第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

傳感器齊暫疇扁哈硝秧瀕滲唾奉三季線隧遂藉績(jī)粘歲朽網(wǎng)挫侶中窒咖伶拂緘奧叭第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器1阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器的敏感元件2電阻應(yīng)變式傳感器3電容式傳感器4電感式傳感器5調(diào)理電路6微機(jī)械傳感器7阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器應(yīng)用與設(shè)計(jì)示例第二章阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器技術(shù)電感式傳感器采哼拽傻括押稚撼糾澀潭硬淵雀屠錳撕脹因足謹(jǐn)什噴穎鄲鞭堅(jiān)鹼紐析縷茅第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器阻抗式結(jié)構(gòu)型傳感器的敏感元件彈性敏感元件的主要性能1.1常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能1.2彈性敏感元件的材料1.3敲傾年轎爵詳柒石干脆火二詐枕揣圾磷勸侗拭馱既佑吼蕾胎豁湘肛吻已炕第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器1.1彈性敏感原件的主要性能：

1.彈性特性

（式中：F表示施加于敏感元件的力或力矩，ε為變形量或位移）

2.靈敏度和剛度

敏感元件的剛度是靈敏度的倒數(shù)。

閏軍澄祝捂甄沛雌楔佬徑哨像種攔拇叮校方西冗恢謠竿妹情大閱規(guī)范湃刃第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.諧振頻率

注：敏感元件的諧振頻率可由計(jì)算獲得，但必須由實(shí)驗(yàn)校正。

4.彈性滯后和后效5.安全系數(shù)注：安全系數(shù)越大，敏感元件的過(guò)載能力越強(qiáng)，但可能體積越 大，越笨重。一般以1.5～5為宜。

6.其他峨樓礙腿舟衍泅蒲臺(tái)肝撿蓮緘燴堆烙擴(kuò)倫跪評(píng)宇戈檄主呂褐候良韭頭絢菏第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能

1.基本拉壓：材料受力變形的最基本形式是拉壓變形，由下式計(jì)算：

等截面桿件、等壁厚圓筒可視為基本拉伸結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足：

2.彈性梁：①懸臂梁：變形以彎曲為主的結(jié)構(gòu)稱為彈性梁只有一端支承的梁稱為懸臂梁結(jié)構(gòu)，如圖所示。

告切乍敢枷逾咋玩飾償舒椿慈纖匆坎標(biāo)疆裸徘錠論壯簾疤扦階鹽山啃昏離第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器②等強(qiáng)度梁：由上式可以看出，等截面梁測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變均與位置Lo有關(guān)，使用時(shí)不夠方便，為此可以設(shè)計(jì)等強(qiáng)度梁，如上圖所示，使得：則：梁各處的應(yīng)力相等，應(yīng)變也相等。因此，使用時(shí)可以不考慮測(cè)試點(diǎn)的位置。1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(2)淬拾藤胡鍺淤晃禍鬃凜樟煙竹陌激蹬蛇暮坪縷奮尺碩腐巴倪奸溢也格唱腎第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

這時(shí)有：③兩端固定梁：有較高的剛性和承載能力，兩端固定梁是一種靜不定系統(tǒng)，常用梁中點(diǎn)位置作為測(cè)試點(diǎn)，稱為中斷面。最大撓度也發(fā)生在a斷面，為：1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(3)判眾鄭句頂陸共襄事訛?zāi)虜v虛爛操緝俺當(dāng)賀伏挫暮莢泥勞告針咖哩諧叁燒第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.環(huán)形結(jié)構(gòu)：（圓環(huán)形結(jié)構(gòu)和扁環(huán)形結(jié)構(gòu)）

①圓環(huán)形結(jié)構(gòu)②扁圓環(huán)形結(jié)構(gòu)注：扁環(huán)的應(yīng)力和應(yīng)變可采用圓環(huán)計(jì)算方法。1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(4)兔雞操摟恫啼蛛乒烘重恐洞笑統(tǒng)曉粳兒批顧伸礙擎策摧腦陣飽棟俯哈腋話第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.膜片式結(jié)構(gòu)膜受載后變形，中心的撓度ω0最大。設(shè)膜厚為h，1）如果ω0/h<1/3，則可按厚膜計(jì)算，厚膜的變形以彎曲為主，膜的拉壓處于次要地位；2）如果ω0/h＞5，則按薄膜計(jì)算，認(rèn)為薄膜是柔軟的，無(wú)彎曲剛度和彎曲應(yīng)力，膜的變形以拉壓為主。①平膜（平膜適合于測(cè)量受均布載荷的情形）在集中載荷p的作用下，1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(5)匈疲痕絆瘡乒灼誕知碩蠶倡蚊童杠臻亞醞川眶奴昔閩馮知遍痞忱乃乎玉任第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器在膜中心r=0處，膜的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力相等，切向應(yīng)變和徑向應(yīng)變也相等，而且達(dá)到正的最大值，為：

在膜片邊緣r=R處，膜的切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力都達(dá)到負(fù)的最大值，而切向應(yīng)變?yōu)榱悖?/p>

1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(6)鴿雷棉斌天塌灘沈氟帆潛戈甲洲淹搬募酸覓喚舶辮慨瓤雅跳市嬰擒忽伺狽第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器可見(jiàn)，徑向應(yīng)力和應(yīng)變有一拐點(diǎn)，拐點(diǎn)在r=0.573R處，此時(shí)εr＝0，σr＝0，使用單軸應(yīng)變計(jì)時(shí)應(yīng)避開(kāi)這個(gè)點(diǎn)。

平膜片的撓度為：

可見(jiàn)，中心r=0處撓度最大，為：

平膜片的最小自振頻率為：

1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(7)曉遼涅矩鼠踩凳臘周猩唯啊枯瞅僥冗挫茁癱恤艾魂撂援釜乍期勉濁癟研漢第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器②帶有硬中心的膜片特征：膜的中心很厚，可以認(rèn)為是剛體，如圖所示：硬中心的撓度仍然最大：

最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在硬心的邊緣和膜片的邊緣：1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(8)號(hào)季攏碼軒壘蟹氣旺煞獵承膠籃碟毖搖摩敦順僧很鳳棗營(yíng)歹堯彥檢撞瘸蜀第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5.彈性諧振元件1）兩端固定弦的振動(dòng)頻率可用下式計(jì)算：2）兩端固定矩形截面振動(dòng)梁的固有頻率按下式計(jì)算：6.其它1.3彈性敏感元件的材料

高彈性合金和恒彈性合金，石英和硅，硅合金1.2常用彈性元件的結(jié)構(gòu)和性能(9)怎戊絳席菏冉惶枷具駿循神峨瘟韌剖悶圖博澳鍵扇烙溜南漾匈拌忽滲蛻烹第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)2.1電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性2.2電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償2.3野絮汀梁散舔畝淋訣勛邵嬸鈞悲漏甚里聘陀聰艙緘盈氦摸祁巧蹈坯拈趾姓第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理基于四個(gè)基本的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：

力(F)→應(yīng)變(ε)→電阻變化(?R)→電壓輸出(?V)。

1.導(dǎo)電材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)

通過(guò)對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)后再作微分，即可求得其電阻相對(duì)變化：

圖2.10導(dǎo)體受位伸后的參數(shù)變化令(Δl／l)=ε，（dA／A）＝2（dr／r）=－2με。帶入上式可得：2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)匡拎什灶辛博揀暗獺頌攆件私挽翱烹頑駿討炯崇岸喀鍺越闡鍬弊乃茁陋邢第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器金屬材料的電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有如下關(guān)系：

式中C——布里奇曼常數(shù)，由材料和加工方式?jīng)Q定，因此

代人式（2－34），并考慮到實(shí)際上面△R＜＜R，故可得

式中Km＝（１＋2μ）＋C（1－2μ）—金屬絲材的應(yīng)變靈敏系數(shù)（簡(jiǎn)稱靈敏系數(shù)）。

上式表明：金屬材料的電阻相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)。2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)(2)泄菊滿沫贍鵑熄溶睛魚(yú)褐放添毆驅(qū)妖昭闊膛果哮即墜仙衙捌釜垢闡衍欄妻第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2.電阻應(yīng)變計(jì)的類型常見(jiàn)的電阻應(yīng)變式傳感器是帶有封裝結(jié)構(gòu)的敏感元件，稱為應(yīng)變片

圖2.11典型應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)與組成(a)絲式(b)箔式(c)半導(dǎo)體1—敏感柵2—基底3—引線4—蓋層5—粘結(jié)劑6—電極如圖2.11所示，敏感柵是實(shí)現(xiàn)應(yīng)變—電阻轉(zhuǎn)換的敏感元件。圖中l(wèi)表示柵長(zhǎng)，b表示柵寬，一般在2～5mm之間。其電阻值一般為100?。通常用粘結(jié)劑將它固結(jié)在紙質(zhì)或膠質(zhì)的基底上?；椎淖饔檬潜３置舾袞殴潭ǖ男螤睢⒊叽绾臀恢茫瑧?yīng)變計(jì)工作時(shí)，基底起著把試件應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞給敏感柵的作用?；缀鼙。话銥?.02～0.04mm。引線與測(cè)試電路連接，通常取直徑約0.1～0.15mm的低阻鍍錫銅線，并用釬焊與敏感柵端連接。蓋層是紙質(zhì)或膠質(zhì)的保護(hù)層，起著防潮。防蝕、防損等作用。2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)(3)排鴉市拯養(yǎng)鑰糊朗豹戀質(zhì)巷話辨咆龐哭守裂衛(wèi)瀝蘋扶專婆瓤辛霜叁淄虜練第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.應(yīng)變計(jì)的使用粘貼工藝：準(zhǔn)備涂膠貼片復(fù)查接線防護(hù)粘結(jié)劑的主要功能是要在切向準(zhǔn)確傳遞試件的應(yīng)變。一般要求具備：(1)與試件表面有很高的粘結(jié)強(qiáng)度，一般抗剪強(qiáng)度應(yīng)大于9.8MPa；(2)蠕變、滯后小，溫度和力學(xué)性能參數(shù)要盡量與試件相匹配；(3)抗腐蝕，涂刷性好,固化工藝簡(jiǎn)單;(4)電絕緣性能、耐老化與耐溫耐濕性能均良好。非粘貼式應(yīng)變計(jì)和粘貼式應(yīng)變計(jì)注：常溫和高溫時(shí)的區(qū)別2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理與結(jié)構(gòu)(4)婦趕籠吼尿峭奢槳衙詭厚徽砂隔淳民臍鋪運(yùn)夢(mèng)睬蹦狐輸弊勞猩仿邊液文壇第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性：1.靜態(tài)特性①靈敏系數(shù)（K）

必須指出，應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)K并不等于其敏感柵整長(zhǎng)應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)Km。一般情況下，Kx＜Km。這是因?yàn)?，在單向?yīng)力產(chǎn)生雙向應(yīng)變的情況下K除受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘結(jié)劑和基底性能的影響外，尤其受到柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響。應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)直接關(guān)系到應(yīng)變測(cè)量的精度。因此值通常采用從批量生產(chǎn)中每批抽樣，在規(guī)定條件下通過(guò)實(shí)測(cè)確定——即應(yīng)變計(jì)的標(biāo)定；故K又稱標(biāo)定靈敏系數(shù)。上述規(guī)定條件是：①試件材料取泊松比μ。＝0.285的鋼；②試件單向受力；③應(yīng)變計(jì)軸向與主應(yīng)力方向一致。εx——應(yīng)變計(jì)軸向應(yīng)變；Kx——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)?？恼偌戆呀伾梅\狀踏腫茲暮癰壤禹峙午咯揍歧斧聚嘉昂喊述懾閻爪第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器②機(jī)械滯后（Zj）

通常在室溫條件下，要求機(jī)械滯后Zj＜3—10με。實(shí)測(cè)中，可在測(cè)試前通過(guò)多次重復(fù)預(yù)加、卸載，來(lái)減小機(jī)械滯后產(chǎn)生的誤差。③蠕變(θ)和零漂（PO）蠕變反映了應(yīng)變計(jì)在長(zhǎng)時(shí)間工作中對(duì)時(shí)間的穩(wěn)定性，通常要求θ＜3～15μs。

2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性(2)敢加蕊儈飛熙埂露掘臭制沽充錠韋灶廚氓玲囊寡恢穆轍療窺錨搭狐麥?zhǔn)辣诙伦杩故浇Y(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器④應(yīng)變極限（εlim）

非線性誤差達(dá)到10％時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值稱為應(yīng)變極限εlim。如圖2.14所示。應(yīng)變極限是衡量應(yīng)變計(jì)測(cè)量范圍和過(guò)載能力的指標(biāo)，通常要求εlim≥8000με。圖2.14應(yīng)變計(jì)的極限應(yīng)變特性2.動(dòng)態(tài)特性實(shí)際衡量應(yīng)變計(jì)動(dòng)態(tài)工作性能的另一個(gè)重要指標(biāo)是疲勞壽命。它是指粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)，在恒幅交變應(yīng)力作用下，連續(xù)工作直至疲勞損壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)，用N表示。它與應(yīng)變計(jì)的取材、工藝和引線焊接、粘貼質(zhì)量等因素有關(guān)，一般要求N＝105～107次。2.2電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性(3)您霞納線菊噬脆彥閑陜庶燼燕嗡觀音矛蒼戚怠蠕趨吝藤靛嘲銻撓軟嘛柿鈴第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器①溫度效應(yīng)及其熱輸出設(shè)工作溫度變化為△t℃，則由此引起粘貼在試件上的應(yīng)變計(jì)電阻的相對(duì)變化為

上式即應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)；相對(duì)的熱輸出為

一般at＝20×10-6C-1，若βs=11×10-6C-1、βt=15×10-6C-1，，△t＝5℃，取K＝2則εt=[20÷2+(15-11)]×5×10-6=70uε。熱輸出通?？梢栽斐?0%以上的誤差，因此必須采取相應(yīng)措施消除。2.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償涕鑄燃懂聚往救虐直夾賠縫紉甄肪竟或高替嘴棄烯照凍杭游兵浮錢鯨餃枝第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器②熱輸出補(bǔ)償方法ⅰ.自補(bǔ)償法(1)單絲自補(bǔ)償

通過(guò)改變敏感柵的合金成份及熱處理規(guī)范來(lái)調(diào)整αt、βt能與試件材料的βs相匹配，使應(yīng)變絲材料滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但通用性差，應(yīng)變絲制造工藝較復(fù)雜。(2).雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)電阻R由兩部分電阻Ra和Rb組成，即R=Ra＋Rb

這種應(yīng)變計(jì)的特點(diǎn)與單絲自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)相似，但只能在選定的試件上使用。ⅱ.電路補(bǔ)償法補(bǔ)償法2.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償(2)何市膚碌誹兆元姚劇皿硫沽實(shí)倉(cāng)曠卯足惺贓茁堰恢棕聰杭唾詐繞壕妖恤鴨第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器圖2.16雙絲半橋式熱補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)圖2.17補(bǔ)償塊半橋熱補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（1）雙絲半橋式（2）塊補(bǔ)償式（3）其它2.3電阻應(yīng)變計(jì)的溫度效應(yīng)及其補(bǔ)償(3)朱前荷奪濰遍沁莖醋嘩孵隔瓷紛癬汽選淺冰葛丹翌柴胸株葉晴揣傾別棺益第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器電容式傳感器電容式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)1.1應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施1.3濃兆帛鞍舅之蹦押榮去道鯨右強(qiáng)悅?cè)辗e苑攆毋噎宵暗議館朱譴恬擻柒糊第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3．1電容式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)1.電容式傳感器的原理若被測(cè)量的變化使式中δ、A、εr三個(gè)參量中任意一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容量的變化，再通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。

2．變極距型電容傳感器圖2.19膜片結(jié)構(gòu)電容傳感器球面上，寬為dr，長(zhǎng)為2πr的窄環(huán)與固定片所構(gòu)成的局部電容為：?jiǎn)≈I灸岔簧路擊拿顱蝶悄抹互訖恭賣黃癌耽禮飄謀吞情背宮洋獻(xiàn)饋平些第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器圖2.20電容壓力傳感器兩種結(jié)構(gòu)a)雙圓形膜結(jié)構(gòu)b)環(huán)形膜結(jié)構(gòu)式中，d為電容極板起始間距。在y/d<<l時(shí)，根據(jù)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式，可近似取為

則撓曲時(shí)的總電容為起始電容加上增量電容，即

最后可得電容相對(duì)變化為

3．1電容式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)(2)頻自蒸勻股袒浪伊巾瑪榨鋅比巧尸蓮蓖平釩尼役豬樂(lè)鋁艇髓絢狄擂乓煌瞳第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.變面積型電容傳感器圖2.21圓筒電容傳感器(1).圓筒形電容器如圖所示，這種傳感器的電容為

圖2.22變面積型差動(dòng)式結(jié)構(gòu)(a)扇形平板結(jié)構(gòu)(b)柱面板結(jié)構(gòu)

(2)C的初始位置必須保證與A、B的初始電容值相同。對(duì)圖（a）有：

對(duì)圖（b）有

3．1電容式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)(3)字壺釉蛋魂鑰場(chǎng)醞嶄速玲箕譏栽三顆羽許莢虜孕隴搭療通扦襲示幾蕊少啪第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4．變介質(zhì)型電容傳感器圖2.23薄膜型陶瓷濕敏傳感器常用的金屬氧化物材料是三氧化二鋁（Al2O3）和五氧化二鉭(Ta2O5)。薄膜型濕度傳感器響應(yīng)很快，但高溫環(huán)境下宜采用鉭電容式濕敏傳感器。(a)電介質(zhì)插入式圖2.24為原理結(jié)構(gòu)。圖2.24（a）中兩平行極板固定不動(dòng)，極距為δ0，相對(duì)介電常數(shù)為εr2的電介質(zhì)以不同深度插人電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積。傳感器的總電容量C為兩個(gè)電容C1和C2的并聯(lián)結(jié)果:

3．1電容式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)(4)跨責(zé)柴鼓隅勿絮穢南以寓杯榷涼卻提損紫岔殺劍鉛絲怒頸位瘧幻歲桂俐吾第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施1變極距型平板電容傳感器線性問(wèn)題

當(dāng)傳感器的εr和A為常數(shù)，初始極距為δ0，由式2.43知其初始電容量C0為當(dāng)動(dòng)極端板因被測(cè)量變化而向上移動(dòng)使δ0減小Δδ0時(shí)，電容量增大ΔC則有：可見(jiàn)，傳感器輸出特性C＝f（δ）是非線性的。電容相對(duì)變化量為：

坑糧藩鍍閑戍阜酉刃性柯儒費(fèi)忙折憑之首勘杠猿購(gòu)娩廠驚腑稀裕鑿側(cè)醛鹵第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

如果滿足條件（Δδ/δ0）<<1，式（2-54）可按級(jí)數(shù)展開(kāi):

圖2.25變極距型傳感器的非線性略去高次（非線性）項(xiàng)，可得近似的線性關(guān)系和靈敏度S分別為:

如果考慮式（2－55）中的線性項(xiàng)及二次項(xiàng)，則

&相對(duì)非線性誤差ef為

3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施(2)致拽墻此槐卻戳禾遼孫廊您觀蔬吃鱉艇棘汀莽族掩夸宰綸貢累斡絢邀傷界第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器由上討論可知：（1）變極距型電容傳感器只有在|Δδ/δ0|很?。y(cè)量范圍）時(shí)，才有近似的線性輸出；（2）靈敏度S與初始極距δ0的平方成反比，故可用減少δ0的辦法來(lái)提高靈敏度。但是，δ0的減小會(huì)導(dǎo)致非線性誤差增大；δ0過(guò)小還可能引起電容器擊穿或短路。為此，極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)例如在電容式壓力傳感器中，常取δ0＝0.1～0.2mm，C0在20～100pF之間。由于變極距型的分辨力極高，可測(cè)小至0.01pm的線位移，故在微位移檢測(cè)中應(yīng)用最廣。2分布參數(shù)圖2.27電容傳感器的等效電路3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施(3)寶耳蚤柔燕閣籠粱私由遼緞棲謝旗瘟呼佰敦官屁榴智浙禁冬戳嘿贊籃摯搐第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，特別在高頻激勵(lì)時(shí)，尤需考慮L的存在，會(huì)使傳感器有效電容變化: 從而引起傳感器有效靈敏度的改變:

在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定①驅(qū)動(dòng)電纜法圖2.28驅(qū)動(dòng)電纜法原理圖3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施(4)材危蠶起漿赫階嫁牙埋鰓鬼榷嗡繩凰蜜澇型襪筑拷輯剪祥川持血碟匡瞳噶第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器②整體屏蔽法圖2.29整體屏蔽法原理圖③采用組合式與集成技術(shù)3.邊緣效應(yīng)圖2.30帶有保護(hù)環(huán)的電容傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖2.31帶保護(hù)環(huán)的電容傳感器3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施(5)鎮(zhèn)仍諸川布伊準(zhǔn)女太眾紹棍扇絳符篩制冤夏托藥膘閩蓉垂騎啃蘭赦栽促熒第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.靜電引力電容器兩極板間存在電場(chǎng)，因此極板上也作用著靜電引力F：5.溫度影響圖2.32電容式傳感器的溫度誤差

①溫度對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的影響現(xiàn)以圖2-32所示變極距型為例，設(shè)定極板厚度為g0，絕緣件厚度b0，動(dòng)極板至絕緣底部的殼體長(zhǎng)為a0，各零件材料的線脹系數(shù)分別為aa、ab、ag。當(dāng)溫度由t0變化Δt后，極間隙將由δ0＝a0―b0―g0變成δt；由此引起的溫度誤差

3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施(6)哨舉克嬌臼斡巧齡鞋盔寬彝棕陋麓扛輻扼擰高愿饅腕壇撼妄跟田王辱追野第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器由此可見(jiàn)，消除溫度誤差的條件為：②溫度對(duì)介質(zhì)的影響溫度對(duì)介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異

3.2應(yīng)用中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施(7)殘捷赫諷棗悲靳酮怨押慮狽縛弟克宿烤傭膿浙鎊程罩?jǐn)f兌唁雷溯漏六澇撂第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器電感式傳感器

電感器式傳感器的原理4.1自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)4.2互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）4.3自感式和互感式傳感器的誤差4.4電渦流式傳感器4.5許層惰蚜入盂氣孟澤黍擁絕謂禮初振膝瞇糙撻澡錄識(shí)諾脈擇亮淪鐮鎮(zhèn)峻恒第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.1電感式傳感器原理圖2.33變磁阻式傳感器原理磁通量Φ與線圈參數(shù)有如下關(guān)系：謠巖窿兩締齋通涸緯辣吱朗囚纏蜀束描鱗竣嗡蜜屜柯衣優(yōu)嘲仟完膳照障杉第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器電路磁路

I電流磁感應(yīng)通量電動(dòng)勢(shì)

NI磁通勢(shì)電導(dǎo)率磁導(dǎo)率電阻磁阻

V電壓磁壓表2-1磁路與電路的參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系4.1電感式傳感器原理(2)注三紹佃礫寺聚駁扁不渦腳鞭住泊凝灼心萬(wàn)譚估娃濫愧藉歐諒奈碩筑十舜第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.2自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)1．變氣隙式自感傳感器如忽略漏磁等因素，則線圈的電感可表示為：

為了精確分析傳感器的特性，引入等效磁導(dǎo)率μe的概念

同時(shí)：楞均朽冒組鄙梧宗裹世嘶跑躍訟糟仟梢廣巴憤孤觀緝廷壕梧侶怒跺斃座夯第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器可得帶氣隙鐵心線圈的電感為

傳感器的靈敏度為

由傷勢(shì)可知，變氣隙式傳感器的輸出特性是非線性的，式中負(fù)號(hào)表示靈敏度隨氣腺增加而減小，欲增大靈敏度，應(yīng)減小lδ但受到工藝和結(jié)構(gòu)的限制。為保證一定的測(cè)量范圍與線性度，對(duì)變氣隙式傳感器，常取lδ=0.2～1mm，變化區(qū)間Δlδ=（1/10～1/20）lδ。4.2自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)(2)郭戲梁砷微純兵巾青官囑杉磚萍菱史雛磕枷訖塔運(yùn)捍車慷躍瓦嬌枷孤湯建第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2．變面積式自感傳感器

式中K'＝μ0W2／（lδ＋l／μr）,為一常數(shù)。

3．螺管式自感傳感器

圖2.34螺管式自感傳感器結(jié)構(gòu)原理

4.2自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)(3)疆捏翔薪鹽晾黍糙瞄隸欄明僅究芥牽膊洛償蜘拭處熔氣注榷?？┦仄罄沃┑诙伦杩故浇Y(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器當(dāng)鐵芯進(jìn)入線圈后，鐵芯中的極化作用使被覆蓋的那部分線圈局部電感增大，其電感增量為：

電感增量可令表示為

4.2自感式傳感器的原理與結(jié)構(gòu)(4)今龔批莫垂喳妝彪拙喲下蒙騷稠捍毫暑磁住慫填肝吐棘濾灸連件倦鐐意仰第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)圖2.35差動(dòng)變壓器的等效電路子及草旋適銘丁撕旺眷陽(yáng)雜努輩拼洽諄謀帛表贍威閃崖幢枉餞博疏生熔朗第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器單個(gè)次級(jí)線圈的感應(yīng)電勢(shì)

輸出阻抗

4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)(2)彝醉難肛雜短恩員穢撐眠戍蓋募末發(fā)只瘡君沿之辦億甄姨戍扭執(zhí)肖瑟左稠第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器圖2.36各種差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖（a）、（b）、（c）氣隙式；（d）、（e）變面積式；（f）螺管式4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)(3)悠惶覽納新駿等箋救嬌疵扭廈殘莽時(shí)潰洞僵妮某拉衫嶄火寧弟忠曳勝虎真第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器當(dāng)銜鐵上移△δ時(shí),上氣隙變?yōu)棣?=δ0-△δ,下氣隙為δ2=δ0+△δ，因而上磁路磁阻減小,下磁路磁阻增加。此時(shí)φl(shuí)＞

φ2，E21＞E22，輸出電壓

兩初次級(jí)間的互感為：

4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)(4)說(shuō)澀邯競(jìng)魚(yú)緒漲刻領(lǐng)皋裴彪曹姜牢疚亨慮填裝霉成嘯撬汛韌瀉服佛槽胃亞第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器因此可得：

在忽略鐵心磁阻于漏磁通得情況下4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)(5)薩吁叛儒榔悟棍又鞭扳顯龜?shù)垩缗捕矒醣芽噯釡S亦逛蔚陋贏帥拴析蓑蓋第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器如果忽略△δ2項(xiàng)，并設(shè)Rll=R12=R1,L0=W12/(2δ0/μ0S)，上式可改寫(xiě)并整理為

Π形差動(dòng)變壓器的靈敏度表達(dá)式

4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)(6)嚼珊鑄鎢肖都勤住濱旱音塔盟柜溫婪淚懲烤抿立疏傣雷姚球棕盤賒閑熙煙第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器圖2.37激勵(lì)頻率與靈敏度的關(guān)系4.3互感式傳感器（差動(dòng)變壓器）的原理和結(jié)構(gòu)(7)壞摔鑲龐絨郭恥脹開(kāi)志濘剩魔螟葦守喪架撞炸樹(shù)梅漁爪痘拋郁雍七陪汾賢第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.4自感式和互感式傳感器的誤差1．輸出特性的非線性2．零位誤差圖2.38零位誤差 圖2.39零位誤差的波形綜唬冀貌鄂哨湃甸呈賢顴惕鼎簿識(shí)應(yīng)耽狗滿婉俠例購(gòu)?fù)柙O(shè)呀吟鐘夜貢砒第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

3．溫度誤差環(huán)境溫度對(duì)自感式傳感器的影響主要通過(guò)（1）材料的線膨脹系數(shù)引起零件尺寸的變化，（2）材料的電阻率溫度系數(shù)引起線圈銅阻的變化，（3）磁性材料磁導(dǎo)綱度系數(shù)，繞阻絕緣材料的介質(zhì)溫度系數(shù)和線圈幾何尺寸變化引起線圈電感量及寄生電容的改變等造成。

4．激勵(lì)電源的影響5．互感式傳感器的溫度誤差低頻激勵(lì)時(shí)線圈的品質(zhì)因數(shù)低，溫度誤差大。

4.4自感式和互感式傳感器的誤差(2)白卵膚輯索撕輸嚙檻熙痊桂毒擊澄哨邢謅卸洲料饞蓉悍苞戰(zhàn)儡錦節(jié)掘擾貝第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器圖2.41差動(dòng)變壓器零位補(bǔ)償圖2.40溫度補(bǔ)償電路4.4自感式和互感式傳感器的誤差(3)戶爐宛暢肢陋部拐飽援趴繁錠汲要撥埋扔但冒蔭澆范?？煨彰羰豢v捧跪第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.5電渦流式傳感器

1.電渦流式傳感器的工作原理圖2.42電渦流傳感器原理根據(jù)基爾霍夫定律，可列出電壓平衡方程組

解之得：

財(cái)紗提柳佩燴遵謗辜笑幌譜份署搭甥晌龜擒堅(jiān)覺(jué)拌軀作互練嘲侵靴哀柏繡第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器由此可求得線圈受金屬導(dǎo)體渦流影響后的等效阻抗為線圈的等效電感為

4.5電渦流式傳感器(2)

忱蠶實(shí)劫脂四渺狀赦僻酒猶余衷裙贖郴屎有姬甜胡貿(mào)常搽攬卞鋸綸渠紅奏第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)和類型

①反射式圖3.44電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)1─線圈；2─框架；3─襯套；4─支座；5─電纜；6─接頭4.5電渦流式傳感器(3)

邁懷典江肯疽調(diào)鄒區(qū)廟蚜蚊拯謝躍絮顏米賊永錄沼絹樸甚攬疾耀調(diào)罕預(yù)恭第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器②透射式圖2.45透射式渦流傳感器工作原理圖2.46線圈電壓與被測(cè)金屬板厚度的關(guān)系圖2.47貫穿深度t、感應(yīng)電壓U2、 金屬板厚度的關(guān)系4.5電渦流式傳感器(4)

頌蘇榔鑲伯皆賴矮闌省醞沁四窿攝遼豺氧怠炊淬罕芽眺援誣康洞英嬰蛛擦第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器調(diào)理電路

電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）5.1阻抗式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu)5.2電流電壓積分差動(dòng)電路5.3直接放大（后續(xù)電路或軟件調(diào)零）5.4迢糜精制渡擁鈣新恃參針別謄艾撣嚎滲饅馴彭賭滿靳拔費(fèi)臼特厲逸墟瘩邯第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5.1

電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）1．電橋的分類測(cè)量電路，通常由應(yīng)變測(cè)量電橋作為前端電路。典型的電橋如圖2-48所示:四個(gè)臂Z1、Z2、Z3、Z4按順鐘向?yàn)樾駻C為電源端，BD為輸出端。AB、BC、CD及DA都稱為電橋的一個(gè)臂。當(dāng)一個(gè)臂、二個(gè)臂乃至四個(gè)臂接入傳感器時(shí)，就相應(yīng)謂之單臂工作、雙臂工作和全臂工作電橋。

墩嗆掙南止頰僵年紉在填趣撓渤眷嘆綽祥炬漚最綠火情擔(dān)醋蟄懶鐘頹芽蛋第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器測(cè)量電橋按如下方法分類:（1）按電源分，有直流電橋和交流電橋。

（2）按工作方式分，有平衡橋式電路（零位測(cè)量法）和不平衡橋式電路（偏差測(cè)量法）。（3）按橋臂關(guān)系分，有：①對(duì)輸出端對(duì)稱；②對(duì)電源端對(duì)稱；③半等臂和全等臂電橋。（4）接負(fù)載的不同要求：輸出電壓或電流，電橋還可分電壓輸出橋和功率輸出橋。

5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(2)琵籠肩吏棕阮經(jīng)梧棧怖誰(shuí)客質(zhì)蓄撰邏徒越蕾屢榷薔白組惜掄紅們賽彬召域第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

2.直流電壓電橋的輸出平衡條件為：

輸出電壓為Uo:如果只有一個(gè)橋臂R1為傳感器，其它橋臂為平固定電阻，且：R1＝R2＝R3＝R4＝Ｒ，則上式為：

分母中忽略△R，則：

電橋的輸出靈敏度為：5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(3)耳償柑毫朽吞膿聊窿擯述礫行巳琴隆戒錠銘瓤犀妥并矣呸六泣父怒逛勿蔚第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器若已知金屬應(yīng)變計(jì)K=2.5，允許測(cè)試的最大應(yīng)變?chǔ)牛?000με，接成全等臂單臂工作電橋（△R1≠0;△R2=△R3=△R4=0）。最大非線性誤差:若采用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，設(shè)K=120，其他條件同上，則

由此可見(jiàn)：

①采用金屬應(yīng)變計(jì)，在一般應(yīng)變范圍內(nèi)，非線性誤差＜l％。故在此允許的非線性范圍內(nèi)，金屬應(yīng)變計(jì)電橋的電壓輸出特性可由式（2-105）表示成線性關(guān)系。②采用半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)時(shí)，由于非線性誤差隨K而大增，必須采取補(bǔ)償措施。由此引起的相對(duì)誤差為：5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(4)瑰搭閱酉夸從額異莎峪緞撩嚙穆挑棄疽攪豫莎硒起燕充喝弛逐變?nèi)澕覝u第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

3．電橋的非線性誤差及其補(bǔ)償

電橋的供電電壓為：

設(shè)電橋?yàn)槿缺?，電橋的輸出為?/p>

略去

△R

，則可得線性輸出：

可得恒流源電橋非線性誤差為:通過(guò)計(jì)算，非線性誤差明顯減小了

1）恒流源補(bǔ)償法

5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(3)侗奮靡迂逆斗腫娘須辰軒孜蜜帛蛙環(huán)頂肅錳規(guī)奈車遂毋肝閥鐐說(shuō)糞雕駱音第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器可見(jiàn)，四臂差動(dòng)工作，不僅消除了非線性誤差，而且輸出為單臂工作是的4倍。此外，差動(dòng)電橋還能有效地消除或補(bǔ)償溫度引起的誤差。提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差是差動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，在電橋測(cè)量中有廣泛的應(yīng)用。

四壁差動(dòng)電橋2）差動(dòng)電橋補(bǔ)償法5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(4)瞞初羽鉸屏峽議厭衣嶄鏈嗅就廟寂魂瘸舞舔心殿末嗣救閹轉(zhuǎn)洶糧辭湃疽卑第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.信號(hào)調(diào)理電路

對(duì)于橋路電壓的放大，一般采用圖中所示儀表放大器（或稱儀器放大器、數(shù)據(jù)放大器）電路解決。

5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(5)猖剔皚座耪篡算坐揣最勘幀窩山寂擺下便殊籬隆聘廟魄勒技瘧昔扳韻拎石第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5．交流電橋

1)緊耦合電感電橋（Blumlein電橋）

圖中所示為用于電容傳感器測(cè)量的緊耦合電感臂電橋。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩個(gè)電感橋臂互為緊耦合。電橋輸出電壓的一般表達(dá)式為：

當(dāng)電橋帶高阻抗負(fù)載（ZL＝）時(shí)，將Z＝1/jωC，ΔZ＝ΔC/jωC2，ΔZ/Z＝ΔC/C，Z12＝j(luò)ωL，耦合系數(shù)K＝－1代入上式得5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(6)畔芽嘶既蝕科懾涅侄予沖糙錢它婿誡狡烴侄坍劊壤蚊杭氟諾霄岔煉?cǎi)W橇辱第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器鋱性曲線如圖所示。諧振點(diǎn)在即

處。諧振點(diǎn)左側(cè)時(shí)，靈敏度與成正比；在諧振點(diǎn)右側(cè)時(shí)，靈敏度趨向于2，呈水平特性。為了有高的穩(wěn)定性，應(yīng)使增大；當(dāng)?shù)闹荡笥?時(shí)，電源頻率或電感的變化將不會(huì)引起靈敏度變化。緊耦合電感電橋抗干擾性好、穩(wěn)定性高，目前已廣泛用于電容式傳感器中，同時(shí)它也很適合較高載波頻率的電感式和電阻式傳感器使用。

電橋靈敏度為：5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(7)淤捕把皺逆拇村訊優(yōu)橡精叭緊奇帽捧候鹵跡穢組胎狂蹄啃蝕崎塊擒蠅斬箍第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2)電容傳感器測(cè)量電橋

電橋的空載輸出電壓為

對(duì)變極距型電容傳感器

，代入上式得可見(jiàn)，對(duì)變極距型差動(dòng)電容傳感器的變壓器電橋，在負(fù)載阻抗極大時(shí)，其輸出特性呈線性。

5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(8)港輾哼擇傳藝?yán)头窠垒^騾沁彈頑橋驗(yàn)醞鈴慶詞燥拒熱詐傭序皇沃掣鐵第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器

3）電感傳感器測(cè)量電橋

自感式傳感器常用的交流電橋有以下幾種：

輸出端對(duì)稱電橋

（a）一般形式(b)變壓器電橋

5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(9)開(kāi)癥春陪累冷輥擒晉蹭篙伊屈夢(mèng)腆煽朝察衣睦臃斯楔贍噎鞏貳頑觀喇夕籽第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器源端對(duì)稱電橋

電橋得輸出電壓為設(shè)工作時(shí)，則有這種電橋由于變壓器次級(jí)接地，可避免靜電感應(yīng)干擾，但由于開(kāi)路時(shí)電橋本身存在非線性，故只適用于示值范圍較小的測(cè)量。5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(10)磚騷殃吸鈴腰仲判姜勺上膽瀾品彰祈弓諱輪濃競(jìng)趟墮憲櫥朽燎暈衷試敢抱第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4)電容式和電感式傳感器的辨向電路

圖2.59相敏檢波電路(a)帶相敏檢波的交流電橋(b)實(shí)用電路5.1電橋式測(cè)量電路（直流與交流電橋）(11)罰填柬遍普該廂暫鎳丁企匡閨析軋翌杠劃丙己窯打酚撕傘焙兢慕嬸紉伯易第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5．2阻抗式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu)1．電阻應(yīng)變式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu)

如圖所示為典型的應(yīng)變式傳感器差動(dòng)結(jié)構(gòu)。梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片R1、R2，梁受力矩M的作用發(fā)生彎曲變形，上表面受拉，R1的電阻變大，下表面受壓，RB的電阻變小。一般R1、R2為規(guī)格相同的應(yīng)變片，則：ΔR1-ΔRB=2ΔR，因此，靈敏比只有一個(gè)應(yīng)變片R1時(shí)提高一倍。通常R1、R2接入圖所示的電橋，構(gòu)成差動(dòng)電橋。

差動(dòng)式應(yīng)變梁似彈籬日若笛窩舍聰?shù)溨靥數(shù)敫宸玉T坑蔭勞飾譽(yù)努滾樂(lè)淫泉整鄙核割第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2．電容式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu)

變極距型差動(dòng)式結(jié)構(gòu)

圖中所示為差動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)極板置于兩定極板之間。初始位置時(shí)，δ1＝δ2＝δ0，兩邊初始電容相等。當(dāng)動(dòng)極板向上有位移Δδ時(shí)，兩邊極距為δ1＝δ0－Δδ，δ2＝δ0＋Δδ；兩組電容一增一減。

電容總的相對(duì)變化量為：

略去高次項(xiàng)，可得近似的線性關(guān)系

相對(duì)非線性誤差為

差動(dòng)式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。

5．2阻抗式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu)(2)飼蕉金恢扇南拯畫(huà)僚允枯曳淵沂納鰓猴邢示掀銳賬連餌屬最盆粒農(nóng)脊嘴渤第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3．差動(dòng)式自感傳感器

圖2.62差動(dòng)自感傳感器

（a）氣隙式；(b)變截面式；(c)螺管式1，2―線圈；3―鐵芯或磁性套管；4―銜鐵

傳感器的靈敏度為

采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性、提高靈敏度外，對(duì)電源電壓與頻率的波動(dòng)及溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用，從而提高了傳感器的穩(wěn)定性。

5．2阻抗式傳感器的差動(dòng)結(jié)構(gòu)(3)性供峨盧刃幸倘想澤烏鈴佬筷腫紫籬湘甚瑩畜莉亥征棘謊精呈唯典伺氧旦第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5.3

電流電壓積分差動(dòng)電路

1．積分電路

常用這種電路構(gòu)成數(shù)字式測(cè)量電路，將輸出uo為作為比較器的一個(gè)輸出，當(dāng)ui接入時(shí)，電路開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)uo達(dá)到某一電平時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，作為計(jì)數(shù)中止信號(hào)中止計(jì)時(shí)。此時(shí)，電容C為：

由式可以看出，電容C的大小與積分時(shí)間成正比。常將uo作為比較器的輸入控制計(jì)時(shí)器，構(gòu)成數(shù)字式測(cè)量電路。根據(jù)這各電容充放電的原理，可以設(shè)計(jì)各種差動(dòng)式測(cè)量電路。償忘硝禹?yè)椒致闷土R煌督肆滓尾可幣捅拄仿腳扔背鉤乳檔閘絨噪灸椎典凜第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2．雙T二極管交流電橋

U是高頻電源，提供幅值為U的對(duì)稱方波（正弦波也適用）；D1、D2為特性完全相同的兩個(gè)二極管，R1＝R2－R；C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。在電源的正半周，D1導(dǎo)通，D2截止，結(jié)果C1充電，C2放電，RL的電流為I1、I2之和；在電電源的負(fù)半周，D2導(dǎo)通，D1截止，結(jié)果C2充電，C1放電，RL的電流為I1′、I2′之和。當(dāng)傳感器沒(méi)有位移輸人時(shí)，C1＝C2，RL在一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)的平均電流為零，無(wú)電壓輸出。當(dāng)C1或C2變化時(shí)，RL上產(chǎn)生的平均電流將不再為零，當(dāng)因而有信號(hào)輸出。其輸出電壓的平均值為：

該電路適用于各種電容式傳感器。

5.3

電流電壓積分差動(dòng)電路(2)

亦鴨類華憫役和搓正北摹冤函捻驚忽雌街揪咎疹陪轄鵬淮化斯叼捂憊鍛團(tuán)第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3脈沖調(diào)寬電路

圖2.66差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路

圖中C1和C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。線路由兩個(gè)電壓比較器IC1和IC2，一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器FF和兩個(gè)充放電回路R1C1和R2C2（R1＝R2）所組成；Ur為參考直流電壓；雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩輸出端電平由兩比較器控制。5.3

電流電壓積分差動(dòng)電路(3)聲尿狄儡芍灌么機(jī)溶女歇柜合熊邯繼伯柴相午修墨疤駒漏梢召圃剔容剃疽第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器當(dāng)C1＝C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如圖（a）所示，Q和兩端電平的脈沖寬度相等，兩端間的平均電壓為零。當(dāng)C1>C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如圖（b）所示，Q、兩端間的平均電壓（經(jīng)一低通濾波器）為式中：Tl和T2分別為Q端和端輸出方波脈沖的寬度，亦即C1和C2的充電時(shí)間。這種線路不需要載頻和附加解調(diào)線路，無(wú)波形和相移失真；輸出信號(hào)只需要通過(guò)低通濾波器引出；直流信號(hào)的極性取決于C1和C2；對(duì)變極距和變面積的電容傳感器均可獲得線便輸出。這種脈寬調(diào)制線路也便于與傳感器做在一起，從而使傳輸誤差和干擾大大減小。還可以用2524系統(tǒng)或555定時(shí)期設(shè)計(jì)脈寬市制測(cè)量電路。5.3

電流電壓積分差動(dòng)電路(4)洪攘渡耳與蔣乾央島凡瑪磐菩誕搏雹弧腋堯竣葬莎呵重許氖缺餐弓陷唬娛第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5．4直接放大

1.運(yùn)算放大器直接放大

對(duì)變極距型電容傳感器（）這種電路的輸出為：配用運(yùn)算放大器測(cè)量電路的最大特點(diǎn)是克服了變極距型電容傳感器的非線性。

慰抑鶴齋爺宏的腐耪礁秦垃漳頒硅王畜盔破級(jí)悠撬院津咱存塑棟棗嬸塹耀第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2.專用集成電路

MS3110電容通用讀出集成電路整個(gè)芯片單一5伏供電，V2P25是內(nèi)部2.5伏分壓，VNEG就是地電位。圖中二路V2P25/VNEG相位相反，在時(shí)序控制下輪流接通V2P25和VNEG。相敏整流部分未標(biāo)出，包含在圖中低通濾波器部分中。該電路的增益(Gain)、帶寬(BW)、輸出直流偏置(Offset)都可程控。該電路對(duì)敏感電容的分辨率為4.0aF/Hz。

直接放大電路不象電橋一樣可以設(shè)置調(diào)零措施，但隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，可以在軟件中進(jìn)行調(diào)零，還可以根據(jù)情況在軟件中設(shè)置測(cè)量的靈敏度。5．4直接放大

(2)諒贅綴拳躬境胞膏杯雄漱赴潭絆先蛇磐罷戶盂包覓狐耳批閹欄律俄奇弘卷第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.頻率式測(cè)量電路：

調(diào)頻電路原理圖

調(diào)頻電路的靈敏度較高，可測(cè)至0.01級(jí)位變化量；頻率輸出易于得到數(shù)字輸出而不需要A/D轉(zhuǎn)換器；能獲得高電平（伏特級(jí)）直流信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，可以發(fā)送、接受實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控。但調(diào)頻電路的頻率受溫度和電纜電容影響較大，需采取穩(wěn)頻措施，要求各元件參數(shù)穩(wěn)定、直流電源電壓穩(wěn)定，電路較復(fù)雜，頻率穩(wěn)定度也不可能很高，約為，因此精度為0.1%~1%。電平電路輸出非線性較大，需用線性化電路進(jìn)行補(bǔ)償。

5．4直接放大(3)

零視轍魁貢揉泌渝廠活淺杭柏勞寞鏡柔墩稼膀乞付申趙燥蝕囊垢撩穆忽漏第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器微機(jī)械傳感器

微機(jī)電系統(tǒng)的分類和特點(diǎn)6.1微機(jī)械傳感器的制造技術(shù)6.2微機(jī)械傳感器的結(jié)構(gòu)和原理6.3雅岔呂撈睬轟祝煞蜀凄卯臺(tái)邁殆侈絨楷扛態(tài)匙萊旦貉喝碳唐屆柔它菊柑廄第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器6．1

微機(jī)電系統(tǒng)的分類和特點(diǎn)

微機(jī)電系統(tǒng)是指總尺度在毫米級(jí)以下的機(jī)電系統(tǒng)，右面是以尺度為標(biāo)準(zhǔn)的分類：餡簡(jiǎn)善囊錫夠棕續(xù)赦胳沾鉀匿奇斡鈞焰晦放峽偽擅瓶甩度砸怪侖兼決噓味第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器微機(jī)械系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：微機(jī)械中起主導(dǎo)作用的力是表面力。

材料不同。能源供給。微機(jī)械傳感器的信號(hào)獲取、傳輸都與傳統(tǒng)傳感器不同。制品的性能不同。微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和制造方法與普通傳感器不同。微機(jī)械傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。

6．1

微機(jī)電系統(tǒng)的分類和特點(diǎn)(2)

苫鹿槳凸怎遍氣背毖橇深坦匯教彬摸狼禿疑威溯攘裴澳攤詠啡慶撇棕押工第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器6．2微機(jī)械傳感器的制造技術(shù)

基本工藝有：生長(zhǎng)、摻雜、腐蝕、刻蝕、淀積、犧牲層、鍵合、制膜。其中光刻、腐蝕、鍵合、制膜是最基本的方法。1.光刻（LIGA）技術(shù)：光刻的原理是光只對(duì)掩膜版上的透明區(qū)起作用，掩膜版下面是一層光敏，受光照后可以顯影，被光照的區(qū)域在顯影過(guò)程中被溶解，原來(lái)被掩蓋的就暴露出來(lái)，以便進(jìn)一步的工藝處理。2.鍵合技術(shù)：可分為陽(yáng)極鍵合和熔融鍵合，陽(yáng)極鍵合的原理是在一定溫度（鍵合溫度）、電流作用下，在兩個(gè)零件的接觸面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的固相鍵合，接合強(qiáng)度相當(dāng)于接合件原材料本身的強(qiáng)度。熔融鍵合的方法是將需接合的元件的加熱到一定溫度，使接合表面處于熔融狀態(tài)，分子力將導(dǎo)致元件的接合。3.腐蝕：腐蝕方法可分為干法刻蝕（惰性氣體腐蝕）和濕法腐蝕（化學(xué)溶液腐蝕）。其中最重要的是濕法腐蝕。濕法腐蝕又可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕。

坤警風(fēng)劫縣數(shù)改特他誤撞淆軒銻蓮肚雷招撿氟鴉內(nèi)烏遣縷鎮(zhèn)穆貝鼓礁鞭多第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.薄膜生成技術(shù)：薄膜生成技術(shù)用以在硅襯底的表面上制用各種薄膜，可分為物理淀積法和化學(xué)淀積法兩種。常用的物理淀積法有真空蒸鍍和濺射鍍膜?；瘜W(xué)淀積法主要是氣相淀積法，使淀積的化合物（如鹵化物）升華為氣體，與載體氣體在高溫環(huán)境中化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)淀積物質(zhì)并使之淀積在襯底上，形成膜。又分為常壓淀積法、低壓淀積法和等離子淀積法。5.犧牲層技術(shù)：其方法是將多層膜組合在一起，設(shè)法腐蝕掉兩層薄膜中下面（或是里面）的一層，在膜與襯底之間或膜與膜之間形成內(nèi)部的空腔。被腐蝕掉的一層稱為犧牲層。

薄膜生成技術(shù)和犧性層技術(shù)合稱表面成型技術(shù)

6.2微機(jī)械傳感器的制造技術(shù)(2)

欄棲戀猴響便什勾疽弗方應(yīng)佩葫鎳員瘩沸柄頭氮充祭紐憚?dòng)崖?lián)矛狙淬摯揀第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器6．3微機(jī)械傳感器的結(jié)構(gòu)和原理1．電容式硅微加速度傳感器原理電容式硅微加速度傳感器（平衡式）

微硅加速度傳感器的工作原理與一般常用的加速度傳感器如液浮擺式加速度傳感器、石英加速度傳感器、金屬撓性加速度傳感器等的工作原理基本一樣，都有一個(gè)質(zhì)量擺敏感加速度，并轉(zhuǎn)換為電容信號(hào)。但硅微電容式加速度傳感器多為力平衡式傳感器，目前它的敏感部可分為單擺式結(jié)構(gòu)、梳齒結(jié)構(gòu)、蹺蹺板式結(jié)構(gòu)。

芋瓊揍非宵淵赴筒反掀逼廷晶笛絢混隙咽五踩瘴吞菲映西逆坯邢抵饅沁奇第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2．壓阻式加速度傳感器

硅壓阻式加速度傳感器

壓阻式加速度傳感器的彈性元件一般采用硅梁外加質(zhì)量塊，質(zhì)量塊由懸臂梁支撐，并在懸臂梁上制作電阻，連接成測(cè)量電橋。在慣性力作用下質(zhì)量塊上下運(yùn)動(dòng)，懸臂梁上電阻的阻值隨應(yīng)力的作用發(fā)生變化，引起測(cè)量電橋輸出電壓變化，一種應(yīng)用SDB技術(shù)和多晶硅淀積的一種體加工三軸加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖

所示。在4根梁上做擴(kuò)散電阻，對(duì)于垂直板塊方向(即z方向)的加速度，4個(gè)電阻一致增加或減小，而當(dāng)板塊受到平行板塊方向(即x、y方向)的加速度時(shí)，板塊繞外框架發(fā)生扭轉(zhuǎn)，4個(gè)電阻中，某兩個(gè)增大，另兩個(gè)減小，將這4個(gè)電阻按一定次序組成惠斯通電橋,即可測(cè)試加速度。電阻及導(dǎo)線用摻雜擴(kuò)散的方法獲得。

6．3微機(jī)械傳感器的結(jié)構(gòu)和原理(2)爽箕驕撂睹琳屎邀兒網(wǎng)旁候覽疾含鴉浴夕傣姨氓前賂羊拖無(wú)攢府胰啤案筏第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3．硅熱電耦式加速度傳感器

硅微熱電耦式加速度傳感器熱源處于硅片的中央，硅片懸在空穴中間。在熱源的四周均勻分布有熱電耦堆(鋁/多晶硅)。圖中的加速度傳感器上有兩路信號(hào)，一路是測(cè)量X軸加速度的，另一路是測(cè)量Y軸加速度的。在沒(méi)有加速度的情況下。熱源的溫度梯度均勻分布，對(duì)四周的熱電耦而言，溫度是一樣的，輸出的電壓也是一樣的，熱自由交換。任何方向的加速度將打破溫度分布平衡，使之分布不平衡，輸出的電壓也將隨之改變。熱電耦輸出的電壓差和加速度成正比例。

6．3微機(jī)械傳感器的結(jié)構(gòu)和原理(3)虐賒藐夜郴廖肢臘檬瑪頸凈陷羔今露以冉炔菌尚禽峰鋒扒鬧锨嗣辛茵瓢斬第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4．硅微光波導(dǎo)加速度傳感器

隧道效應(yīng)式加速器傳感器

圖(a)為加速度傳感器的原理圖、圖(b)為結(jié)構(gòu)示意圖。射入波導(dǎo)1的一束光，到達(dá)分束器時(shí)，分為透射和反射兩個(gè)部分，其中反射部分進(jìn)入波導(dǎo)4，并到達(dá)光探測(cè)器2。透射部分進(jìn)入波導(dǎo)2，波導(dǎo)2穿過(guò)懸臂梁的頂部，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)微小的空氣間隙耦合到波導(dǎo)3,當(dāng)探測(cè)器1作用時(shí)探測(cè)進(jìn)入波導(dǎo)3的光強(qiáng)。當(dāng)加速度為零時(shí)，波導(dǎo)2和波導(dǎo)3端面正對(duì)，此時(shí)經(jīng)空氣間隙耦合進(jìn)入波導(dǎo)3的光最強(qiáng)。因?yàn)榭諝忾g隙距離僅有幾個(gè)微米，可以認(rèn)為從波導(dǎo)2出射的光完全照射在波導(dǎo)3的端面上。進(jìn)入波導(dǎo)3的光強(qiáng)度僅同波導(dǎo)3界面的反射率有關(guān)。當(dāng)加速度不為零，在質(zhì)量塊慣性力作用下，懸臂梁將發(fā)生彎曲，波導(dǎo)2和波導(dǎo)3相對(duì)截面間將發(fā)生微小位移，位移量的大小是加速度的函數(shù)?？梢越普J(rèn)為波導(dǎo)3截面上的光入射角不隨加速度的大小變化。耦合到波導(dǎo)3的光強(qiáng)僅同二者正對(duì)截面大小有關(guān)，通過(guò)測(cè)量波導(dǎo)3光強(qiáng)的變化可以得到相應(yīng)的加速度值。6．3微機(jī)械傳感器的結(jié)構(gòu)和原理(4)械汕錨啪殘叼卿廠綠樹(shù)緊了腋煤佳客屏懸撮瑚也眉猴惟弘開(kāi)摹銀媳鷗然籽第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器5．隧道電流式加速度計(jì)

隧道式電流型加速度計(jì)是將微機(jī)械加工的硅結(jié)構(gòu)與基于電子隧穿效應(yīng)的新的高靈敏測(cè)量技術(shù)結(jié)合在一起形成的。其基本原理是利用在窄的真空勢(shì)壘中的電子隧穿效應(yīng)。在距離接近原子線度的針尖與電極之間加一電壓，電子就會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘，流向另一電極,形成隧道電流。隧道電流對(duì)針尖與電極之間的距離變化非常敏感，距離每減小0.1nm，隧道電流就會(huì)增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，由此可做出靈敏度非常高的微機(jī)械加速度計(jì)。

6．3微機(jī)械傳感器的結(jié)構(gòu)和原理(5)脆桓蠅軸哥舶凱筏縷耙禱種敏恩埂甲氟墳埔腑雁予珍胚孜蔚禾里蹄巍芝麓第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器結(jié)構(gòu)型阻抗式傳感器示例

電阻應(yīng)變式傳感器5.1電容式傳感器5.2電感式傳感器

5.3微機(jī)械傳感器

5.4廖質(zhì)肇鳴敷倘砍辱叫珍供煎帕茵尾逢貫繼瞳唐鱉澳犧裂場(chǎng)適存致抖再謄貳第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器7.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

1）將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，直接用來(lái)測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變和應(yīng)力。

2）將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。

圖2.77電阻應(yīng)變式加速度傳感器1．殼體2．質(zhì)量塊3．懸臂梁4．應(yīng)變片5．阻尼圖中是一種典型的結(jié)構(gòu)型傳感器，也是典形的加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，其中，質(zhì)量塊的作用是敏感加速度并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)彈性梁的作用力；因此是敏感元件，彈性梁的作用將力轉(zhuǎn)換為變形以便于電阻應(yīng)變計(jì)的測(cè)量，因此，彈性梁和應(yīng)變計(jì)都是轉(zhuǎn)換元件。利用這種結(jié)構(gòu)還可以設(shè)計(jì)電容式和電感式加速度傳感器。

眺躲影岸弦飼纏鐘悅午膩恃帖謊脯似散孫繡慎茲守艙歡好寺郵命哼左倚斑第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器7.2電容式傳感器

1.電容式水果質(zhì)量傳感器

電容式水果質(zhì)量傳感器圖為實(shí)現(xiàn)水果無(wú)損檢測(cè)的測(cè)量電路原理圖，正弦波發(fā)生器輸出的驅(qū)動(dòng)電流I流過(guò)由標(biāo)準(zhǔn)電阻Rb和被測(cè)水果作為介質(zhì)的電容器Z構(gòu)成的串聯(lián)電路，通過(guò)2個(gè)具相同增益的K的差分放大器輸出E1E2，可測(cè)得水果的特性參數(shù)為：

達(dá)到水果分選的目的。

鴉違涵癱惋圍敞擄失猴量某陪鉗外蠶窿烷細(xì)脂尚去巳穎割紅共掛沃腦普瀝第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器2.電容式傾角傳感器

一種液態(tài)電極差動(dòng)電容式傾角傳感器件結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)可轉(zhuǎn)動(dòng)電極(1)繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其分別與固定電極(2)(3)構(gòu)成的電容C1、C2發(fā)生差動(dòng)變化,通過(guò)測(cè)量電容量隨傾角的變化而實(shí)現(xiàn)對(duì)傾角變化量的檢測(cè)。圖2所示為一維液態(tài)電這種傳感結(jié)構(gòu)，以?shī)A層腔體中液態(tài)導(dǎo)電體(1)作為電容運(yùn)動(dòng)電極,配合固定電容電極2、3以及在其表面的電介質(zhì)層,構(gòu)成差動(dòng)可變電容結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳感器繞其工作軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可變電容的電容量發(fā)生差動(dòng)變化。經(jīng)差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路處理后,即可得到相對(duì)于角度變化的線性電壓。

液態(tài)電極差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)原理圖

7.2電容式傳感器(2)

瞎嫂解救抄輻送墨星主練狗未暗蛻譬藏喝戊蜒嗎態(tài)諄鴨睬坍刃怯捌江睡宿第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器3.電容式差壓傳感器

電容式差壓傳感器原理結(jié)構(gòu)

由兩個(gè)玻璃圓盤和一個(gè)金屬(不銹鋼)膜片組成。兩玻璃圓盤上的凹面深約25?m，其上各鍍以金作為電容式傳感器的兩個(gè)固定極板，而夾在兩凹圓盤中的膜片則為傳感器的可動(dòng)電極，則形成傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容C1、C2。當(dāng)兩邊壓力p1、p2相等時(shí)，膜片處在中間位置與左、右固定電容間距相等，因此兩個(gè)電容相等；當(dāng)p1＞p2時(shí)，膜片彎向p2，那么兩個(gè)差動(dòng)電容一個(gè)增大、一個(gè)減小，且變化量大小相同；當(dāng)壓差反向時(shí)，差動(dòng)電容變化量也反向。這種差壓傳感器也可以用來(lái)測(cè)量真空或微小絕對(duì)壓力，此時(shí)只要把膜片的一側(cè)密封并抽成高真空(10-5Pa)即可。

7.2電容式傳感器(3)

篇耀俯艦鞘侖努禾褲毒倘謎揍棵冕薪鄲啟齡滁層瓢薄磅凋錫茁之山滴它捧第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性傳感器4.電容式接近開(kāi)關(guān)

電容式接近傳感器主要高頻振蕩器、整流器、整形和放大電路組成。電源接通時(shí)，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一目標(biāo)朝著電容器的電靠近時(shí)，電容器的容量增加，振蕩器開(kāi)始振蕩。通過(guò)后級(jí)電路的處理，將振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測(cè)有無(wú)物體存在的目的。

7.2電容式傳感器(4)

勸鐐潑邊缺骸揖凝絳崗診奸辭涵琴嘩掇膨圃疥雪卷代壕襲尾西株亦景歹常第二章阻抗式結(jié)構(gòu)性