傳感器整套教學(xué)教程電子講義教案

科學(xué)出版社任務(wù)1

電位器式位移傳感器

1.1基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1電位器式角位移傳感器結(jié)構(gòu)原理電位器式位移傳感器通過(guò)電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角位移傳感器。圖1所示為電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。圖1位移傳感器工作原理

科學(xué)出版社物體的位移引起電位器移動(dòng)端的電阻變化，阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。輸入與輸出可用下式表示：

式中：U0

為傳感器輸出信號(hào)電壓；x為被測(cè)量位移；L為傳感器敏感電阻長(zhǎng)度；Ui

為輸入電壓，可以是直流，也可以是交流。角位移傳感器的性能指標(biāo)主要有靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等，下面分別進(jìn)行討論：科學(xué)出版社

（1）傳感器輸出線性度它是指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度，有零基線性度、端基線性度、獨(dú)立線性度及絕對(duì)線性度等四種表示方法。線性度定義如圖2所示，定義式為：圖2線性度示意圖

式中：為傳感器在全量程上的最大偏差值；為傳感器的量程?？茖W(xué)出版社

（2）獨(dú)立線性度。從具有斜率和它所在位置的參考直線的實(shí)際函數(shù)特性的最大偏差，選擇最小化的最大偏差，它是由總施加電壓的百分比來(lái)表示的。在指定的理論電氣行程上測(cè)量其大小。如圖3所示：圖3獨(dú)立線性度示意圖

科學(xué)出版社（3）絕對(duì)線性精度絕對(duì)線性度要比獨(dú)立線性度更難以取得。因?yàn)樗莵?lái)自所有被定義的參考直線的實(shí)際函數(shù)特性最大偏差。它用總施加電壓百分比來(lái)表述，在理論電氣行程上測(cè)量其值。在實(shí)際輸出上要求有一個(gè)索引參考點(diǎn)。直線的參考線也許是由指定的上下兩條理論上的端輸出比率所有定義的線相對(duì)于各自的理論電氣行程。除非另有說(shuō)明,這些端輸出比率分別是(0，0)和(1，0)。絕對(duì)線性度的數(shù)學(xué)表達(dá)式：e/E=A(θ/θT)+B+/-C其中A是給定的斜率，B是θ=0時(shí)的截矩，除非另有說(shuō)明：A=1，B=0?？茖W(xué)出版社

（4）靈敏度。傳感器輸出的變化量△Y與引起此變化量的輸入變化量△X之比即為靜態(tài)靈敏度，表達(dá)示為：

傳感器的校正曲線的斜率就是其靈敏度。線性傳感器，斜率處處相同，靈敏度K是一個(gè)常數(shù)。由于某種原因，會(huì)引起靈敏度變化，產(chǎn)生靈敏度誤差。即：（5）輸出平滑性。輸出平滑性是指?jìng)鞲衅髟跍y(cè)量時(shí)，輸出信號(hào)隨時(shí)間的穩(wěn)定性，如圖4所示。

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輸出平滑性受到接觸阻抗的變化，分辨率和在輸出中其他微量非線性輸出的影響，是影響傳感器性能的重要指標(biāo)之一?？捎孟率奖硎荆菏街校篣CC：峰-峰值最大變化，輸出信號(hào)的最大波動(dòng)值；U0：傳感器的理論輸出信號(hào)電壓。

圖4輸出平滑性示意圖

科學(xué)出版社圖5使用功耗與溫度關(guān)系圖

（6）降功耗曲線。傳感器的輸出功率與溫度之間的關(guān)系稱(chēng)為降功耗曲線。一般以傳感器在-55℃到70℃時(shí)功耗為100%，70℃到125℃之間時(shí)功耗開(kāi)始下降直至零。所以在使用時(shí)應(yīng)注意環(huán)境溫度與功耗的關(guān)系。其關(guān)系圖如圖5所示：科學(xué)出版社圖6遲滯特性圖

（7）遲滯。傳感器在正反行程中的輸出輸入曲線不重合性稱(chēng)為遲滯。遲滯可用偏差量與滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示，如下式：式中：△Hmax正反行程間輸出的最大差值；YFS為傳感器的滿量程輸出。遲滯特性如圖6所示。

（8）重復(fù)性。重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎氚赐环较蜃鋈砍踢B續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得的特性曲線不一致的程度。科學(xué)出版社

實(shí)際輸出校正曲線的重復(fù)特性，正行程最大重復(fù)性偏差為△Rmax1，反行程最大重復(fù)性偏差為△Rmax2。重復(fù)性誤差取這兩個(gè)最大偏差之中較大者△Rmax除以滿量程輸出y的百分?jǐn)?shù)表示：

檢測(cè)時(shí)也可以選取幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)點(diǎn)多次從一個(gè)方向趨進(jìn)，獲得輸出值系列yi1，yi2，yi3……，yin算出最大值與最小值之差為重復(fù)性偏差△Ri，在幾個(gè)△Ri中取出最大值作為重復(fù)性誤差?？茖W(xué)出版社

重復(fù)特性如圖7：圖7重復(fù)特性示意圖科學(xué)出版社

（9）分辨率與閥值。分辨率是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定測(cè)量范圍內(nèi)能檢測(cè)出被測(cè)輸入量最小變化值。有時(shí)對(duì)該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)表示為分辨率。閥值是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零點(diǎn)附近的分辨能力。有的傳感器在零位附近非線性嚴(yán)重，形成“死區(qū)”，則將這個(gè)區(qū)的大小稱(chēng)為閥值；更多情況下閥值主要取決于傳感器噪聲的大小。傳感器能檢測(cè)出被測(cè)量的最小變化值一般相當(dāng)于噪聲電平的若干倍，用公式表示：

式中：M—被測(cè)量最小變化量值；c—系數(shù)；N—噪聲電平；K—傳感器靈敏度?？茖W(xué)出版社

（10）穩(wěn)定性。穩(wěn)定性又稱(chēng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即傳感器在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持其原性能的能力。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過(guò)一定規(guī)定時(shí)間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異來(lái)表示，有時(shí)也用標(biāo)定的有效期來(lái)表示。（11）漂移。漂移指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存在著與被測(cè)輸入量無(wú)關(guān)的，不需要的變化。漂移常包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。零點(diǎn)漂移或靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移，又稱(chēng)時(shí)漂和溫漂。時(shí)漂是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化；溫漂是指由周?chē)鷾囟茸兓鸬牧泓c(diǎn)或靈敏度的變化。傳感器的零漂可表示為：△Y0：最大零點(diǎn)偏差；YFS：滿量程輸出?？茖W(xué)出版社

（12）精確度。精確度的評(píng)價(jià)指標(biāo)有三個(gè)：精密度、正確度和精確度。精密度：該指標(biāo)是指對(duì)某一穩(wěn)定的被測(cè)量有同一測(cè)量者用同一傳感器和測(cè)量?jī)x表在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次（即等精度測(cè)量）所得測(cè)量結(jié)果的分散程度。其值越小說(shuō)明測(cè)量越精密。正確度：它說(shuō)明測(cè)量結(jié)果偏離真值大小的程度，即測(cè)量結(jié)果有規(guī)則偏離真值的程度。反映所測(cè)值與真值的符合情況。精確度：通常精確度是以測(cè)量誤差的相對(duì)值來(lái)表示的。傳感器與測(cè)量?jī)x表精確度等級(jí)A以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分?jǐn)?shù)值（如0.001，0.005，0.02，0.05，．．．，1.5，2.5，．．．）進(jìn)行分檔。這個(gè)數(shù)值是傳感器和測(cè)量?jī)x表在規(guī)定條件下，允許的最大絕對(duì)誤差值相對(duì)于其測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù)?？茖W(xué)出版社1.1.2電位器式角位移傳感器基本結(jié)構(gòu)

目前，電位器式角位移傳感器最典型的是精密導(dǎo)電塑料角位移傳感器，它主要由電阻體、轉(zhuǎn)軸及電刷組件和殼體等幾部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖8所示。其中，由導(dǎo)電塑料膜與絕緣基體組成的電阻體的制備是確保傳感器精度的基礎(chǔ)，電刷組件是保證傳感器精度及其機(jī)械壽命的關(guān)鍵。對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的總體要求是在保證機(jī)械強(qiáng)度及其電氣性能的基礎(chǔ)上盡量減小結(jié)構(gòu)尺寸，使傳感器的結(jié)構(gòu)盡量緊湊，以便于安裝使用。科學(xué)出版社圖8精密導(dǎo)電塑料電位器式角位移傳感器結(jié)構(gòu)原理圖科學(xué)出版社

（1）傳感器電阻體的結(jié)構(gòu).導(dǎo)電塑料是一層薄膜，為了得到一定的機(jī)械強(qiáng)度，需要噴涂在絕緣性能良好的塑料基體上構(gòu)成傳感器的電阻體，以保證電阻體具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和電阻穩(wěn)定性。因此，電阻體是傳感器最重要的構(gòu)件，它是個(gè)扁平圓柱體，如圖9所示。主要由三部分組成：一是絕緣基體；二是導(dǎo)電塑料薄膜；三是引出電極。圖9傳感器電阻體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

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（2）轉(zhuǎn)軸及電刷組件的結(jié)構(gòu)。電刷轉(zhuǎn)軸組件主要由轉(zhuǎn)軸、軸承、墊片、擋環(huán)、絕緣軸套、集流環(huán)、電刷臂等零件組成，如圖10所示。圖10轉(zhuǎn)軸組件裝配圖

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（3）外殼的結(jié)構(gòu)。傳感器外殼由底座、端蓋和緊固圈三部分組成，材料采用高強(qiáng)度鋁合金，結(jié)構(gòu)如圖13、圖14和圖15所示，圖中尺寸與傳感器型號(hào)有關(guān)，圖中的尺寸以16型為例。

圖13底座科學(xué)出版社圖14端蓋圖15緊固圈科學(xué)出版社1.1.3電位器式角位移傳感器類(lèi)型根據(jù)敏感電阻材質(zhì)分為金屬膜傳感器、導(dǎo)電塑料傳感器、光敏電阻式傳感器、磁敏式傳感器、金屬玻璃釉傳感器、繞線電阻式傳感器。（1）導(dǎo)電塑料電位器。導(dǎo)電塑料電位器又稱(chēng)為有機(jī)實(shí)心電位器，這種電位器的電阻體用特殊工藝將DAP（鄰苯二甲酸二稀丙脂）電阻漿料覆在絕緣機(jī)體上，加熱聚合成電阻膜，或?qū)AP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內(nèi)形成的實(shí)心體作為電阻體。導(dǎo)電塑料電位器的耐磨性和平滑性好，使用壽命長(zhǎng)，動(dòng)噪聲小，可靠性極高，允許電刷接觸壓力很大，耐化學(xué)腐蝕等十分優(yōu)良的特性。因此它在振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境下仍能可靠地工作。此外，它的分辨率較高，線性度較好，阻值范圍大，能承受較大的功率。它可以用于宇宙裝置、導(dǎo)彈、飛機(jī)雷達(dá)天線的伺服系統(tǒng)等各種場(chǎng)合，是目前最為常用的角位移傳感器?？茖W(xué)出版社

（2）線繞電位器式角位移傳感器。線繞電位器的電阻體由電阻絲纏繞在絕緣物上構(gòu)成，電阻絲的種類(lèi)很多，電阻絲的材料是根據(jù)電位器的結(jié)構(gòu)、容納電阻絲的空間、電阻值和溫度系數(shù)來(lái)選擇的。電阻絲越細(xì)，在給定空間內(nèi)越獲得較大的電阻值和分辨率。但電阻絲太細(xì)，在使用過(guò)程中容易斷開(kāi)，影響傳感器的壽命。（3）合成膜電位器。合成膜電位器的電阻體是用具有某一電阻值的懸浮液噴涂在絕緣骨架上形成電阻膜而成的，這種電位器的優(yōu)點(diǎn)是分辨率較高、阻范圍很寬（100-4.7MΩ），耐磨性較好、工藝簡(jiǎn)單、成本低、輸入—輸出信號(hào)的線性度較好等，其主要缺點(diǎn)是接觸電阻大、功率不夠大、容易吸潮、噪聲較大等。科學(xué)出版社

（4）金屬膜電位器。金屬膜電位器由合金、金屬或金屬氧化物等材料通過(guò)真空濺射或電鍍方法，沉積在陶瓷基體上一層薄膜制成。金屬膜電位器具有無(wú)限的分辨率，接觸電阻很小，耐熱性好，它的滿負(fù)荷溫度可達(dá)70℃。與線繞電位器相比，它的分布電容和分布電感很小，所以特別適合在高頻條件下使用。它的噪聲信號(hào)僅高于線繞電位器。金屬膜電位器的缺點(diǎn)是耐磨性較差，阻值范圍窄，一般在10-100kΩ之間。由于這些缺點(diǎn)限制了它的使用。（5）導(dǎo)電玻璃釉電位器。導(dǎo)電玻璃釉電位器又稱(chēng)為金屬陶瓷電位器，它是以合金、金屬化合物或難溶化合物等為導(dǎo)電材料，以玻璃釉為粘合劑，經(jīng)混合燒結(jié)在玻璃基體上制成的。導(dǎo)電玻璃釉電位器的耐高溫性好，耐磨性好，有較寬的阻值范圍，電阻溫度系數(shù)小且抗?jié)裥詮?qiáng)。導(dǎo)電玻璃釉電位器的缺點(diǎn)是接觸電阻變化大，噪聲大，不易保證測(cè)量的高精度?？茖W(xué)出版社

（6）光電電位器式傳感器。光電電位器是一種非接觸式電位器，它用光束代替電刷，圖16是這種電位器的結(jié)構(gòu)原理圖。光電電位器主要是由電阻體、光電導(dǎo)層和導(dǎo)電電極組成。光電電位器的制作過(guò)程是先在基體上沉積一層硫化鎘或硒化鎘的光電導(dǎo)層，然后在光電導(dǎo)層上再沉積一條電阻體和一條導(dǎo)電電極。在電阻體和導(dǎo)電電極之間留有一個(gè)窄的間隙。平時(shí)無(wú)光照時(shí)，電阻體和導(dǎo)電電極之間由于光電導(dǎo)層電阻很大而呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)。當(dāng)光束照射在電阻體和導(dǎo)電電極的間隙上時(shí)，由于光電導(dǎo)層被照射部位的亮電阻很小，使電阻體被照射部位和導(dǎo)電電極導(dǎo)通，于是光電電位器的輸出端就有電壓輸出，輸出電壓的大小與光束位移照射到的位置有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了將光束位移轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出?？茖W(xué)出版社

圖16光電導(dǎo)型位移傳感器結(jié)構(gòu)原理光電電位器最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸型，不存在磨損問(wèn)題，它不會(huì)對(duì)傳感器系統(tǒng)帶來(lái)任何有害的摩擦力矩，從而提高了傳感器的精度、壽命、可靠性及分辨率。光電電位器的缺點(diǎn)是接觸電阻大，線性度差。由于它的輸出阻抗較高，需要配接高輸入阻抗的放大器。盡管光電電位器有著不少的缺點(diǎn)，但由于它的優(yōu)點(diǎn)是其它電位器所無(wú)法比擬的，因此在許多重要場(chǎng)合仍得到應(yīng)用。科學(xué)出版社1.3任務(wù)實(shí)施：電位器式角位移變送器電位器式角位移傳感器要用于位移時(shí)的檢測(cè)，還需要對(duì)其輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換，在控制系統(tǒng)中一般都需要標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓信號(hào)，這里介紹一種用XTR101將電位器式傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的位移變送器。

XTR101是由美國(guó)BB公司開(kāi)發(fā)的4-20mA兩線制通用變送器集成芯片，DIP封裝的管腳排列如圖17所示。

圖17XRT101管腳排列圖科學(xué)出版社

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)閥門(mén)、電閘等電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、位移、中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓等，都可以選用導(dǎo)電塑料型電位器式位移傳感器與XTR101組成的位移變送器，將位移信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)，來(lái)調(diào)整和控制角位移量或是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。下面介紹由導(dǎo)電塑料角位移傳感器與XRT101組成的角位移變送器原理，有條件的可安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)物制作?？茖W(xué)出版社

導(dǎo)電塑料電位器具有分辨力強(qiáng)、能耐受環(huán)境影響、耐磨性能好、長(zhǎng)壽命(5000萬(wàn)次)、高精度(土0.1%)、高可靠、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)電塑料電位器與XTR101組成的位移變送器電路原理如圖18所示，其中RC為角位移傳感器的電阻，應(yīng)選用幾百歐左右的小電阻傳感器，受lmA恒流激勵(lì)，它與R8、R9組成一比例控制測(cè)量電路，R8、R9和RC這3個(gè)電阻所組成的比例測(cè)量電路應(yīng)保證輸入3腳的電壓不超過(guò)1V且不低于100mV，以保證變送器正常工作。RC的動(dòng)臂與被控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于被控信號(hào)的采集，輸出的變化電勢(shì)直接給XTR101的3腳。R10和R2串接，受lmA恒流激勵(lì)，組成一分壓電路，為XTR101的4腳提供一個(gè)固定的基準(zhǔn)電勢(shì)，這個(gè)基準(zhǔn)電勢(shì)的大小與角位移的控制要求有關(guān)，應(yīng)根據(jù)測(cè)量與控制要求進(jìn)行選取，但要保證輸入4腳的基準(zhǔn)電壓不超過(guò)1V。經(jīng)XTR101的差分比較、放大和V/I轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流，供整個(gè)系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)用?？茖W(xué)出版社圖18角位移與XRT101構(gòu)成的變送器原理圖科學(xué)出版社1.3拓展學(xué)習(xí)：電位器式線位移傳感器電位器式線位移傳感器是測(cè)量和控制位移、距離、伸長(zhǎng)、移動(dòng)、厚度、振動(dòng)、膨脹、液位、壓縮，應(yīng)變等等物理量的有力工具。它通過(guò)特定的機(jī)電結(jié)構(gòu)將直線位移量轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再由測(cè)量電路變成電壓信號(hào)輸出，與電位器式角位移傳感器工作原理一樣，不同的是其機(jī)電構(gòu)造有所區(qū)別，將角位移的轉(zhuǎn)動(dòng)方式變成了往復(fù)滑動(dòng)方式。目前，隨著變送技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有能輸出電流、電壓、或SSI等多種信號(hào)的智能型線位移測(cè)量傳感器。可廣泛應(yīng)用于航天、航空、電力、水利、石油化工、機(jī)械、軍工、醫(yī)療、紡織、汽車(chē)、煤炭、地震監(jiān)測(cè)、高等院校及科研院所等各領(lǐng)域，既可與儀表配套使用，也可以單獨(dú)使用。科學(xué)出版社

（1）電位器式線位移傳感器結(jié)構(gòu)原理。導(dǎo)電塑料線位移傳感器根據(jù)位移實(shí)現(xiàn)形式不同有拉桿式和壓桿式兩類(lèi)，基本原理與角位移傳感器是一樣的，但在具體結(jié)構(gòu)上有較大差異，電阻軌道是直線型分布的。圖20為拉桿式結(jié)構(gòu)，測(cè)量位移時(shí)測(cè)桿被拉出。主要由接線柱（1）、導(dǎo)向桿（2）、底座（3）、密封蓋（4）、絕緣襯（5）、電刷（6）、測(cè)量桿（7）、復(fù)位彈簧（8）、導(dǎo)電塑料膜（9）和電阻基體（10）組成。測(cè)量桿與導(dǎo)向桿空套在一起，導(dǎo)向桿一端固定在底座上，絕緣襯與導(dǎo)向桿空套聯(lián)接，與測(cè)量桿和電刷則是用粘結(jié)劑粘貼固定，使電刷能與測(cè)量桿一起沿導(dǎo)向桿滑移。電刷有四到六個(gè)觸頭，分別與兩條電阻軌道接觸，使兩條電阻構(gòu)成一個(gè)可變電阻結(jié)構(gòu)，一條為主電阻，兩端均有電極聯(lián)出，一條為輔助電阻，只有一端有電極，這樣構(gòu)成傳感器的三個(gè)電極，使位移的變化轉(zhuǎn)換成電阻的改變，實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量?？茖W(xué)出版社圖20拉桿式線位移傳感器結(jié)構(gòu)原理科學(xué)出版社圖21壓桿式線位移傳感器結(jié)構(gòu)原理

上圖為壓桿式，測(cè)量時(shí)測(cè)桿被壓進(jìn)傳感器內(nèi)，結(jié)構(gòu)基本上與拉桿式相同，也是由接線柱、導(dǎo)向桿、底座、上蓋、絕緣襯、電刷、測(cè)量桿、復(fù)位彈簧、導(dǎo)電塑料膜和電阻基體等組成。區(qū)別在于復(fù)位彈簧的位置，壓桿式的復(fù)位彈簧在導(dǎo)向桿與絕緣襯之間，將測(cè)量桿頂出傳感器底座外面，而拉桿式的復(fù)位彈簧將測(cè)量桿壓在傳感器底座內(nèi)?？茖W(xué)出版社

圖22為導(dǎo)電塑料線位移傳感器的電阻體結(jié)構(gòu)，在絕緣基體上噴涂或印刷兩條電阻軌道，方法與角位移的電阻體相似，兩端有涂銀電極層，與輸出電極聯(lián)接。電阻軌道的寬度和厚度與傳感器的型號(hào)大小有關(guān)，一般在3mm寬，0.02mm厚左右。圖22敏感電阻元件科學(xué)出版社圖23電刷圖23為傳感器的電刷結(jié)構(gòu)，采用鈀金合金材料，厚度在0.5mm左右，結(jié)構(gòu)型式比較多，主要根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)要求而定。為使接觸平穩(wěn)，故采用分叉結(jié)構(gòu)，由2到3個(gè)觸頭構(gòu)成一組，以便獲得更好的接觸效果，降低接觸噪聲。圖24底座科學(xué)出版社

圖24為傳感器底座，可采用鑄鋁材料，底部為安放電阻基體的槽，兩端開(kāi)的中心大小不同，一力裝導(dǎo)向桿，需緊配合，一邊穿測(cè)量桿，是松配合?？拷撞侩娮璨厶庛@直徑為3mm的通孔，用于裝接線柱，接線柱與底座之間要絕緣隔開(kāi)，采用粘結(jié)劑聯(lián)接。接線柱與銀電極之間焊有合金絲引線，以將導(dǎo)電塑料電阻膜與接線柱相聯(lián)。為了提高測(cè)量時(shí)移動(dòng)的靈活性可適當(dāng)加潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。底座也可用鋁型材，如方管或圓管，視具體需要而定，用型材時(shí)需設(shè)置兩邊端蓋，此時(shí)兩端蓋的中心孔要有保持良好的同軸度，不然會(huì)使移動(dòng)不順，產(chǎn)生卡死現(xiàn)象?？茖W(xué)出版社

（2）電位器式線位移傳感器類(lèi)型電位器式線位移傳感器的類(lèi)型主要有拉桿式和滑動(dòng)式兩類(lèi)。通用拉桿式導(dǎo)電塑料電位器式線位移傳感器已經(jīng)有系列產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)有多家生產(chǎn)企業(yè)，有效行程在75mm-1250mm之間，兩端均有4mm緩沖行程，精度0.05%-0.04%FS。外殼表面陽(yáng)極處理，防腐蝕能力強(qiáng)。內(nèi)置導(dǎo)電塑料測(cè)量單元無(wú)溫漂、壽命長(zhǎng)，具有自動(dòng)電氣接地功能。密封等級(jí)為IP67，自帶DIN430650標(biāo)準(zhǔn)插頭插座，可以適用在大多數(shù)通用場(chǎng)合。拉桿球頭具有0.5mm自動(dòng)對(duì)中功能，允許極限運(yùn)動(dòng)速度為10m/s。科學(xué)出版社

通用滑動(dòng)式導(dǎo)電塑料電位器式線位移傳感器也有系列產(chǎn)品，有效行程75mm-3000mm，兩端均有4mm緩沖行程，精度0.05%-0.02%FS。外殼表面陽(yáng)極處理，防腐蝕性強(qiáng)，內(nèi)置導(dǎo)電塑料測(cè)量單元無(wú)溫漂、壽命長(zhǎng)，具有自動(dòng)電氣接地功能，密封等級(jí)為IP54(向下安裝時(shí)為IP57)，自帶DIN430650標(biāo)準(zhǔn)插頭插座，可以適用在大多數(shù)通用場(chǎng)合，特別是長(zhǎng)度方向受到限制、對(duì)中較困難的場(chǎng)合。拉桿配合球頭具有10mm自動(dòng)校正功能，允許極限運(yùn)動(dòng)速度為10m/s。科學(xué)出版社

（3）電位器式線位移傳感器應(yīng)用場(chǎng)合

KTC、KTM、LS型拉桿結(jié)構(gòu)為一般通用結(jié)構(gòu)，配合可選拉球萬(wàn)向頭或魚(yú)眼萬(wàn)向頭，可以減少因安裝的非對(duì)中性而帶來(lái)的不良影響，適用于注塑機(jī)，紡織機(jī)械，木工機(jī)械等行業(yè)；KPC、KPM兩端固定帶絞接運(yùn)動(dòng)型，適合擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，傳感器本體無(wú)法固定在測(cè)量系統(tǒng)中,會(huì)隨著測(cè)量運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；KTF、KFM滑塊型適應(yīng)最小安裝長(zhǎng)度尺寸小的場(chǎng)合，配合加長(zhǎng)臂，可以消除安裝時(shí)的非對(duì)中帶來(lái)的不良影響；KTR型是一款微型自恢復(fù)式拉桿結(jié)構(gòu)，無(wú)需牽引安裝；KPF型法蘭面固定結(jié)構(gòu)則可以檢測(cè)腔體內(nèi)部位移?？茖W(xué)出版社

（4）電位器式線位移傳感器的選用這種傳感器選用時(shí)要根據(jù)以下幾方面進(jìn)行：一是根據(jù)測(cè)量要求達(dá)到的準(zhǔn)確度和線性度來(lái)選擇傳感器的線性精度等級(jí)和分辨力大??；二是根據(jù)測(cè)量要求的最大幅值來(lái)選擇傳感器的合理量程范圍；三是根據(jù)測(cè)量環(huán)境中的振動(dòng)、粉塵、溫濕度等狀況合理選擇傳感器的密封等級(jí)、抗振動(dòng)等級(jí)等情況；四是根據(jù)測(cè)量或控制要求達(dá)到的速度來(lái)選擇傳感器的工作速度；五是按經(jīng)濟(jì)原則合理選擇傳感器的使用壽命，以符合最佳性?xún)r(jià)比要求?？茖W(xué)出版社

（5）電位器式線位移傳感器使用要求首先，供電電壓要穩(wěn)定。工業(yè)電源要求±0.1%的穩(wěn)定性，如基準(zhǔn)電壓10V，允許有±0.01V的波動(dòng)，否則會(huì)導(dǎo)致顯示的不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。只要顯示波動(dòng)幅度不超過(guò)波動(dòng)電壓的波動(dòng)幅度，位移傳感器電子尺就屬于正常工作。其次，在使用操作過(guò)程中要防止靜電干擾。靜電干擾和調(diào)頻干擾很容易使電位器式線位移傳感器顯示數(shù)字跳動(dòng)。設(shè)備的強(qiáng)電線路與傳感器的信號(hào)線要分開(kāi)線槽。傳感器應(yīng)使用強(qiáng)制接地，且使傳感器外殼良好接地，信號(hào)線要使用屏蔽線，且在電源一側(cè)應(yīng)將屏蔽線接地。靜電干擾時(shí)，一般萬(wàn)用表的電壓測(cè)量非常正常，但是顯示數(shù)字跳動(dòng)，高頻器干擾時(shí)其現(xiàn)象也一樣。科學(xué)出版社

第三，不能接錯(cuò)三條線。傳感器的“1”、“3”線是電源線，“2”是輸出線，除電源線(“1”、“3”線)可以調(diào)換外，“2”線只能是輸出線。上述線一旦接錯(cuò)，將出現(xiàn)線性誤差大，出現(xiàn)控制非常困難，控制精度差，容易顯示跳動(dòng)等現(xiàn)象。第四、用干電池作電源時(shí)，容量要充足。如果電源容量太小，容易發(fā)生如下情況：合模運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致射膠傳感器顯示跳動(dòng)，或熔膠運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致合模傳感器的顯示波動(dòng)。特別是電磁閥驅(qū)動(dòng)電源于傳感器供電電源在一起時(shí)容易出現(xiàn)上述情況，嚴(yán)重時(shí)可以用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量到電壓的波動(dòng)。如果在排除了靜電干擾、高頻干擾，對(duì)中性不好的情況下仍不能解決問(wèn)題，也可以懷疑是電源的功率偏小?？茖W(xué)出版社

第五，安裝對(duì)中性要好。角度容許±2°誤差，平行度容許±0.5mm，如果角度誤差和平行度誤差都偏大，就會(huì)導(dǎo)致顯示數(shù)字跳動(dòng)。在這種情況下，一定要對(duì)角度和平行度的調(diào)整。第六，防止短路。傳感器工作過(guò)程中,有規(guī)律的在某一點(diǎn)顯示數(shù)據(jù)跳動(dòng)或不顯示數(shù)據(jù),這種情況就要檢查連接線絕緣是否有破損，避免與機(jī)器的金屬外殼有規(guī)律的接觸引發(fā)的對(duì)地短路。第七，避免老化。對(duì)于使用時(shí)間很久的傳感器，密封老化，可能有很多雜質(zhì)，并有油、水混合物，影響電刷的接觸電阻，導(dǎo)致顯示數(shù)字跳動(dòng)，可以認(rèn)為是位移傳感器電子尺本身的早期損壞。科學(xué)出版社

（6）電位器式線位移傳感器使用注意事項(xiàng)第一，電路雖采用了內(nèi)部電源保護(hù)措施，還是需要用戶(hù)進(jìn)行檢查后再接通電源。不要超過(guò)額定電壓值，以免影響測(cè)量的精確性和帶來(lái)不必要的損失；第二，傳感器的安裝位置最好不要靠近強(qiáng)電磁場(chǎng)，如無(wú)特殊說(shuō)明，保證傳感器不在對(duì)金屬?gòu)?qiáng)烈腐蝕作用的環(huán)境中使用；第三，被測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡最好與傳感器測(cè)桿的軸線平行，這樣測(cè)量結(jié)果就是移動(dòng)量。如傳感器測(cè)頭移動(dòng)，測(cè)頭與被測(cè)物的接觸面不應(yīng)凹凸不平；第四，安裝使用傳感器，應(yīng)輕拿輕放，避免敲打與跌落。固定傳感器時(shí)，夾緊殼體即可，不可用力太大、太猛，更不可使殼體出現(xiàn)凹陷、變形，影響測(cè)量精確度。注意其測(cè)量量程，請(qǐng)勿超量程使用，而損壞傳感器；第五，注意傳感器通電預(yù)熱5分鐘后方可進(jìn)行正式測(cè)量；第六，傳感器是精密測(cè)量?jī)x器，出廠前進(jìn)行了檢定與老化。使用過(guò)程中不可隨意拆卸，否則影響測(cè)量精確性，還可能造成傳感器損壞?？茖W(xué)出版社任務(wù)2

數(shù)字式位移傳感器

2.1基礎(chǔ)知識(shí)：霍爾式角位移傳感器目前市場(chǎng)上常用的角位移傳感器是電位器式角位移傳感器，它技術(shù)成熟、價(jià)格便宜，但只能輸出模擬信號(hào)、測(cè)量角度范圍只有350°左右，由于電刷的存在，機(jī)械壽命只有幾百萬(wàn)次，屬于接觸式測(cè)量。而基于霍爾效應(yīng)的非接觸式角位移傳感器具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它能輸出數(shù)字式、脈沖式和模擬式等多種信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)死角測(cè)量，理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)限壽命等等特點(diǎn)，是位移傳感器的發(fā)展方向?？茖W(xué)出版社2.1.1霍爾傳感器的工作原理科學(xué)出版社1）概述：

霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，得到廣泛的應(yīng)用?？梢詸z測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。2）特點(diǎn)：

霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

科學(xué)出版社3）霍爾元件

金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。科學(xué)出版社

設(shè)圖中的材料是Ｎ型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在ｚ軸方向的磁場(chǎng)作用下，電子將受到一個(gè)沿ｙ軸負(fù)方向力的作用，這個(gè)力就是洛侖茲力。它的大小為：

FL=qvB

科學(xué)出版社

在洛侖茲力的作用下，電子向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使該側(cè)形成負(fù)電荷的積累，另一側(cè)則形成正電荷的積累。這樣，A、B兩端面因電荷積累而建立了一個(gè)電場(chǎng)Ｅｈ，稱(chēng)為霍爾電場(chǎng)。該電場(chǎng)的強(qiáng)度為Eh=vB在A與B兩點(diǎn)間建立的電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電壓，用UH表示

UH=Ehb=vBb

科學(xué)出版社

由上式知，霍爾電壓的大小決定于載流體中電子的運(yùn)動(dòng)速度，它隨載流體材料的不同而不同。材料中電子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)速度的大小常用載流子遷移率來(lái)表征，所謂載流子遷移率，是指在單位電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，載流子的平均速度值。載流子遷移率用符號(hào)μ表示，μ=v/EI。其中EI是C、D兩端面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度。它是由外加電壓U產(chǎn)生的，即EI＝U/L。因此我們可以把電子運(yùn)動(dòng)速度表示為v=μU/l。這時(shí)上式可寫(xiě)為:科學(xué)出版社當(dāng)材料中的電子濃度為n時(shí)，有如下關(guān)系式:I=nqbdv

即

將上式代入前式可得

KH為霍爾靈敏度，它表示一個(gè)霍爾元件在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓的大小，KH=RH/d，它的單位是mV/(mA·T)科學(xué)出版社通過(guò)以上分析可知：1）霍爾電壓UH與材料的性質(zhì)有關(guān)，霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料。2）霍爾電壓UH與元件的尺寸有關(guān)。

d愈小，KH愈大，霍爾靈敏度愈高，所以霍爾元件的厚度都比較薄，但d太小，會(huì)使元件的輸入、輸出電阻增加。

霍爾電壓UH與控制電流及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)?？刂齐娏骱愣〞r(shí)愈大愈大。當(dāng)磁場(chǎng)改變方向時(shí)，也改變方向?？茖W(xué)出版社2.1.2霍爾元件

霍爾電壓UH正比于控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度。在實(shí)際應(yīng)用中，總是希望獲得較大的霍爾電壓。通過(guò)霍爾元件的最大允許控制電流為霍爾元件在最大允許溫升下的最大開(kāi)路霍爾電壓：科學(xué)出版社霍爾元件的組成：由霍爾片、四根引線和殼體組成，如下圖示?？茖W(xué)出版社集成霍爾元件：

集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量線路集成在一起的一種傳感器。它取消了傳感器和測(cè)量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越愛(ài)到眾的重視。6.1.2.1開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器

開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器是把霍爾元件的輸出經(jīng)過(guò)處理后輸出一個(gè)高電平或低電平的數(shù)字信號(hào)?；魻栭_(kāi)關(guān)電路又稱(chēng)霍爾數(shù)字電路，由穩(wěn)壓器、霍爾片、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成?？茖W(xué)出版社2.1.2.2線性集成霍爾傳感器

線性集成霍爾傳感器是把霍爾元件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號(hào)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成比例。通常由霍爾元件、差分放大、射極跟隨輸出及穩(wěn)壓四部分組成，它的電路比較簡(jiǎn)單，用于精度要求不高的一些場(chǎng)合。6.1.2.3差動(dòng)霍爾電路(雙霍爾電路)

它的霍爾電壓發(fā)生器由一對(duì)相距2.5mm的霍爾元件組成，使用時(shí)在電路背面放置一塊永久磁體，當(dāng)用鐵磁材料制成的齒輪從電路附近轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，一對(duì)霍爾片上產(chǎn)生的霍爾電壓相位相反，經(jīng)差分放大后，使器件靈敏度大為提高。科學(xué)出版社2.1.3霍爾式角位移傳感器結(jié)構(gòu)霍爾效應(yīng)自1879年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，隨著集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，霍爾集成元件芯片得到越來(lái)越多的應(yīng)用?；魻柺浇俏灰苽鞲衅髦饕ㄐ盘?hào)調(diào)理電路9、磁鐵2、軸承透蓋3、絕緣隔套8、軸承座4、尼龍軸套7、轉(zhuǎn)軸6、開(kāi)口擋圈5和后蓋11等組成。如下圖所示。科學(xué)出版社

傳感器信號(hào)調(diào)理電路以AS5045芯片為核心，采用帶表面絕緣層的雙面敷銅板。電路由AS5045和405B兩塊集成電路為主構(gòu)成，只需少量外接器件就可實(shí)現(xiàn)對(duì)角位移信號(hào)的采集、放大及數(shù)字化處理，獲得SSI、PWM等多種信號(hào)輸出形式，反應(yīng)時(shí)間在1ms以?xún)?nèi)。電路原理如下圖所示。

科學(xué)出版社2.2任務(wù)實(shí)施：霍爾式汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器的檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置信息是噴油器工作的依據(jù)，因此，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作至關(guān)重要。它又叫發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其作用是采集曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸入發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（EUC），用于確定噴油器的噴射順序、噴射正時(shí)、點(diǎn)火正時(shí)等，并根據(jù)信號(hào)監(jiān)測(cè)到的曲軸轉(zhuǎn)角波動(dòng)大小來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否有失火現(xiàn)象。它是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制中非常重要的一個(gè)傳感器。當(dāng)它不發(fā)出信號(hào)時(shí)，ECU就認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，噴油器就不會(huì)工作，點(diǎn)火裝置也不能正常工作。因此，一旦這個(gè)傳感器發(fā)生故障，汽車(chē)就無(wú)法啟動(dòng)了。科學(xué)出版社

曲軸位置傳感器一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前端、分電器內(nèi)或靠近飛輪的變速器殼體上這樣三個(gè)位置，個(gè)別汽車(chē)會(huì)將其安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中部的下側(cè)。曲軸位置傳感器的類(lèi)型主要有磁電感應(yīng)式、光電式和霍爾式三種，這里主要介紹霍爾式曲軸位置傳感器?；魻柺角S位置傳感器利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生與曲軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的脈沖電壓信號(hào)，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)分為葉片式和輪齒式兩種?？茖W(xué)出版社2.2.1葉片式霍爾曲軸位置傳感器2.2.1.1結(jié)構(gòu)組成葉片式霍爾曲軸位置傳感器由觸發(fā)葉輪、霍爾元件、鐵芯和磁鐵組成，如下圖所示。觸發(fā)葉輪安裝在轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子軸隨曲軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪上有葉片。因此，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片便在霍爾元件與磁鐵間產(chǎn)生斷續(xù)運(yùn)動(dòng)，從而使霍爾元件輸出脈沖信號(hào)?？茖W(xué)出版社2.2.1.2基本原理葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)葉片在霍爾元件與磁鐵之間會(huì)產(chǎn)生兩種狀態(tài)：一種是葉片進(jìn)入氣隙時(shí)磁場(chǎng)被旁路，就是磁鐵直接與葉片構(gòu)成磁通路而不經(jīng)過(guò)霍爾元件，使霍爾元件的霍爾電壓為零，導(dǎo)致霍爾集成電路輸出極截止，傳感器輸出高電平U+，如下圖（a）所示；另一種是葉片離開(kāi)氣隙時(shí)，磁鐵與磁軛構(gòu)成穿過(guò)霍爾元件的磁路，此時(shí)霍爾元件便產(chǎn)生一個(gè)霍爾電壓UH，導(dǎo)致傳感器輸出低電平U-，如下圖（b）所示。發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU就是根據(jù)傳感器過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)計(jì)算出曲軸的轉(zhuǎn)角及活塞的上止點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火和噴油時(shí)刻的精確控制的?？茖W(xué)出版社（a）葉片進(jìn)入氣隙時(shí)磁場(chǎng)被旁路（b）葉片離開(kāi)氣隙時(shí)磁場(chǎng)通過(guò)霍爾元件科學(xué)出版社2.2.2輪齒式霍爾曲軸位置傳感器2.2.2.1結(jié)構(gòu)組成輪齒式霍爾曲軸位置傳感器一般由霍爾傳感器（霍爾信號(hào)發(fā)生器）和信號(hào)轉(zhuǎn)子兩部分組成，不同車(chē)系略有差別，下圖是大眾車(chē)系的輪齒式霍爾曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。科學(xué)出版社2.2.2.2基本原理為了說(shuō)明方便，本書(shū)以北京切諾基吉普車(chē)為例加以說(shuō)明，如下圖所示，4缸與6缸略有差別。在排量為2.5L的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，輪齒式霍爾曲軸位置傳感器中的轉(zhuǎn)子信號(hào)飛輪上開(kāi)有8個(gè)槽，槽與槽間相隔20°；4個(gè)槽為1組，共有2組，組與組間相隔180°。而在排量為4L的發(fā)動(dòng)機(jī)中，輪齒式霍爾曲軸位置傳感器中的轉(zhuǎn)子信號(hào)飛輪上則開(kāi)有12個(gè)槽，槽與槽間相隔也是20°；同樣是4個(gè)槽為1組而分為3組，組與組間則是相隔了120°。因此，兩者的信號(hào)空間相位有所不同?？茖W(xué)出版社科學(xué)出版社

當(dāng)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子飛輪上的凹槽正對(duì)霍爾信號(hào)發(fā)生器時(shí)，輪齒式霍爾曲軸位置傳感器輸出5V高電位，而當(dāng)飛輪凸齒正對(duì)信號(hào)發(fā)生器時(shí)，傳感器就輸出0.3V的低電平信號(hào)，由此形成高低電平的脈沖信號(hào)。每當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)輪齒傳感器就產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)，因此，傳感器轉(zhuǎn)過(guò)1組齒槽時(shí)就產(chǎn)生了4個(gè)電脈沖信號(hào)。4缸發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)1周產(chǎn)生2組脈沖信號(hào)，而6缸發(fā)動(dòng)機(jī)則產(chǎn)生3組脈沖。ECU就根據(jù)傳感器輸入的脈沖信號(hào)來(lái)計(jì)算出曲軸的位置和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，ECU還可根據(jù)傳感器提供的每組脈沖信號(hào)來(lái)確定氣缸活塞的位置?？茖W(xué)出版社

例如：在4缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，可利用1組脈沖信號(hào)來(lái)確定1缸和4缸活塞的上止點(diǎn)，利用另1組脈沖信號(hào)來(lái)確定2缸和3缸活塞的上止點(diǎn)；同樣，在6缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，利用1組脈沖信號(hào)，在同一時(shí)間點(diǎn)可確定1和6缸、2和5缸及3和4缸活塞的上止點(diǎn)。由信號(hào)轉(zhuǎn)子飛輪與傳感器的信號(hào)發(fā)生器的位置關(guān)系，ECU從接收每一組脈沖信號(hào)的第一個(gè)脈沖上升沿開(kāi)始，能確定有兩缸的活塞下在向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，6缸發(fā)動(dòng)機(jī)也是一樣的。由于第四個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿與活塞位于上止點(diǎn)前4位置相對(duì)應(yīng)，因此，ECU根據(jù)一組脈沖信號(hào)的第一個(gè)下降沿，就能確定下在向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)活塞的位置，但不能確定是哪個(gè)缸的活塞，也不能對(duì)這兩個(gè)缸的工作行程進(jìn)行判斷，所以還需要一個(gè)氣缸判斷信號(hào)，即還需要一個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器?？茖W(xué)出版社2.2.2.3檢測(cè)輪齒式霍爾曲軸位置傳感器為3端子插頭，有A、B和C3個(gè)接線端，A端接電源，與ECU的7號(hào)端子插接，B端為信號(hào)輸出口，與ECU的24號(hào)端子插接，C端是接地端，與ECU的4號(hào)端子插接。1.傳感器電源電壓的檢測(cè)方法是：將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于ON位置，用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量ECU的7號(hào)端子與4號(hào)端子間的電壓，正常值為8V，測(cè)量傳感器的A與C間的電壓也應(yīng)為8V，否則就是存在電源連接問(wèn)題的，需要進(jìn)一步檢查連接線路?？茖W(xué)出版社2.傳感器輸出信號(hào)電壓的檢測(cè)方法是：用萬(wàn)用表的電壓檔分別測(cè)量傳感器的A與C及B與C間的電壓，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，A與C間正常電壓為8V，而B(niǎo)與C間電壓應(yīng)在5V和0.3V間轉(zhuǎn)換，且是脈沖形變化。否則就存在問(wèn)題，需要作進(jìn)一步檢查處理。若B與C間測(cè)不到電壓，則說(shuō)明傳感器損壞，需要更換。

3.傳感器電阻測(cè)量：將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于OFF位置，撥下傳感器接線端子，用萬(wàn)用表的電阻檔測(cè)量A與B間和A與C間的電阻值，均應(yīng)是無(wú)窮大才是正常的，若顯示有一定大小的電阻，則說(shuō)明傳感器已遭損壞，需要更換。科學(xué)出版社2.3拓展學(xué)習(xí)：光柵、磁柵及容柵2.3.1光柵位移傳感器

1）光柵測(cè)量位移原理光柵位移傳感器利用光柵副產(chǎn)生的莫爾條紋進(jìn)行位移的測(cè)量，主要由光源系統(tǒng)、光柵副和光電接收元件所組成，如下圖所示。圖中光源1和透鏡2構(gòu)成光路系統(tǒng)；主光柵3（又叫標(biāo)尺光柵）和指示光柵4構(gòu)成光柵副，一般指示光柵沿主光柵移動(dòng)產(chǎn)生位移；5為光電接收元件，將光柵副產(chǎn)生的莫爾條紋轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，其中光柵副是光柵傳感器中最主要的部分?？茖W(xué)出版社

上圖中的主光柵和指示光柵的具體結(jié)構(gòu)類(lèi)型有長(zhǎng)光柵和圓光柵兩類(lèi)，如下圖所示。

長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)示意圖

圓光柵結(jié)構(gòu)示意圖

科學(xué)出版社2）長(zhǎng)光柵的莫爾條紋把光柵常數(shù)相等的主光柵和指示光柵刻線面相對(duì)疊合在一起，如下圖所示，中間留有很小的間隙，并使兩者柵線之間保持很小夾角θ，當(dāng)有光照時(shí)就會(huì)在近似于垂直柵線方向出現(xiàn)明暗相間的條紋，即在a-a線上形成亮帶，而在b-b

線上形成暗帶。這種明暗相間的條紋，稱(chēng)之為莫爾條紋。

科學(xué)出版社

上式說(shuō)明莫爾條紋的方向與光柵的移動(dòng)方向（x方向）只相差θ/2，即近似于與柵線方向相垂直，故此莫爾條紋又稱(chēng)為橫向莫爾條紋，如前圖所示。同時(shí)又表明莫爾條紋的間距是放大了的光柵柵距。這種橫向莫爾條紋具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：Ⅰ.平均效應(yīng)。莫爾條紋是由光柵上所有柵線共同形成的，對(duì)光柵柵線的刻劃誤差有很好的平均作用，從而能在很大程度上消除刻線周期誤差對(duì)測(cè)量精度的影響。Ⅱ.放大作用。從上式可明顯看出光柵有放大作用，放大倍數(shù)為：K=W/B≈1/θ。由于θ角很小，故K值可達(dá)到很大。柵距W

是很小的，很難觀察，而莫爾條紋卻清晰可見(jiàn)。Ⅲ.對(duì)應(yīng)關(guān)系。主副光柵沿與柵線垂直的方向（x方向）相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋沿兩柵線夾角θ的平分線方向移動(dòng)。兩光柵相對(duì)移動(dòng)一柵距W時(shí)莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B。當(dāng)光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋亦反向移動(dòng)。

科學(xué)出版社6.3.2磁柵位移傳感器磁柵位移傳感器的工作原理是：先用錄磁設(shè)備將磁信號(hào)錄制到磁柵上，在測(cè)量位移時(shí)由讀磁頭讀取磁柵上預(yù)先錄制的信號(hào)，再通過(guò)信號(hào)處理部分處理后就得到磁頭與磁柵的相對(duì)位移量。磁柵位移傳感器由磁柵（又名磁尺）與磁頭組成，是一種比較新型的位移傳感器。與其他類(lèi)型的位移傳感器相比，磁柵位移傳感器具有制作工藝簡(jiǎn)單、復(fù)制方便、易于安裝、調(diào)整方便、測(cè)量范圍廣（從0.001mm到幾米）、不需要接長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在大位移測(cè)量方面得到廣泛的應(yīng)用?？茖W(xué)出版社1）磁柵的結(jié)構(gòu)磁柵一般由基體1和磁性薄膜2構(gòu)成。磁柵基體1用非導(dǎo)磁材料（如玻璃、磷青銅等）制作，底面鍍上一層均勻的磁性薄膜（即磁粉如Ni-Co或Co-Fe合金等）2，并經(jīng)過(guò)錄磁后使其磁信號(hào)按規(guī)律排列，如下圖所示。常用的磁信號(hào)節(jié)距為0.05mm和0.20mm兩種?？茖W(xué)出版社2）磁柵的類(lèi)型磁柵有長(zhǎng)磁柵和圓磁柵兩大類(lèi)，長(zhǎng)磁柵用于測(cè)量直線位移，圓磁柵用于測(cè)量角位移。長(zhǎng)磁柵又有尺形、帶形和同軸形，如下圖所示。應(yīng)用最多的是尺形磁柵（如圖a）和帶形磁柵（如圖b），同軸形磁柵（如圖c）結(jié)構(gòu)特別小巧，適用于結(jié)構(gòu)比較緊湊的場(chǎng)合。

科學(xué)出版社3）對(duì)磁柵的要求磁柵的基尺要求不導(dǎo)磁，線膨脹系數(shù)應(yīng)與儀器或機(jī)床的相應(yīng)部分一致。又因?yàn)樵诨呱弦円粚哟判员∧ぃ砸蠡哂辛己玫募庸ず碗婂冃阅?。?dāng)采用一般鋼材作基尺材料時(shí)，必須用鍍銅的方法解決絕磁的問(wèn)題，銅鍍層厚度約0.15-0.20mm。為了使磁尺上錄的磁信號(hào)能長(zhǎng)期保存，并希望產(chǎn)生較大的輸出信號(hào)，要求磁性薄膜剩磁感應(yīng)Br要大，矯頑力Hc要高，電鍍要均勻。對(duì)磁尺表面要求：長(zhǎng)磁柵平直度0.005-0.0lmm/m，圓磁柵的不圓度0.005-0.0lmm，表面粗糙度要小。所錄磁信號(hào)要求幅度均勻，幅度變化小于10%，節(jié)距均勻，滿足精度要求。科學(xué)出版社4）磁頭磁柵上的磁信號(hào)先由錄磁頭錄好，然后由讀磁頭將磁信號(hào)讀出。按讀取信號(hào)的方式，讀磁頭可分為動(dòng)態(tài)磁頭與靜態(tài)磁頭兩種。左下圖為動(dòng)態(tài)讀磁頭的結(jié)構(gòu)原理圖，右下圖為磁頭讀取信號(hào)示意圖。科學(xué)出版社

靜態(tài)磁頭又稱(chēng)磁通響應(yīng)式磁頭，它在磁頭和磁柵間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下也有信號(hào)輸出。下左圖所示為靜態(tài)磁頭結(jié)構(gòu)原理，右下圖為信號(hào)讀取原理圖?？茖W(xué)出版社5）信號(hào)處理方式根據(jù)磁柵和磁頭相對(duì)移動(dòng)時(shí)讀出的磁柵上的信號(hào)的不同，所采用的信號(hào)處理方式也不同。動(dòng)態(tài)磁頭只有一組繞組，其輸出信號(hào)為正弦波，信號(hào)的處理方法也比較簡(jiǎn)單，只要將翰出信號(hào)放大整形，然后由計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù)n

，就可以測(cè)量出位移量的多少（s=nω）。但這種方法測(cè)量精度較低，而且不能判別移動(dòng)方向。靜態(tài)磁頭一般有兩個(gè)磁頭，兩個(gè)磁頭間距為n土ω/4，其中n

為正整數(shù)，ω為磁信號(hào)節(jié)距，也就是兩個(gè)磁頭應(yīng)布置成相位差90°的結(jié)構(gòu)形式，如下圖所示。其信號(hào)處理方式可分為鑒幅方式和鑒相方式兩種?？茖W(xué)出版社

（1）鑒幅方式。上圖所示的兩個(gè)靜態(tài)磁頭（通常兩個(gè)磁頭做成一體的），它們的輸出電壓可用下式表示：

式中，Um為磁頭讀出信號(hào)的幅值；x

為位移；ω為勵(lì)磁電壓角頻率的兩倍?？茖W(xué)出版社經(jīng)檢波器去掉高頻載波后可得：

這兩個(gè)電壓相位差90°的信號(hào)送專(zhuān)門(mén)電路進(jìn)行細(xì)分和辨向后就可輸出計(jì)數(shù)值，再由節(jié)距就可得磁頭的位移。（2）鑒相方式。將第一個(gè)磁頭的勵(lì)磁電流移相45°或?qū)⑵漭敵鲂盘?hào)移相90°，則輸出信號(hào)變?yōu)閷蓚€(gè)磁頭的輸出用求和電路相加，得到總輸出

由上式可看出，輸出電壓uo的相位與位移量x

有關(guān)，只要鑒別出相移的大小，然后用有關(guān)電路進(jìn)行細(xì)分與輸出，就能測(cè)量出磁頭的位移量?？茖W(xué)出版社6.3.3容柵位移傳感器容柵位移傳感器是上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種新型大位移數(shù)字式傳感器，它借鑒了光柵的結(jié)構(gòu)形式，將變面積式電容傳感器的電極做成柵型，大大提高了測(cè)量的精度和范圍，實(shí)現(xiàn)了大位移的高精度測(cè)量。它具有量程大、分辨率高、測(cè)量速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、與單片機(jī)接口方便、功耗小等許多優(yōu)點(diǎn)，且為非接觸式測(cè)量，使用壽命長(zhǎng)，但易受使用環(huán)境的濕度和電磁干擾影響。容柵位移傳感器主要有定尺和動(dòng)尺組成，定尺上印有若干組相互絕緣且均勻排列的反射電極和屏蔽電極，動(dòng)尺上則印有若干組發(fā)射電極和一條接收電極，動(dòng)尺與定尺間的電極構(gòu)成若干對(duì)測(cè)量電容，動(dòng)尺隨被測(cè)位移移動(dòng)時(shí)，與定尺間構(gòu)成的電容對(duì)數(shù)就產(chǎn)生變化，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)和辨向就能實(shí)現(xiàn)位移量的測(cè)量。根據(jù)容柵電極的分布形式不同，容柵有直線型和圓形二種，基本原理相似，區(qū)別在于具體結(jié)構(gòu)，直線容柵的電容柵極均勻直線排列，圓形容柵則沿圓周方向排列，圓筒形則是排列在圓柱體表面?？茖W(xué)出版社1）直線容柵。直線容柵的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示：科學(xué)出版社

主要由動(dòng)尺和定尺兩部分組成，之間保持非常小的間隙，如上圖（a）所示。動(dòng)尺上有若干組發(fā)射電極和一長(zhǎng)條形接收電極，一般采用6組發(fā)射電極，每組8個(gè)，共48個(gè)發(fā)射電極，在電路上，每隔8個(gè)接在一起組成一個(gè)激勵(lì)相，在其上加一個(gè)幅值、頻率和相位相同的激勵(lì)信號(hào)，相鄰激勵(lì)信號(hào)相差45°（360°/8）相位。若序號(hào)為1的發(fā)射電極上所加激勵(lì)信號(hào)的相位為0°，則序號(hào)為2的發(fā)射電極上所加激勵(lì)信號(hào)的相位就是45°，依次類(lèi)推，序號(hào)為8的發(fā)射電極上所加的激勵(lì)信號(hào)的相位就是315°；而第2組序號(hào)為9的發(fā)射電極上所加激勵(lì)信號(hào)的相位又為0°，如此重復(fù)，直到第6組為止，如上圖（c）。定尺上有若干組相互絕緣的反射電極和一個(gè)接地的屏蔽電極。一組發(fā)射電極的長(zhǎng)度為一個(gè)節(jié)距W，一個(gè)反射電極的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)一組發(fā)射電極。科學(xué)出版社

發(fā)射電極與反射電極、反射電極與接收電極之間均構(gòu)成電容，存在電場(chǎng)聯(lián)系，如上圖（b）。由于反向電極的電容耦合和電荷傳遞作用，使得接收電極上的輸出信號(hào)隨發(fā)射電極與反射電極的位置變化而變化。當(dāng)動(dòng)尺向右或左移動(dòng)位移x時(shí)，發(fā)射電極與反射電極間的相對(duì)面積發(fā)生變化，反射電極上的電荷量隨即產(chǎn)生改變，并將電荷感應(yīng)到接收電極上，在接收電極上累積的電荷Q與動(dòng)尺位移量成正比。經(jīng)運(yùn)算器處理后就實(shí)現(xiàn)了位移的測(cè)量?？茖W(xué)出版社2）圓容柵圓容柵與長(zhǎng)容柵原理相似，由一靜柵極和一動(dòng)?xùn)艠O組成，分布在靜、動(dòng)?xùn)艠O上的電極之間構(gòu)成微小電容，動(dòng)?xùn)艠O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出電荷信號(hào)，經(jīng)放大處理后就得到與轉(zhuǎn)角成正比的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)角位移的測(cè)量。基本結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。動(dòng)?xùn)艠O上間隔分布5條相互絕緣的電極，作為反射電極，其余部分作為屏蔽電極接地。靜柵極上均勻分布40條電極，分8組，每組5條，每隔4條聯(lián)成一組，形成發(fā)射電極。這5組電極分別接到5個(gè)引出端子，由5個(gè)依次移相72°（360°/5）的方波進(jìn)行激勵(lì)。靜柵極的中間有兩圈金屬環(huán)與發(fā)射電極相對(duì)應(yīng)，一個(gè)金屬環(huán)作為接收電極，另一個(gè)最里圈的金屬環(huán)接地，作為屏蔽電極?？茖W(xué)出版社a)動(dòng)?xùn)艠Ob)靜柵極

1-屏蔽電極；2-反射電極；3-發(fā)射電極；4-接收電極科學(xué)出版社任務(wù)3電感式傳感器及其應(yīng)用

3.1基礎(chǔ)知識(shí)：電感式傳感器的結(jié)構(gòu)原理與類(lèi)型電感式傳感器根據(jù)其工作原理不同，有變間隙式、變面積式、差動(dòng)螺管式、差動(dòng)變壓器式及電渦流式等許多種，它們雖然都是利用電感量的變化進(jìn)行測(cè)量或控制，但在結(jié)構(gòu)原理上各有不同。科學(xué)出版社3.1.1自感式電感傳感器

自感式電感傳感器有變間隙型、變面積型和螺管型三種。

3.1.1.1變間隙型電感傳感器它的結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。工作時(shí)銜鐵與被測(cè)物體連接，被測(cè)物體的位移將引起空氣隙的變化，導(dǎo)致了線圈電感量的變化。線圈的電感可用下式表示：科學(xué)出版社線圈的電感值可近似地表示為

因此，其靈敏度隨氣隙的增大而減小。忽略磁路鐵損，則磁路總磁阻為

因此：科學(xué)出版社

鐵心與銜鐵之間相對(duì)覆蓋面積隨被測(cè)量的變化面改變，導(dǎo)致線圈的電感量發(fā)生變化，這種形式稱(chēng)之為變面積型電感傳感器，見(jiàn)圖4.1.2。L與δ是非線性的，但與A成正比，特性曲線參見(jiàn)圖4.1.3。可變導(dǎo)磁面積型3.1.1.2變面積型電感傳感器科學(xué)出版社科學(xué)出版社下圖為其結(jié)構(gòu)原理圖，銜鐵隨被測(cè)物移動(dòng)，引起磁阻發(fā)生變化，導(dǎo)致電感量改變。線圈電感量與銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)度可表示為

3.1.1.3螺管型電感式傳感器通過(guò)以上分析可得結(jié)論:I.

變間隙型靈敏度較高,但非線性誤差較大；

II.

變面積型靈敏度較小,但線性較好,量程較大；III.

螺管型靈敏度較低,但量程大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？茖W(xué)出版社

用兩個(gè)相同的傳感線圈共用一個(gè)銜鐵,構(gòu)成差動(dòng)式電感傳感器,這樣可以提高傳感器的靈敏度,減小測(cè)量誤差。下圖是變間隙型、變面積型及螺管型三種類(lèi)型的差動(dòng)結(jié)構(gòu)。

3.1.1.4差動(dòng)式電感傳感器科學(xué)出版社科學(xué)出版社3.1.2測(cè)量電路

差動(dòng)式結(jié)構(gòu)可以提高靈敏度，改善線性，所以交流電橋大多采用雙臂工作形式。下圖是交流電橋的幾種常用形式。

科學(xué)出版社當(dāng)ωL＞＞R’時(shí)，上式可近似為：可見(jiàn)交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈電感的相對(duì)變化量成正比。

電阻平衡臂電橋如上圖a所示，工作時(shí)，Z1=Z+△Z和Z2=Z—△Z，當(dāng)ZL→∞時(shí)，電橋的輸出電壓為

3.1.2.1電阻平衡臂電橋科學(xué)出版社由于Z1=Z-△Z，Z2=Z+△Z，故：

同理，當(dāng)銜鐵上移時(shí)，則有：變壓器式電橋如前圖b，當(dāng)負(fù)載阻抗無(wú)窮大時(shí)輸出電壓為：3.1.2.2變壓器式電橋可見(jiàn)，輸出電壓反映了傳感器線圈阻抗的變化，還需辯向。科學(xué)出版社

該電橋如前圖c所示。它以差動(dòng)電感傳感器的兩個(gè)線圈作電橋工作臂，而緊耦合的兩個(gè)電感作為固定臂組成電橋電路。采用這種測(cè)量電路可以消除與電感臂并聯(lián)的分布電容對(duì)輸出信號(hào)的影響，使電橋平衡穩(wěn)定，另外簡(jiǎn)化了接地和屏蔽的問(wèn)題。

3.1.2.3緊耦合電感臂電橋科學(xué)出版社3.1.3差動(dòng)變壓器

1.工作原理:互感現(xiàn)象EwEoutWW1W2Esx-x科學(xué)出版社2.差動(dòng)變壓器式傳感器構(gòu)成

該類(lèi)型的傳感器主要包括有銜鐵、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)位移改變而變化。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(chēng)為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱(chēng)差動(dòng)變壓器。科學(xué)出版社3.等效電路

L21．．E2．～～L22E22E21U1．～R22R21R1M1M2等效電路如上圖所示，輸出采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)，隨著被測(cè)物的變化而改變?？茖W(xué)出版社

（3）當(dāng)銜鐵向二次繞組L22一邊移動(dòng)時(shí)輸出也不為零，但由于移動(dòng)方向改變，所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。因此通過(guò)差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。

（1）當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)二次繞組互感相同，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。（2）當(dāng)銜鐵移向二次繞組一邊時(shí)，輸出不為零，在量程內(nèi)移越大，輸出就越大?？茖W(xué)出版社

4.差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線如左圖所示，其中E2的實(shí)線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實(shí)際的輸出特性。E0為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。零點(diǎn)殘余使得傳感器的輸出特性在零點(diǎn)附近不靈敏，給測(cè)量帶來(lái)誤差，它的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。科學(xué)出版社減小零點(diǎn)殘余的方法：

I.

盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)玫磁路的對(duì)稱(chēng)。磁性材料要經(jīng)過(guò)處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。

II.

選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動(dòng)方向雙可改善輸出特性，減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。

Ⅲ.采用補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)在差動(dòng)變壓器二次側(cè)串、并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整這些元件時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。

科學(xué)出版社3.1.4常用測(cè)量電路

科學(xué)出版社

差動(dòng)整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般不需要調(diào)整相位，不考慮零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的影響，適于遠(yuǎn)距離傳輸。3.1.4.1差動(dòng)相敏檢波電路

相敏檢波電路要求比較電壓與差動(dòng)變壓器二次側(cè)輸出電壓的頻率相同，相位相同或相反。另外還要求比較電壓的幅值盡可能大，一般情況下，其幅值應(yīng)為信號(hào)電壓的3~5倍。7.1.4.2差動(dòng)整流電路科學(xué)出版社3.1.5電渦流式傳感器

它能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，如位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、硬度等參數(shù)。這種傳感器還可用于無(wú)損探傷。原理如下圖示。

這是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器?？茖W(xué)出版社3.1.5.1結(jié)構(gòu)原理與特性

如下圖，當(dāng)通過(guò)金屬體的磁通變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱(chēng)為渦流效應(yīng)。

線圈的阻抗變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離等因素有關(guān)。科學(xué)出版社·MR1R2L2L1U1I1·I2·

線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感都是該系統(tǒng)互感平方的函數(shù)。而互感是隨線圈與金屬導(dǎo)體間距離的變化而改變的。

其等效電路如上圖所示，R1、L1為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L(zhǎng)2。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大?？茖W(xué)出版社3.1.5.2高頻反射式電渦流傳傳感器

1、結(jié)構(gòu)：由一個(gè)固定在框架上的扁平線圈組成?？茖W(xué)出版社

為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，對(duì)于平板型的被測(cè)體則要求被測(cè)體的半徑應(yīng)大于線圈半徑的1.8倍，否則靈敏度要降低。當(dāng)被測(cè)物體是圓柱體時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體直徑必須為線圈直徑的3.5倍以上，靈敏度才不受影響。2、原理

電渦流傳感器的線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。因此，被測(cè)物體的物理性質(zhì)，以及它的尺寸和開(kāi)關(guān)都與總的測(cè)量裝置特性有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，被測(cè)物的電導(dǎo)率越高，傳感器的靈敏度也越高。科學(xué)出版社1.結(jié)構(gòu)

傳感器包括發(fā)射和接收線圈，并分別位于被測(cè)材料上、下方。3.1.5.3低頻透射式電渦流傳感器

這種傳感器采用低頻激勵(lì)，因而有較大的貫穿深度，適合于測(cè)量金屬材料的厚度。2.原理由振蕩器產(chǎn)生的e1加到發(fā)射線圈L1兩端。科學(xué)出版社

若兩線圈間無(wú)金屬導(dǎo)體，則L2的磁力能較多穿過(guò)L2，在L2上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓e2最大。

如果在兩個(gè)線圈之間設(shè)置一金屬板，由于在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦流消耗了部分能量，使到達(dá)線圈L2的磁力線減小，從而引起e2的下降。

線圈L2的感應(yīng)電壓與被測(cè)厚度的增大按負(fù)冪指數(shù)的規(guī)律減小，為了較好地進(jìn)行厚度測(cè)量，激勵(lì)頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測(cè)厚度，不利進(jìn)行厚度測(cè)量，通常選1kHz左右?？茖W(xué)出版社

一般地，測(cè)薄金屬板時(shí)，頻率應(yīng)略高些，測(cè)厚金屬板時(shí)，頻率應(yīng)低些。如下圖在測(cè)量ρ較小的材料時(shí)，應(yīng)選較低的頻率（如500Hz），測(cè)量ρ較大的材料，則應(yīng)選用較高的頻率（如2kHz），從而保證在測(cè)量不同材料時(shí)能得到較好的線性和靈敏度?？茖W(xué)出版社3.2任務(wù)實(shí)施：電感式金屬感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)電路3.2.1工作原理接近開(kāi)關(guān)電路原理如下圖所示：金屬不靠近探頭時(shí)，高頻振蕩器工作，振蕩信號(hào)經(jīng)DV1、DV2倍壓整流，得到一直流電壓使BG2導(dǎo)通，BG3截止，后續(xù)電路不工作。當(dāng)有金屬靠近探頭時(shí)，由于渦流損耗，高頻振蕩器停振，BG2截止，BG3得電導(dǎo)通，光電耦合器4N25內(nèi)藏發(fā)光管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，控制后級(jí)電路工作?？茖W(xué)出版社科學(xué)出版社3.2.2元件選擇與制作磁芯電感（探頭）需自制，在5mm×4mm磁芯上，用0.12mm的漆包線繞制，繞制匝數(shù)如圖所示，其他元件按圖取值，也可根據(jù)現(xiàn)有條件選取，只要性能相近就可?？稍诿姘迳洗罱娐?，也可在萬(wàn)用板上進(jìn)行錫焊，一般只要元件好，焊接無(wú)誤，即可正常工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬元件的檢測(cè)。7.2.3調(diào)試接通電源，調(diào)節(jié)W1，用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)BG2，使c、e兩極之間剛好完全導(dǎo)通。這時(shí)高頻振蕩器處于弱振狀態(tài)。然后用一金屬物靠近探頭，BG2應(yīng)馬上截止。再細(xì)調(diào)W2使BG3剛好完全導(dǎo)通，此時(shí)靈敏度高，范圍大(感應(yīng)距離在幾毫米到數(shù)十毫米)，再根據(jù)自己的使用情況，細(xì)心調(diào)整W1和W2，使感應(yīng)距離適合自己使用即可?？茖W(xué)出版社3.3知識(shí)拓展：電感傳感器典型應(yīng)用電感式傳感器主要用于測(cè)量微位移，凡是能轉(zhuǎn)換成位移量變化的參數(shù)，如壓力、力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位等都可以用電感式傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。7.3.1位移測(cè)量電感式傳感器可用于微小位移的精密測(cè)量，如各種精密測(cè)微頭中的測(cè)微機(jī)構(gòu)，精密微型機(jī)械中微小的位移測(cè)量等。

1）induNCDT系列位移傳感器。下圖是induNCDT系列位移傳感器的外形圖，它主要用于位移，振動(dòng)，轉(zhuǎn)速測(cè)量。傳感器的前置放大器被集成安裝在傳感器殼體里，其輸出信號(hào)與測(cè)量位移成正比。在傳感器測(cè)量量程內(nèi)線性精度優(yōu)于±2%。表2是induNCDT系列位移傳感器的主要技術(shù)參數(shù)。科學(xué)出版社induNCDT系列位移傳感器的外形圖

科學(xué)出版社例：板厚的測(cè)量~科學(xué)出版社2）AP035系列差動(dòng)變壓器式位移傳感器。P035差動(dòng)變壓器式位移傳感器是由差動(dòng)差動(dòng)變壓器和基本電路組成。它可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中位移、形變參數(shù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確可靠地測(cè)量。并可配用微機(jī)和其他裝置進(jìn)行打印或自動(dòng)控制。本傳感器還具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而它廣泛用于冶金、建筑、石化、紡織、電站等各行各業(yè)。主要技術(shù)參數(shù)：測(cè)量范圍：±20mm?；菊`差：0.5%。輸出訊號(hào)：±10Ｖ。傳感器工作環(huán)境：溫度：-20℃-+70℃相對(duì)濕度：5%RH-90％RH靈敏度：0.45V/mm。供電電源：15VDC。傳感器外形尺寸：φ22×228?？茖W(xué)出版社3.3.2振動(dòng)檢測(cè)電感式傳感器利用振動(dòng)引起線圈感應(yīng)的變化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大小與頻率的測(cè)量，可廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備振動(dòng)情況的測(cè)量，以及實(shí)驗(yàn)室中對(duì)振動(dòng)的測(cè)量。

1）RS9300低頻振動(dòng)速度傳感器。RS9300低頻振動(dòng)傳感器是屬于慣性式傳感器，其外形如下圖。它是利用磁電感應(yīng)原理把振動(dòng)信號(hào)變換成電信號(hào)。主要由磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼等部分組成。在傳感器殼體中剛性地固定著磁鐵，慣性質(zhì)量（線圈組件）用彈簧元件懸掛于殼體上。工作時(shí)，將傳感器安裝在機(jī)器上，在機(jī)器振動(dòng)時(shí)，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓信號(hào)正比于被測(cè)物體的振動(dòng)速度值，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行積分放大處理即可得到位移信號(hào)?？茖W(xué)出版社RS9300低頻速度位移振動(dòng)傳感器（內(nèi)部帶部分器，輸出位移電壓信號(hào)）適用于水輪發(fā)電機(jī)組低頻轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械、工程建筑及橋梁的絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量，測(cè)量頻響范圍0.5Hz-200Hz(-3dB)，抗干擾性能強(qiáng)，能長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作于惡劣環(huán)境中。科學(xué)出版社

1）特點(diǎn)：

I.

傳感器有很低的使用頻率，可以適用于低轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器。

II.

相對(duì)于其它類(lèi)型的振動(dòng)傳感器而言，RS9300傳感器有較低的輸出阻抗，較好的信噪比。它同一般通用交流電壓表或示波器配合就能工作。對(duì)輸出插頭和傳輸電纜也無(wú)特殊要求，使用方便。

III.

傳感器設(shè)計(jì)中取消了有摩擦的活動(dòng)元件，因此使用壽命相對(duì)很長(zhǎng)。傳感器有一定抗橫向振動(dòng)能力（不大于10g）。

科學(xué)出版社2）技術(shù)指標(biāo)

I.

頻響范圍：0.5Hz～200Hz(-3dB)II.

靈敏度：8mV/μm±5%、5mV/μm±5%、4mV/μm±5%(或根據(jù)用戶(hù)要求調(diào)整)III.

量程：±1mm（±2mm、±3mm等）

IV.

線性度：<2%V.

最大輸出電壓：8V（單峰）

VI.

使用溫度范圍，-30℃~-80℃VII.

工作方向：H

水平型

V

垂直型

VIII.

工作電源：±12VDCⅨ.安裝方式：

在Φ56的圓周角上用2個(gè)M5螺釘固定

科學(xué)出版社3.3.3位置控制位置控制主要是利用電感線圈接近金屬物體時(shí)電磁感應(yīng)會(huì)變強(qiáng)，使傳感器輸出信號(hào)增強(qiáng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)位置的控制。可廣泛應(yīng)用于印刷機(jī)械、輸送機(jī)械、電梯、自動(dòng)焊接機(jī)等設(shè)備中定位機(jī)構(gòu)的位置控制。

1）JM□L電感式接近開(kāi)關(guān)（1）適用范圍

JM□L系列接近開(kāi)關(guān)適用于交流50Hz，額定工作電壓90V-250V（除LM8L外），直流額定工作電壓10V-30V的電路中，具有短路保護(hù)電路，起反連接保護(hù)電路之用?？茖W(xué)出版社（2）型號(hào)及其含義科學(xué)出版社

（3）正常使用條件和安裝條件

(a)周?chē)諝鉁囟炔怀^(guò)+70℃，周?chē)諝鉁囟鹊南孪逓?25℃；(b)安裝地點(diǎn)的海拔不超過(guò)2000m；(c)大氣相對(duì)濕度在周?chē)諝鉁囟葹?70℃時(shí)不超過(guò)50%，在較低的溫度下可以允許有較高的相對(duì)濕度，例如在20℃時(shí)達(dá)90%，對(duì)由于溫度變化偶爾產(chǎn)生的凝露應(yīng)采取特殊的措施；(d)污染等級(jí)：3級(jí)。電感式傳感器除上述三種用途外還可廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位，如對(duì)加速度、振幅、轉(zhuǎn)速及溫度等非電量的測(cè)量與控制中。2024/9/18133任務(wù)1磁電式傳感器與轉(zhuǎn)速測(cè)量

霍爾傳感器的工作原理、霍爾集成電路的特性及其在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用。

霍爾元件是一種四端元件2024/9/181341.1霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，有電流I流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。

cdab2024/9/181351、霍爾電壓的產(chǎn)生

作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電壓也就越高?；魻栯妷篣H可用下式表示：

UH=IB/nqd=RHIB/d=KHIBKH=RH/d2024/9/181362、霍爾效應(yīng)演示

當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。cdab2024/9/181373、磁場(chǎng)不垂直于霍爾元件時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì)

若磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度

時(shí)，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos

，這時(shí)的霍爾電勢(shì)為

EH=KHIB