xiàn)象，稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。電渦流式位移傳感器是利用探頭線圈產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)使被測(cè)金屬體表面產(chǎn)生電渦流，反過來影響線圈中的電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)參數(shù)的測(cè)量，可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，其中高頻反射式電渦流傳感器在位移檢測(cè)中應(yīng)用較廣泛。290電渦流式位移傳感器的工作原理如圖所示，其工作過程為：傳感器線圈L距金屬板的高度為x。線圈中通以高頻電流is，產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)作用于金屬板表面，產(chǎn)生電渦流；電渦流又產(chǎn)生新的電磁場(chǎng)反作用于線圈L，使線圈的等效電感發(fā)生變化，變化程度取決于線圈L的外形尺寸、距離x、金屬板的電阻率ρ和磁導(dǎo)率μ，以及線圈的勵(lì)磁電流

is

等。保持影響參數(shù)中每次只有一個(gè)變化，則傳感器的輸出就僅和這個(gè)參數(shù)有關(guān)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)該參數(shù)的測(cè)量。根據(jù)所改變參數(shù)的不同，可將電渦流式位移傳感器的測(cè)量分為兩大類：與位移相關(guān)的機(jī)械量的測(cè)量（位移傳感器）和與被測(cè)物體材料相關(guān)參數(shù)的測(cè)量。291292電渦流式位移傳感器的工作原理2.測(cè)量系統(tǒng)的組成電渦流式位移傳感器輸出信號(hào)的特點(diǎn)，決定了位移測(cè)量時(shí)需要配備的電氣元件較多。通常將各種電路集成在稱作“前置器”的模塊中（一體化的傳感器甚至將電路集成在探頭中），將測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)化為由被測(cè)物體、傳感器探頭、前置器、直流電源、延伸電纜等部分組成，輸出信號(hào)需要后續(xù)處理時(shí)還需要信號(hào)采集設(shè)備和便攜式計(jì)算機(jī)，如圖所示。293電渦流式位移傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)四、電感式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路1.差動(dòng)變壓器式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路差動(dòng)變壓器式位移傳感器的輸出為交流信號(hào)，無正負(fù)之分，雖可用相位反映位移方向，但很不方便。配用測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的目的就是要利用輸出信號(hào)的符號(hào)辨別被測(cè)量移動(dòng)的方向，同時(shí)消除或減小零點(diǎn)殘余電壓。常用的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路有相敏檢波電路和差動(dòng)整流電路，其基本思路都是將交流輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流輸出。294（1）相敏檢波電路相敏檢波是指對(duì)兩個(gè)信號(hào)之間的相位進(jìn)行檢波，具有鑒別調(diào)制信號(hào)的相位和選頻能力。通過相敏檢波電路，能夠判別被測(cè)量變化的方向，可將輸入的交流信號(hào)整流成直流電壓信號(hào)。典型相敏檢波電路及其輸出特性如圖所示。輸出電壓的極性能反映鐵芯位移的方向，即鐵芯位置從中心零點(diǎn)向上、下移動(dòng)，對(duì)應(yīng)輸出電壓符號(hào)為正或負(fù)，同時(shí)因?yàn)橄辔粰z波翻轉(zhuǎn)將輸出信號(hào)調(diào)整為過零點(diǎn)的單調(diào)函數(shù)，消除了零點(diǎn)殘余電壓。這種電路要求用于比較的參考電壓與差動(dòng)變壓器的輸出電壓具有相同的頻率和相位，且采用低頻勵(lì)磁電流的場(chǎng)合，另外，還必須設(shè)置移相電路，使上述兩個(gè)電壓的相位一致。295296典型相敏檢波電路及其輸出特性a）二極管相敏檢波電路b）三極管相敏檢波電路c）輸出特性（1—相敏檢波前，2—相敏檢波后）（2）差動(dòng)整流電路差動(dòng)整流電路可分為全波電流輸出、半波電流輸出、全波電壓輸出和半波電壓輸出四種，如圖所示，電流輸出用于連接低阻抗負(fù)載（如線圈式電流表），電壓輸出用于連接高阻抗負(fù)載（如數(shù)字電壓表）。差動(dòng)整流電路是把差動(dòng)變壓器兩個(gè)二次電壓分別整流后，以它們的差作為輸出，這樣二次線圈電壓的相位和零點(diǎn)殘余電壓都不必考慮。優(yōu)點(diǎn)是能消除零點(diǎn)誤差的影響，不需要移相器，電路簡(jiǎn)單，能夠使差動(dòng)變壓器的線性范圍得到擴(kuò)展。297298典型差動(dòng)整流電路a）全波電流輸出b）半波電流輸出c）全波電壓輸出d）半波電壓輸出2.電渦流式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路電渦流式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路可分為采用電橋法和諧振法的兩種電路。299定頻電路測(cè)量原理調(diào)頻電路測(cè)量原理五、電感式位移傳感器的安裝和使用注意事項(xiàng)（1）變磁阻式和差動(dòng)變壓器式位移傳感器為接觸式測(cè)量，安裝時(shí)要使其測(cè)桿與被測(cè)物體垂直、可靠接觸；電渦流式位移傳感器為非接觸式測(cè)量，安裝時(shí)要使探頭正對(duì)被測(cè)面，但不要碰到被測(cè)面。（2）應(yīng)調(diào)節(jié)好傳感器的夾持位置，通過觀測(cè)位移讀數(shù)，使位移在傳感器的線性范圍內(nèi)變化，輸出信號(hào)不應(yīng)超出額定范圍。安裝電渦流式位移傳感器時(shí)，一般將平均間隙選在線性范圍的中點(diǎn)。（3）電渦流式位移傳感器對(duì)測(cè)量表面有要求，被測(cè)物體應(yīng)為金屬導(dǎo)電物體，有一定厚度。300（4）傳感器在使用前應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)（標(biāo)定），當(dāng)被測(cè)物體表面有鍍層時(shí)，傳感器應(yīng)按鍍層材料重新校驗(yàn)。（5）傳感器靈敏度較高，不可敲打、跌落，接線要牢固，固定傳感器殼體時(shí)應(yīng)避免松動(dòng)，但也不可用力太大。（6）盡量使電渦流式位移傳感器遠(yuǎn)離交變磁場(chǎng)作用范圍，或采取磁場(chǎng)屏蔽措施，使其受到的影響最小。301課題三光柵式位移傳感器302學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解光柵的基本功能和特點(diǎn)。

了解光柵測(cè)量的工作原理。

熟悉光柵尺的結(jié)構(gòu)和工作過程。

熟悉光柵式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。

熟悉光柵尺的選型要求。

能正確選擇和安裝光柵式位移傳感器。303知識(shí)引入光柵數(shù)顯測(cè)量系統(tǒng)是一種能自動(dòng)檢測(cè)和顯示被測(cè)量的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，因具有精度高、安裝及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，成為改造舊裝備和實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)化控制的重要手段。光柵數(shù)顯測(cè)量系統(tǒng)利用其核心部件光柵尺對(duì)自動(dòng)化設(shè)備最終運(yùn)動(dòng)件的位移進(jìn)行精確測(cè)量，然后將信號(hào)送給數(shù)顯表顯示或反饋到控制器（數(shù)控機(jī)床中為CNC）中實(shí)現(xiàn)伺服控制。304光柵數(shù)顯測(cè)量系統(tǒng)知識(shí)講解一、光柵的功能和特點(diǎn)光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象工作的光電檢測(cè)元件。測(cè)量中常用的光柵稱為計(jì)量光柵，用于測(cè)量位移、速度、加速度、振幅等物理量。計(jì)量光柵按形狀及用途的不同，可分為長(zhǎng)光柵和圓光柵，如圖所示。長(zhǎng)光柵又稱光柵尺，用于長(zhǎng)度或直線位移的測(cè)量；圓光柵又稱光柵盤，用于角位移的測(cè)量。305306各類光柵實(shí)物圖a）長(zhǎng)光柵b）圓光柵長(zhǎng)光柵的主體部分是標(biāo)尺光柵（主尺）和光柵讀數(shù)頭，測(cè)量時(shí)標(biāo)尺光柵固定在被測(cè)設(shè)備活動(dòng)部件（如機(jī)床工作臺(tái)或絲杠）上，讀數(shù)頭裝在設(shè)備固定部件（如機(jī)床基座）上，當(dāng)活動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，標(biāo)尺光柵和讀數(shù)頭產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，輸出與光柵刻線對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。光柵測(cè)量的特點(diǎn)是測(cè)量范圍大（量程為0~2m時(shí)性價(jià)比很高，更大量程可選擇磁柵），測(cè)量精度高（可達(dá)±1μm），響應(yīng)速度快，為非接觸測(cè)量，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出和自動(dòng)控制，因此廣泛用于數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量中。307二、光柵測(cè)量的工作原理在玻璃尺或玻璃盤上均勻刻畫上如圖所示的等間距、等寬度黑白相間的條紋（黑條紋不透光，稱為柵線），形成連續(xù)的透光區(qū)和不透光區(qū)。柵線的寬度為a，線間間隔為b（一般取a=b），w=a+b稱為光柵的柵距。長(zhǎng)光柵刻線的密度一般為10線/mm、25線/mm、100線/mm、200線/mm。308光柵條紋將柵距相同的兩塊光柵（光柵副）的刻線面相對(duì)重疊在一起，并且使兩光柵的柵線有很小的交角θ，則在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，會(huì)形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開處，由于相互擋光作用而形成暗帶。這種近似垂直于柵線方向的明暗相間的條紋稱莫爾條紋，如圖a所示。莫爾條紋是基于光的干涉效應(yīng)產(chǎn)生的。309莫爾條紋及其間距a）莫爾條紋b）橫向莫爾條紋的距離（設(shè)w1=w2=w，a=b=w/2）三、光柵尺的結(jié)構(gòu)及工作過程光柵尺（光柵直線位移傳感器）通常是由標(biāo)尺光柵（主尺）、光柵讀數(shù)頭（或光柵數(shù)顯表）、可移動(dòng)電纜等部分組成，其中關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，光柵讀數(shù)頭又包括指示光柵、光源、匯聚透鏡、光電元件及驅(qū)動(dòng)線路等，如圖所示。310光柵尺a）外形b）光柵讀數(shù)頭其中光源負(fù)責(zé)供給光柵尺工作時(shí)所需的光能；匯聚透鏡用于將光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成平行光；光電元件用于將莫爾條紋明暗強(qiáng)弱的變化轉(zhuǎn)換為電量輸出。標(biāo)尺光柵和指示光柵組成光柵副，標(biāo)尺光柵測(cè)量時(shí)，通常隨測(cè)量工作臺(tái)（或主軸）移動(dòng)（或轉(zhuǎn)動(dòng)），指示光柵固定。標(biāo)尺光柵的尺寸由測(cè)量范圍確定，指示光柵尺寸較小，能滿足測(cè)量所需的莫爾條紋數(shù)量即可。光柵讀數(shù)頭是實(shí)現(xiàn)細(xì)分、辨向和顯示功能的電子系統(tǒng)。311工作中，標(biāo)尺光柵隨活動(dòng)部件移動(dòng)，與固定的指示光柵間形成相對(duì)位移，對(duì)應(yīng)的莫爾條紋也出現(xiàn)相應(yīng)方向的移動(dòng)，其明暗變化通過光電元件轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號(hào)。將此信號(hào)通過測(cè)量轉(zhuǎn)換電路放大、整形為方波，再經(jīng)微分電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，由辨向電路和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，用數(shù)顯表顯示出位移量。因此，光柵測(cè)量位移的實(shí)質(zhì)是以柵距為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)位移量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的位移量等于計(jì)數(shù)脈沖與柵距的乘積（采用細(xì)分技術(shù)后還要除以細(xì)分?jǐn)?shù)），精度主要由標(biāo)尺光柵的精度決定。312四、光柵式位移傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路1.光電轉(zhuǎn)換莫爾條紋是一條明暗相間的光帶，兩條暗帶中心線間的光強(qiáng)經(jīng)歷了從最暗、漸亮、最亮、漸暗到最暗的漸變過程。標(biāo)尺光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距，光強(qiáng)變化一個(gè)周期，如圖所示。313光強(qiáng)與位移的關(guān)系用光電元件（如光電池）接收光強(qiáng)變化就可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其為接近于正弦波的電壓信號(hào)，即：式中Uo———輸出電壓的均值；

Um———電壓變化的最大值；

x———位移；

w———柵距。此輸出電壓反映了工作臺(tái)位移量的大小。3142.辨向和細(xì)分采用一組光電元件的光柵式位移傳感器，無論光柵正向還是反向移動(dòng)，莫爾條紋都將作明暗變化，光電元件輸出對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。為此，必須設(shè)置辨向電路，以產(chǎn)生相位不同的兩路光電信號(hào)。315光柵式位移傳感器辨向電路五、光柵尺的選型1.準(zhǔn)確度等級(jí)配置光柵尺是為了提高坐標(biāo)軸的定位精度，所以選擇光柵尺時(shí)準(zhǔn)確度等級(jí)是首先要考慮的。通常準(zhǔn)確度等級(jí)有±0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm，可根據(jù)設(shè)計(jì)精度和設(shè)備整體要達(dá)到的精度來選擇。選用高精度光柵尺時(shí)還要考慮光柵尺的熱性能，即要求光柵尺的刻線載體的熱膨脹系數(shù)與光柵尺安裝基體的熱膨脹系數(shù)一致，以克服由于溫度引起的熱變形。另外，測(cè)量長(zhǎng)度超過單個(gè)光柵尺的最大長(zhǎng)度時(shí)可采用光柵尺對(duì)接的方式實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)展。3162.測(cè)量方式光柵尺按測(cè)量方式可分為增量式光柵尺和絕對(duì)式光柵尺兩種。增量式光柵尺通過讀取當(dāng)前位置到初始點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離獲得位置信息。為獲得絕對(duì)位置，在標(biāo)尺光柵上刻有絕對(duì)參考點(diǎn)，讀數(shù)頭經(jīng)過時(shí)輸出1個(gè)正脈沖，每次開機(jī)時(shí)要先回絕對(duì)參考點(diǎn)才能進(jìn)行位置控制。而絕對(duì)式光柵尺是用不同寬度、間距的柵線將絕對(duì)位置以編碼的形式制作到光柵上，光柵尺通電后可從光柵刻線上直接獲得絕對(duì)位置，無須尋找參考點(diǎn)。3173.輸出信號(hào)光柵尺的輸出信號(hào)有電流正弦波、電壓正弦波、TTL方波、TTL差動(dòng)方波以及RS422信號(hào)等。雖然光柵尺輸出信號(hào)波形不同對(duì)設(shè)備線性坐標(biāo)軸的定位精度沒有影響，但必須與設(shè)備相匹配，否則會(huì)導(dǎo)致控制器無法處理光柵尺的輸出信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)運(yùn)用最多的是5VTTL方波輸出和RS422信號(hào)輸出。3184.其他方面在選擇光柵尺之前還要弄清設(shè)備的工作行程（或測(cè)量行程），以確保光柵尺的量程大于工作行程；明確光柵尺是用于直線位移測(cè)量還是直線運(yùn)動(dòng)控制，輸出信號(hào)準(zhǔn)備輸送給數(shù)顯表、運(yùn)動(dòng)控制卡、單片機(jī)還是PLC，以及供電電壓等級(jí)為多少（光柵尺常用5V或24V電源供電）。319課題四霍爾式位移傳感器320學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解常用的角位移傳感器。

了解霍爾傳感器的工作原理和特點(diǎn)。

熟悉霍爾式位移傳感器的常見類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。

能正確選擇和使用霍爾式位移傳感器。321知識(shí)引入在本模塊課題一介紹過的汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中，位置傳感器發(fā)揮著重要作用，其用來檢測(cè)汽車電子加速踏板轉(zhuǎn)角和節(jié)氣門開度信息，選型時(shí)采用了傳統(tǒng)的接觸式角位移傳感器———旋轉(zhuǎn)電位器式位移傳感器。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，但因?yàn)槠渫ㄟ^電刷和電阻基片的接觸滑動(dòng)調(diào)整輸出信號(hào)的大小，導(dǎo)致機(jī)械部件易磨損，磨屑附著在電刷和電阻基片間易產(chǎn)生接觸不良或使輸出阻值改變，且機(jī)械振動(dòng)還可能使電刷瞬間脫開造成接觸不良，因此，有必要考察非接觸式角位移傳感器在這類應(yīng)用中的可能性。322323汽車電子加速踏板知識(shí)講解一、常用的角位移傳感器角位移傳感器是利用敏感元件感受角度變化并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的傳感器。前面課題中介紹的電位器式位移傳感器、差動(dòng)變壓器式位移傳感器、光柵式位移傳感器都有專門的型號(hào)用于角度測(cè)量。在種類繁多的角位移傳感器中，利用霍爾元件工作的非接觸型霍爾式角位移傳感器，因?yàn)槟芸朔鹘y(tǒng)接觸式角位移