現(xiàn)代檢測技術(shù)導(dǎo)論-3電參量檢測

1、現(xiàn)代檢測技術(shù)導(dǎo)論現(xiàn)代檢測技術(shù)導(dǎo)論第三章電參量檢測l電參量檢測系統(tǒng)中的傳感器屬于能量控制型傳感器，傳感器需要外加電源才能工作。l工作原理：先由轉(zhuǎn)換元件將被測量轉(zhuǎn)換為電參量（電阻、電感、電容等），然后由轉(zhuǎn)換電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號后輸出。l主要有電阻式、電感式和電容式等。3.1電阻式傳感器3.2電感式傳感器3.3電容式傳感器l電阻式傳感器是通過轉(zhuǎn)換元件將被測量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚?，通過轉(zhuǎn)換電路將電阻值轉(zhuǎn)換為電信號，通過測量電信號達(dá)到測量非電量的目的。l主要有電位器式、電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻式、磁電式、光敏電阻式等l可以用來測量位移、形變、壓力、加速度、溫度等l把機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與其成一定函數(shù)關(guān)系的

2、電阻把機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻l可用于測量線位移、角位移和液位等可用于測量線位移、角位移和液位等l結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：電位器由電阻器和電刷兩部分組成電位器由電阻器和電刷兩部分組成l原理：原理：當(dāng)電刷觸電當(dāng)電刷觸電C在電阻器在電阻器RAB上移動時，上移動時，AC間的間的阻值會發(fā)生變化。且阻值會發(fā)生變化。且RAC與觸點(diǎn)的直線位移或角位移成與觸點(diǎn)的直線位移或角位移成一定的函數(shù)關(guān)系。一定的函數(shù)關(guān)系。 xfRLLRRABABACACx xLUxfRURRUUUABACABACxl特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、受環(huán)境因素（溫濕度、電磁干擾等）影響結(jié)構(gòu)簡單、受環(huán)境因素（溫濕度、電磁干擾等）影響小、穩(wěn)定性好、輸

3、出信號大小、穩(wěn)定性好、輸出信號大易于達(dá)到較高的線性度和實(shí)現(xiàn)各種非線性特性易于達(dá)到較高的線性度和實(shí)現(xiàn)各種非線性特性特性曲線呈階梯狀特性曲線呈階梯狀階梯誤差、分辨率低、耐磨性差階梯誤差、分辨率低、耐磨性差l由彈性元件、電阻應(yīng)變片和測量電路構(gòu)成l當(dāng)彈性元件感受到被測量（力）時，其表面產(chǎn)生形變，粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變片的阻值隨之發(fā)生變化，通過電橋進(jìn)一步將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化l通過檢測電壓或電流的變化實(shí)現(xiàn)測量的目的l應(yīng)變電阻效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外界力（拉力應(yīng)變電阻效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外界力（拉力或壓力）作用時，產(chǎn)生機(jī)械形變，機(jī)械形變會導(dǎo)致或壓力）作用時，產(chǎn)生機(jī)械形變，機(jī)械形變會

4、導(dǎo)致阻值的變化，這種因形變使阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱阻值的變化，這種因形變使阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為為“應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變電阻效應(yīng)”00KllKRRSSllRRSLR應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)l金屬應(yīng)變片主要有絲式、箔式等金屬應(yīng)變片主要有絲式、箔式等l箔式電阻應(yīng)變片箔式電阻應(yīng)變片采用照相制版或光刻腐蝕技術(shù)，將電阻箔材（采用照相制版或光刻腐蝕技術(shù)，將電阻箔材（1-10um）制在絕緣基地上制成，易于批量制造）制在絕緣基地上制成，易于批量制造傳遞應(yīng)變性能好、橫向效應(yīng)小、散熱性能好、允許通傳遞應(yīng)變性能好、橫向效應(yīng)小、散熱性能好、允許通過電流大過電流大l電阻應(yīng)變片的測量電阻應(yīng)變片的測量l電橋平衡條件電橋平衡條件 當(dāng)當(dāng)R1

5、R4=R2R3， 即即R1/R2=R3/R4時時 電橋處于平衡狀態(tài)，電橋處于平衡狀態(tài)， U0=0l不平衡電橋的工作原理不平衡電橋的工作原理當(dāng)當(dāng)4個橋臂均接入應(yīng)變片，且都有變化時個橋臂均接入應(yīng)變片，且都有變化時當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=R4=R時時因?yàn)橐驗(yàn)镽i Ri ，忽略高階增量，忽略高階增量單臂橋：單臂橋： R1為應(yīng)變片，為應(yīng)變片，R2 、R3、R4為固定電阻為固定電阻差動半橋：差動半橋：R1、R2為應(yīng)變片，為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻為固定電阻 R1受拉，受拉， R2受壓受壓差動全橋：差動全橋：R1、R2 、R3、R4均為應(yīng)變片均為應(yīng)變片 R1 、R4受拉，受拉， R2 、R3受壓受壓l溫度

6、誤差和補(bǔ)償溫度誤差和補(bǔ)償l產(chǎn)生溫度誤差的因素：電產(chǎn)生溫度誤差的因素：電阻溫度系數(shù)，材料熱膨脹阻溫度系數(shù)，材料熱膨脹l溫度補(bǔ)償可分為自補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償可分為自補(bǔ)償和電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法電橋補(bǔ)償法R1和和RB為特性一致的應(yīng)變?yōu)樘匦砸恢碌膽?yīng)變片，其中，片，其中， R1為工作應(yīng)變?yōu)楣ぷ鲬?yīng)變片，片，B為補(bǔ)償應(yīng)變片，他們?yōu)檠a(bǔ)償應(yīng)變片，他們處于同一溫度場中，且僅處于同一溫度場中，且僅R1承受應(yīng)變。承受應(yīng)變。當(dāng)溫度變化當(dāng)溫度變化T時，時， R1和和RB因溫度變化引起的阻值變因溫度變化引起的阻值變化相同，電橋仍處于平衡狀態(tài)化相同，電橋仍處于平衡狀態(tài)若此時有應(yīng)變?nèi)舸藭r有應(yīng)變，則工作應(yīng)變片電阻，則工作應(yīng)變片

7、電阻R1有新的增量有新的增量R1 R1K，而補(bǔ)償應(yīng)變片不承受應(yīng)變，電阻不變，而補(bǔ)償應(yīng)變片不承受應(yīng)變，電阻不變，則電橋的輸出為：則電橋的輸出為：可見，電橋輸出只與軸向應(yīng)變可見，電橋輸出只與軸向應(yīng)變有關(guān)，而與溫度變化有關(guān)，而與溫度變化無關(guān)。無關(guān)。l電阻應(yīng)變片式傳感器的應(yīng)用電阻應(yīng)變片式傳感器的應(yīng)用l結(jié)構(gòu)形式：柱式、懸臂梁式等結(jié)構(gòu)形式：柱式、懸臂梁式等l柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器布片：布片：圍繞柱（筒）軸線均勻分布，縱向橫向各貼圍繞柱（筒）軸線均勻分布，縱向橫向各貼4片應(yīng)變片片應(yīng)變片組橋：組橋：縱向?qū)ΨQ的縱向?qū)ΨQ的R1和和R3串聯(lián)串聯(lián)，R2和和R4串聯(lián)，橫向的串聯(lián)，橫向的R5和和R7串聯(lián)串聯(lián)

8、，R6和和R8串聯(lián)，并置于電橋相對橋臂上串聯(lián)，并置于電橋相對橋臂上縱向?qū)ΨQ兩兩串接為了減小偏心載荷和彎矩的影響，縱向?qū)ΨQ兩兩串接為了減小偏心載荷和彎矩的影響，橫向貼片作溫度補(bǔ)償用橫向貼片作溫度補(bǔ)償用l懸臂梁式力傳感器懸臂梁式力傳感器R1和和R2貼在懸臂梁的上表面，貼在懸臂梁的上表面，R3和和R4貼在懸臂梁的下貼在懸臂梁的下表面表面接成全橋時，接成全橋時， R1和和R2接在對邊，接在對邊， R3和和R4接在對邊接在對邊l金屬電阻應(yīng)變片性能穩(wěn)定、測量精度高，但靈敏度系金屬電阻應(yīng)變片性能穩(wěn)定、測量精度高，但靈敏度系數(shù)低、阻值小數(shù)低、阻值小l半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏度系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，在半導(dǎo)體應(yīng)變片靈

9、敏度系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，在微變測量中應(yīng)用廣泛微變測量中應(yīng)用廣泛l半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)l壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時，其電阻率會壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時，其電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)”l半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)：半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度系數(shù)大，橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后小優(yōu)點(diǎn)：靈敏度系數(shù)大，橫向效應(yīng)和機(jī)械滯后小 缺點(diǎn)：非線性大，溫度穩(wěn)定性差缺點(diǎn)：非線性大，溫度穩(wěn)定性差l測量電路與溫度補(bǔ)償測量電路與溫度補(bǔ)償4片應(yīng)變片組成全橋片應(yīng)變片組成全橋其中，一對對角電阻受拉，另一對

10、對角電阻其中，一對對角電阻受拉，另一對對角電阻受壓，電橋輸出電壓最大受壓，電橋輸出電壓最大l電橋供電采用恒壓源或恒流源電橋供電采用恒壓源或恒流源對于恒壓源對于恒壓源設(shè)設(shè)4個橋臂由于應(yīng)變引起的電阻變化為個橋臂由于應(yīng)變引起的電阻變化為R，由于溫度，由于溫度變化引起的電阻變化為變化引起的電阻變化為Rt， 橋路輸出受到環(huán)境溫度變化的影響，但由于橋路輸出受到環(huán)境溫度變化的影響，但由于Rt R，影響甚微影響甚微對于恒流源對于恒流源 橋路輸出與電阻的變化成正比，與恒流源的電流成正比，橋路輸出與電阻的變化成正比，與恒流源的電流成正比，與溫度無關(guān)，消除了環(huán)境溫度的影響與溫度無關(guān)，消除了環(huán)境溫度的影響l半導(dǎo)體電阻

11、式傳感器的應(yīng)用半導(dǎo)體電阻式傳感器的應(yīng)用l壓阻式氣體壓力傳感器壓阻式氣體壓力傳感器核心是一塊圓形硅膜片，膜片四周用一個圓環(huán)（硅杯核心是一塊圓形硅膜片，膜片四周用一個圓環(huán)（硅杯）固定）固定在膜片上利用集成電路工藝制作在膜片上利用集成電路工藝制作4個阻值相等的電阻個阻值相等的電阻，用低阻導(dǎo)線連接成平衡電橋，用低阻導(dǎo)線連接成平衡電橋膜片兩邊有兩個壓力腔，一個是與被測系統(tǒng)相連的高膜片兩邊有兩個壓力腔，一個是與被測系統(tǒng)相連的高壓腔，一個是與大氣相通的低壓腔壓腔，一個是與大氣相通的低壓腔當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時，膜片產(chǎn)生形變，膜片上各當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時，膜片產(chǎn)生形變，膜片上各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力4個電阻的

12、配置位置按膜片上的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力的個電阻的配置位置按膜片上的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力的分布情況：分布情況：當(dāng)當(dāng)r=0.635r0時，徑向應(yīng)力為零；當(dāng)時，徑向應(yīng)力為零；當(dāng)r0.635r0時，徑向應(yīng)力為壓力時，徑向應(yīng)力為壓力設(shè)計(jì)時，根據(jù)應(yīng)力分布，合理安排電阻位置，組成差動設(shè)計(jì)時，根據(jù)應(yīng)力分布，合理安排電阻位置，組成差動電橋，可輸出較高電壓電橋，可輸出較高電壓沿徑向?qū)ΨQ于沿徑向?qū)ΨQ于0.635r0兩側(cè)制作兩側(cè)制作4個電阻，其中、個電阻，其中、R1、R4接于電橋?qū)蔷€上，接于電橋?qū)蔷€上，R2、R3接于電橋另一對角線上接于電橋另一對角線上當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時，膜片上各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力，電阻當(dāng)膜片兩邊存在壓力

13、差時，膜片上各點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力，電阻在應(yīng)力作用下阻值發(fā)生變化，電橋失衡，產(chǎn)生電壓輸出在應(yīng)力作用下阻值發(fā)生變化，電橋失衡，產(chǎn)生電壓輸出輸出的電壓與膜片兩邊的壓力差成正比輸出的電壓與膜片兩邊的壓力差成正比l熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性而制成的溫度敏感元件l測溫范圍主要在中低溫區(qū)（200630）l主要金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類l鉑熱電阻鉑熱電阻優(yōu)點(diǎn)：物理、化學(xué)性能及其穩(wěn)定，測溫精度高優(yōu)點(diǎn)：物理、化學(xué)性能及其穩(wěn)定，測溫精度高缺點(diǎn)：溫度系數(shù)小，不能在還原性介質(zhì)中使用缺點(diǎn)：溫度系數(shù)小，不能在還原性介質(zhì)中使用熱電特性熱電特性鉑熱電阻使用范圍鉑熱電阻使用范圍200630A、B、C為與純

14、度有關(guān)的常數(shù)為與純度有關(guān)的常數(shù)工業(yè)用鉑熱電阻有工業(yè)用鉑熱電阻有Pt100 （R0=100歐姆）歐姆） Pt1000 （R0=1000歐姆）歐姆） Pt500 （R0=500歐姆）歐姆） l銅熱電阻銅熱電阻在測量精度要求不高且溫度較低的場合可使用在測量精度要求不高且溫度較低的場合可使用銅熱電阻銅熱電阻銅熱電阻使用范圍銅熱電阻使用范圍50150熱電特性熱電特性工業(yè)用銅熱電阻有工業(yè)用銅熱電阻有Cu50 （R0=50歐姆）歐姆） Cu100 （R0=100歐姆）歐姆）適用于在無水分及非腐蝕性介質(zhì)中使用適用于在無水分及非腐蝕性介質(zhì)中使用l熱電阻的結(jié)構(gòu)熱電阻的結(jié)構(gòu)由電阻體、絕緣管、保護(hù)套管、引線和接線盒組

15、成由電阻體、絕緣管、保護(hù)套管、引線和接線盒組成電阻體由電阻絲和電阻支架組成電阻體由電阻絲和電阻支架組成電阻絲采用電阻絲采用雙線無感繞法雙線無感繞法繞制在具有一定形狀的云母、繞制在具有一定形狀的云母、石英或陶瓷塑料支架上石英或陶瓷塑料支架上l半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體與金屬有完全不同的導(dǎo)電機(jī)理。半導(dǎo)體與金屬有完全不同的導(dǎo)電機(jī)理。由于半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電的載流子比金屬中的自由電子的由于半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電的載流子比金屬中的自由電子的密度小得多。所以半導(dǎo)體的電阻率大。密度小得多。所以半導(dǎo)體的電阻率大。隨溫度的升高，隨溫度的升高， 一方面半導(dǎo)體的價電子受熱激發(fā)產(chǎn)生新的電子空穴一方面半導(dǎo)體的價電子受熱激

16、發(fā)產(chǎn)生新的電子空穴對，使載流子數(shù)增加，電阻率減?。粚?，使載流子數(shù)增加，電阻率減?。?另一方面，半導(dǎo)體載流子運(yùn)動速度升高，阻礙載流另一方面，半導(dǎo)體載流子運(yùn)動速度升高，阻礙載流子定向運(yùn)動能力增強(qiáng)，電阻率增大。子定向運(yùn)動能力增強(qiáng)，電阻率增大。因此，半導(dǎo)體熱敏電阻有正溫度系數(shù)（因此，半導(dǎo)體熱敏電阻有正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻）熱敏電阻和正溫度系數(shù)（和正溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻）熱敏電阻l熱電特性：熱電特性：半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度系數(shù)遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度系數(shù)遠(yuǎn)高于金屬絲的溫度系數(shù)金屬絲的溫度系數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系近似成指數(shù)規(guī)律近似成指數(shù)規(guī)律l伏安特性：加

17、在熱敏電阻兩端的電伏安特性：加在熱敏電阻兩端的電壓與流過的電流之間的關(guān)系壓與流過的電流之間的關(guān)系當(dāng)流過熱敏電阻的電流較小時，其當(dāng)流過熱敏電阻的電流較小時，其伏安特性符合歐姆定律伏安特性符合歐姆定律當(dāng)電流增大到一定值時，電流引起當(dāng)電流增大到一定值時，電流引起熱敏電阻自身溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻熱敏電阻自身溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻特性特性使用時，應(yīng)盡量減小流過它的電流使用時，應(yīng)盡量減小流過它的電流，減少自熱效應(yīng)的影響，減少自熱效應(yīng)的影響l熱敏電阻傳感器的應(yīng)用：熱敏電阻傳感器的應(yīng)用：測量電流采用電橋測量電流采用電橋?yàn)榱藴p小引線電阻帶來的誤差為了減小引線電阻帶來的誤差，常采用三線制或四線制測量，常采用三線制或四線

18、制測量電路電路l三線制測量電路三線制測量電路熱敏電阻一端接一根引線，連熱敏電阻一端接一根引線，連接電橋的一個臂；另一端接兩接電橋的一個臂；另一端接兩根引線，分別接于干路（電源根引線，分別接于干路（電源）和電橋的另一個臂）和電橋的另一個臂采用恒流源或恒壓源供電采用恒流源或恒壓源供電由于電橋相鄰的那個臂增加了由于電橋相鄰的那個臂增加了相同的導(dǎo)線電阻，差動輸出后相同的導(dǎo)線電阻，差動輸出后，可消除導(dǎo)線電阻的影響，可消除導(dǎo)線電阻的影響R、R0、Rtr消除了導(dǎo)線電阻的影響消除了導(dǎo)線電阻的影響l四線制測量電路四線制測量電路熱敏電阻兩端各接兩根引線熱敏電阻兩端各接兩根引線兩根引線通過電阻接于恒流源兩根引線通過

19、電阻接于恒流源另兩根接于運(yùn)算放大器的輸入另兩根接于運(yùn)算放大器的輸入端端熱敏電阻將溫度的變化轉(zhuǎn)換為熱敏電阻將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，流過熱敏電阻的電阻的變化，流過熱敏電阻的恒定電流將電阻變化轉(zhuǎn)換為電恒定電流將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，輸入到差動運(yùn)放，壓的變化，輸入到差動運(yùn)放，放大后輸出放大后輸出輸出與導(dǎo)線電阻無關(guān)輸出與導(dǎo)線電阻無關(guān)l典型應(yīng)用：溫度控制典型應(yīng)用：溫度控制lRt負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻低于設(shè)定溫度低于設(shè)定溫度Rt阻值大阻值大VTVT1 、VTVT2導(dǎo)通導(dǎo)通繼電器線圈繼電器線圈K K得電、得電、LEDLED點(diǎn)亮點(diǎn)亮觸點(diǎn)觸點(diǎn)K K1吸合吸合電熱絲加熱電熱絲加熱高于設(shè)定溫度

20、高于設(shè)定溫度Rt阻值小阻值小VTVT1 、VTVT2截止截止繼電器線圈繼電器線圈K K失電、失電、LEDLED熄滅熄滅觸點(diǎn)觸點(diǎn)K K1斷開斷開電熱絲斷電電熱絲斷電l光敏電阻傳感器是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的敏感元件光敏電阻傳感器是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的敏感元件l光敏電阻的結(jié)構(gòu)光敏電阻的結(jié)構(gòu)在玻璃基板上均勻涂上一層半導(dǎo)體材料（硫化鎘等），在玻璃基板上均勻涂上一層半導(dǎo)體材料（硫化鎘等），然后在半導(dǎo)體兩端裝上電極，封裝在塑料殼體內(nèi)然后在半導(dǎo)體兩端裝上電極，封裝在塑料殼體內(nèi)為了增大光照面積，獲得更高的靈敏度，一般采用梳狀為了增大光照面積，獲得更高的靈敏度，一般采用梳狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l無光照時，光敏電阻的阻值

21、很大，在兆歐級以無光照時，光敏電阻的阻值很大，在兆歐級以上，將光敏電阻接入電路，電路的暗電流很小上，將光敏電阻接入電路，電路的暗電流很小l當(dāng)受到一定波長范圍的光照射時，其阻值急劇當(dāng)受到一定波長范圍的光照射時，其阻值急劇下降，可達(dá)千歐級一下，電路中的電流增大下降，可達(dá)千歐級一下，電路中的電流增大l選用時，光敏電阻的暗電阻越大、亮電阻越小選用時，光敏電阻的暗電阻越大、亮電阻越小，性能越好，性能越好l光敏電阻有很高的靈敏度和很好的光譜特性，光敏電阻有很高的靈敏度和很好的光譜特性，光譜響應(yīng)從紫外一直到紅外，廣泛應(yīng)用于防盜光譜響應(yīng)從紫外一直到紅外，廣泛應(yīng)用于防盜報警和火災(zāi)報警中報警和火災(zāi)報警中l(wèi)伏安特性

22、：一定的光照下，光敏電阻兩端的電壓與電流伏安特性：一定的光照下，光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系，稱為伏安特性之間的關(guān)系，稱為伏安特性在給定偏壓下，光照度越大，光電流越大在給定偏壓下，光照度越大，光電流越大當(dāng)光照一定時，偏壓越大，光電流也越大，且沒有飽和當(dāng)光照一定時，偏壓越大，光電流也越大，且沒有飽和現(xiàn)象現(xiàn)象 但使用時，要注意所加偏壓不能大于最大工作電壓但使用時，要注意所加偏壓不能大于最大工作電壓l光照特性：光敏電阻的光電流（亮電流和暗電光照特性：光敏電阻的光電流（亮電流和暗電流之差）與光通量（光照度）之間的關(guān)系流之差）與光通量（光照度）之間的關(guān)系光敏電阻的光照特性是非線性的，不宜作檢測光敏

23、電阻的光照特性是非線性的，不宜作檢測元件元件一般作為開關(guān)式傳感器，如被動式人體紅外檢一般作為開關(guān)式傳感器，如被動式人體紅外檢測、路燈開關(guān)測、路燈開關(guān)l光譜特性：光敏電阻的相對靈敏度與入射波長的關(guān)系稱光譜特性：光敏電阻的相對靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光譜特性為光譜特性l不同材料，峰值波長不同，光譜特性不同不同材料，峰值波長不同，光譜特性不同硫化鎘的峰值波長在可見光區(qū)硫化鎘的峰值波長在可見光區(qū)硫化鉛的峰值波長在紅外光區(qū)硫化鉛的峰值波長在紅外光區(qū)l使用時應(yīng)根據(jù)光源性質(zhì)選擇合適的光電器件使用時應(yīng)根據(jù)光源性質(zhì)選擇合適的光電器件l溫度特性：作為半導(dǎo)體器件的光敏電阻，受溫度影響較溫度特性：作為半導(dǎo)體器件的光

24、敏電阻，受溫度影響較大大溫度升高暗電流和靈敏度下降溫度升高暗電流和靈敏度下降峰值波長隨溫度上升向波長短的方向移動峰值波長隨溫度上升向波長短的方向移動使用時，為了提高靈敏度或保持光譜特性（能夠接受紅使用時，為了提高靈敏度或保持光譜特性（能夠接受紅外輻射），需要采取降溫措施外輻射），需要采取降溫措施l電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測量的電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測量的變化轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感變化的器件變化轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感變化的器件l常用來測量位移、壓力、振動、應(yīng)變、流量、常用來測量位移、壓力、振動、應(yīng)變、流量、比重等比重等l按原理可分為自感式、互感式等按原理可分為自感式、互感式

25、等l優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，靈敏度高、線性優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，靈敏度高、線性好、精度高、性能穩(wěn)定，輸出電阻小、輸出功好、精度高、性能穩(wěn)定，輸出電阻小、輸出功率大，抗干擾能力強(qiáng)，適用于惡劣環(huán)境率大，抗干擾能力強(qiáng)，適用于惡劣環(huán)境l缺點(diǎn)：頻響低，不宜快速動態(tài)測量缺點(diǎn)：頻響低，不宜快速動態(tài)測量l結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：自感式傳感器由線圈、鐵心和活動銜鐵組成自感式傳感器由線圈、鐵心和活動銜鐵組成鐵心和銜鐵由導(dǎo)磁材料（如硅鋼片或坡莫合金）制成鐵心和銜鐵由導(dǎo)磁材料（如硅鋼片或坡莫合金）制成線圈繞在鐵心上，并加交流激勵線圈繞在鐵心上，并加交流激勵l工作原理：工作原理：鐵心與銜鐵之間有空氣隙，鐵心與銜鐵之間有空氣隙

26、， 當(dāng)銜鐵上下移動時，氣隙改變，當(dāng)銜鐵上下移動時，氣隙改變， 磁路磁阻發(fā)生變化，磁路磁阻發(fā)生變化， 從而引起線圈自感的變化從而引起線圈自感的變化自感量的變化與銜鐵位置有關(guān)，自感量的變化與銜鐵位置有關(guān)， 只要測出自感量的變化，就能只要測出自感量的變化，就能 獲得銜鐵位移量的大小獲得銜鐵位移量的大小l自感式傳感器基本特征方程：自感式傳感器基本特征方程：當(dāng)線圈的匝數(shù)當(dāng)線圈的匝數(shù)N N確定后，只要?dú)庀洞_定后，只要?dú)庀痘驓庀督孛娣e或氣隙截面積S S0 0發(fā)發(fā)生變化，電感即發(fā)生變化，即生變化，電感即發(fā)生變化，即L=L=f f( (，S S0 0) )因此電感式傳感器結(jié)構(gòu)形式上有變氣隙式和變面積式因此電感式

27、傳感器結(jié)構(gòu)形式上有變氣隙式和變面積式在圓筒型線圈中放圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵上下移動時，電在圓筒型線圈中放圓柱形銜鐵，當(dāng)銜鐵上下移動時，電感量也發(fā)生變化，可構(gòu)成螺線管式電感傳感器。感量也發(fā)生變化，可構(gòu)成螺線管式電感傳感器。l為了減小非線性誤差，提高靈敏度，常采用差動式變氣為了減小非線性誤差，提高靈敏度，常采用差動式變氣隙傳感器隙傳感器差動電感傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩個完全對稱的簡單電感差動電感傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩個完全對稱的簡單電感傳感元件合用一個活動銜鐵傳感元件合用一個活動銜鐵測量時，銜鐵通過導(dǎo)桿與被測位移量相連，當(dāng)被測體上測量時，銜鐵通過導(dǎo)桿與被測位移量相連，當(dāng)被測體上下移動時，導(dǎo)桿帶動銜鐵也以相同

28、的位移上下移動下移動時，導(dǎo)桿帶動銜鐵也以相同的位移上下移動從而使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，方向相反的變從而使兩個磁回路中磁阻發(fā)生大小相等，方向相反的變化，導(dǎo)致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量化，導(dǎo)致一個線圈的電感量增加，另一個線圈的電感量減小，形成差動減小，形成差動l與簡單式電感傳感器相比與簡單式電感傳感器相比，差動式電感傳感器，差動式電感傳感器靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍非線性誤差由非線性誤差由/ /減小減小為為( (/ /) )2 2克服溫度等外界共模影響克服溫度等外界共模影響l電感式傳感器測量電路電感式傳感器測量電路l變壓器電橋電路變壓器電橋電路( (Z Z= =jwLjwL

29、) )：Z Z1 1、Z Z2 2是自感傳感器的兩個是自感傳感器的兩個線圈的阻抗，另兩臂是電源變壓器二次側(cè)線圈線圈的阻抗，另兩臂是電源變壓器二次側(cè)線圈初始時，初始時，Z Z1 1=Z=Z2 2=Z=Z 當(dāng)電感變化量為當(dāng)電感變化量為L L時，時， 輸出電壓與電感的變化成線性關(guān)系輸出電壓與電感的變化成線性關(guān)系 由于輸出為交流電壓所以電路只能確定銜鐵位移的大小由于輸出為交流電壓所以電路只能確定銜鐵位移的大小，不能判斷位移的方向，不能判斷位移的方向 為了判斷位移的方向，要在后續(xù)電路中配置相敏檢波電路為了判斷位移的方向，要在后續(xù)電路中配置相敏檢波電路l帶帶相敏檢波電路的相敏檢波電路的電橋電路電橋電路電橋

30、由差動電感傳感器線圈電橋由差動電感傳感器線圈Z Z1 1、Z Z2 2和平衡電阻和平衡電阻R R1 1、R R2 2組成，組成，R R1 1=R=R2 2，VDVD1 1-VD-VD4 4構(gòu)成相敏整流器構(gòu)成相敏整流器電橋的一個對角線加交流激勵電壓，另一個對角線輸出電壓電橋的一個對角線加交流激勵電壓，另一個對角線輸出電壓設(shè)銜鐵下移時，設(shè)銜鐵下移時，Z Z1 1增大，增大，Z Z2 2減小減小當(dāng)電源當(dāng)電源U U為為A A正正B B負(fù)時，負(fù)時，VDVD1 1、VDVD4 4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VDVD2 2、VDVD3 3截止，電阻截止，電阻R R1 1上的電壓大于電阻上的電壓大于電阻R R2 2上的電壓，

31、上的電壓，u u0 000當(dāng)電源當(dāng)電源U U為為A A負(fù)負(fù)B B正時，正時，VDVD1 1、VDVD4 4截止，截止，VDVD2 2、VDVD3 3導(dǎo)通，電阻導(dǎo)通，電阻R R1 1上的電壓小于電阻上的電壓小于電阻R R2 2上的電壓，上的電壓，u u0 000在一個電源周期內(nèi)輸出電壓始終為正在一個電源周期內(nèi)輸出電壓始終為正同理，當(dāng)銜鐵上移時，在一個電源周期內(nèi)輸出電壓始終同理，當(dāng)銜鐵上移時，在一個電源周期內(nèi)輸出電壓始終為負(fù)為負(fù)使用使用相敏檢波電路，相敏檢波電路，輸出電壓的大小反映銜鐵位移大小輸出電壓的大小反映銜鐵位移大小，極性反映位移方向，極性反映位移方向由于二極管的整流作用，由于二極管的整流作

32、用，相敏檢波電路還相敏檢波電路還能夠消除零點(diǎn)能夠消除零點(diǎn)殘余電壓影響殘余電壓影響l電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用l壓力測量壓力測量采用變氣隙差動傳感器采用變氣隙差動傳感器當(dāng)被測壓力當(dāng)被測壓力p變化時，彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，帶動變化時，彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，帶動與自由端剛性相連的自感傳感器銜鐵發(fā)生移動，使差動與自由端剛性相連的自感傳感器銜鐵發(fā)生移動，使差動自感傳感器電感值一個增加，一個減小。自感傳感器電感值一個增加，一個減小。傳感器采用變壓器電橋供電，傳感器采用變壓器電橋供電，輸出電壓的大小反映銜鐵輸出電壓的大小反映銜鐵位移大小位移大小l差動式電感測厚儀差動式電感測厚儀開始測量之前，先

33、調(diào)節(jié)測微螺桿至給定厚度（由度盤讀出）開始測量之前，先調(diào)節(jié)測微螺桿至給定厚度（由度盤讀出）測量時，被測帶材在上下測量滾輪之間通過測量時，被測帶材在上下測量滾輪之間通過當(dāng)剛帶厚度偏離給定厚度時，上測量滾輪將帶動測微螺桿上當(dāng)剛帶厚度偏離給定厚度時，上測量滾輪將帶動測微螺桿上下移動，通過杠桿將位移傳遞給銜鐵，使下移動，通過杠桿將位移傳遞給銜鐵，使L1、L2變化變化電感傳感器的兩個線圈電感傳感器的兩個線圈L1、L2 構(gòu)成電橋的兩個橋臂，構(gòu)成電橋的兩個橋臂，C1、C2 構(gòu)成電橋的另兩個橋臂構(gòu)成電橋的另兩個橋臂4個二極管個二極管VD1-VD4和和4個電阻組成相敏檢波電路，輸出電流個電阻組成相敏檢波電路，輸出

34、電流由電流表指示由電流表指示R5是調(diào)零電位器，是調(diào)零電位器，R6用于調(diào)節(jié)電流表的滿刻度，用于調(diào)節(jié)電流表的滿刻度，R7、C3、C4起濾波作用，起濾波作用，HL為工作指示燈為工作指示燈l互感式傳感器是根據(jù)變壓器原理制成的，也稱差動變壓器互感式傳感器是根據(jù)變壓器原理制成的，也稱差動變壓器l主要有變氣隙武、變面積式和螺線管式主要有變氣隙武、變面積式和螺線管式l應(yīng)用較多的是螺管式，可測量應(yīng)用較多的是螺管式，可測量1-100mm的位移的位移l結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、靈敏度高、精度高結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、靈敏度高、精度高l螺線管式差動變壓器的結(jié)構(gòu)螺線管式差動變壓器的結(jié)構(gòu)由絕緣骨架、繞在骨架上的一個一次初級側(cè)線圈、

35、對稱于由絕緣骨架、繞在骨架上的一個一次初級側(cè)線圈、對稱于初級線圈的兩個二次側(cè)線圈和插在線框中的圓柱鐵心組成初級線圈的兩個二次側(cè)線圈和插在線框中的圓柱鐵心組成兩個二次側(cè)線圈反向串聯(lián)（差動連接）兩個二次側(cè)線圈反向串聯(lián)（差動連接）在一次側(cè)線圈加交流激勵，根據(jù)變壓器原理，兩個二次側(cè)在一次側(cè)線圈加交流激勵，根據(jù)變壓器原理，兩個二次側(cè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢由于兩個二次側(cè)線圈對稱，當(dāng)銜鐵處于中間時，產(chǎn)生的感由于兩個二次側(cè)線圈對稱，當(dāng)銜鐵處于中間時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等應(yīng)電動勢相等由于兩個二次側(cè)線圈反接，故輸出為零由于兩個二次側(cè)線圈反接，故輸出為零當(dāng)被測量帶得銜鐵移動時，兩個二次側(cè)線圈的感應(yīng)電動

36、勢當(dāng)被測量帶得銜鐵移動時，兩個二次側(cè)線圈的感應(yīng)電動勢隨銜鐵移動的位移而變化隨銜鐵移動的位移而變化差動輸出電壓為兩個二次側(cè)線圈輸出電壓的合成，呈差動輸出電壓為兩個二次側(cè)線圈輸出電壓的合成，呈V V字形字形l由于兩個二次側(cè)線圈實(shí)際參數(shù)不對稱，使兩個二次輸出由于兩個二次側(cè)線圈實(shí)際參數(shù)不對稱，使兩個二次輸出的感應(yīng)電動勢不能完全抵消，從而存在零點(diǎn)殘余電壓的感應(yīng)電動勢不能完全抵消，從而存在零點(diǎn)殘余電壓l減小零點(diǎn)殘余電壓減小零點(diǎn)殘余電壓在制作工藝上力求結(jié)構(gòu)對稱、磁路對稱、線圈對稱、鐵在制作工藝上力求結(jié)構(gòu)對稱、磁路對稱、線圈對稱、鐵心和材料均勻心和材料均勻采用電阻、電容補(bǔ)償電路、差動整流電路采用電阻、電容補(bǔ)償

37、電路、差動整流電路電阻可以改變二次側(cè)線圈輸出電壓的大小，對基波正交電阻可以改變二次側(cè)線圈輸出電壓的大小，對基波正交分量有很好的補(bǔ)償效果分量有很好的補(bǔ)償效果并聯(lián)電容對高次諧波有很好的濾波和抑制作用并聯(lián)電容對高次諧波有很好的濾波和抑制作用l差動整流電路差動整流電路一次側(cè)線圈激勵電壓正半周時，兩個二次側(cè)線圈輸出電一次側(cè)線圈激勵電壓正半周時，兩個二次側(cè)線圈輸出電壓壓a a正正b b負(fù)，負(fù)，c c正正d d負(fù)，經(jīng)電橋整流后，負(fù)，經(jīng)電橋整流后，2 2正正4 4負(fù)，負(fù)，6 6正正8 8負(fù)負(fù)一次側(cè)線圈激勵電壓負(fù)半周時，兩個二次側(cè)線圈輸出電一次側(cè)線圈激勵電壓負(fù)半周時，兩個二次側(cè)線圈輸出電壓壓a a負(fù)負(fù)b b正，

38、正，c c負(fù)負(fù)d d正，經(jīng)電橋整流后，正，經(jīng)電橋整流后，2 2正正4 4負(fù)，負(fù)，6 6正正8 8負(fù)。負(fù)。極性不變極性不變銜鐵在零位時，銜鐵在零位時，U U2424=U=U6868，U U2 2=0=0銜鐵上移時，銜鐵上移時， U U2424UU6868，U U2 200銜鐵下移時，銜鐵下移時， U U2424UU6868，U U2 200所以，輸出電壓的大小反映銜鐵位移的大小，極性反映所以，輸出電壓的大小反映銜鐵位移的大小，極性反映位移的方向。位移的方向。R R0 0用于零點(diǎn)殘余電壓調(diào)零用于零點(diǎn)殘余電壓調(diào)零l測量電路測量電路差動變壓器只能反映位移大小，不能反映位移反方向差動變壓器只能反映位移大小，不能反映位移反方向?yàn)榱四軌蚍直嫖灰品较?，消除零點(diǎn)殘余電壓，測量中采為了能夠分辨位移方向，消除零點(diǎn)殘余電壓，測量中采用差動整流電路和相敏檢波電路用差動整流電路和相敏檢波電路l相敏檢波電路相敏檢波電路4