第2章电阻式传感器(09)好

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1、第2章电阻式传感器2.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器2.2 压阻式传感器压阻式传感器1第第2 2章章 电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器是将被测的非电量转换成电阻电阻式传感器是将被测的非电量转换成电阻值变化的器件或装置。值变化的器件或装置。 由由于于构构成成电电阻阻的的材材料料种种类类很很多多，例例如如，导导体体、半半导导体体、电电解解质质等等，引引起起电电阻阻变变化化的的物物理理原原因因也也很很多多，例例如如，材材料料的的应应变变或或应应力力变变化化、温温度度变变化化等等，就产生了各种各样的电阻式传感器。就产生了各种各样的电阻式传感器。被测量被测量电阻式电阻式传感器传感器电阻电阻2

2、第第2 2章章 电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器包括：电阻式传感器包括： 热电阻热电阻湿敏电阻湿敏电阻热敏电阻热敏电阻气敏电阻气敏电阻光敏电阻光敏电阻3磁敏电阻磁敏电阻电阻应变式传感器电阻应变式传感器压阻式传感器。压阻式传感器。电位器式传感器电位器式传感器压敏电阻压敏电阻4第第2 2章章 电阻式传感器电阻式传感器 电阻式传感器包括：电阻式传感器包括： 热电阻。热电阻。 热敏电阻。热敏电阻。 光敏电阻。光敏电阻。 湿敏电阻。湿敏电阻。 气敏电阻。气敏电阻。 磁敏电阻。磁敏电阻。 压敏电阻。压敏电阻。 电位器式传感器。电位器式传感器。 电阻应变式传感器。电阻应变式传感器。 压阻式传感器。压阻

3、式传感器。52.1 2.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 电电阻阻应应变变式式传传感感器器是是利利用用电电阻阻应应变变效效应应做做成成的的传传感感器器, , 是是常常用用的的传传感感器器之之一一。由由电电阻阻应应变变片片、弹弹性性元元件件和和测测量量电电路路组组成成。应应变变式式传传感感器器的的核核心心元元件件是电阻应变片是电阻应变片( (计计) )。电阻应变片电阻应变片弹性元件弹性元件信号调节电路信号调节电路62.1 2.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 2.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 2.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特

4、性电阻应变片的主要参数及工作特性 2.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 2.1.4 2.1.4 电阻应变式传感器举例电阻应变式传感器举例 72.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 长为长为L L、截面积为、截面积为A A、电阻率为、电阻率为的金属或的金属或半导体丝，电阻为半导体丝，电阻为若若导导线线沿沿着着轴轴线线方方向向受受到到力力的的作作用用而而产产生生变变形形，则则其其电电阻阻值值也也随随之之发发生生变变化化，这这一一现现象象称称为为电电阻阻应变效应。应变效应。1.金属的电阻应变效应金属的电阻应变效应82.1.1 2.1.

5、1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构将式将式(2.1)(2.1)两边微分得两边微分得 经推导可得：经推导可得：92.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 K KS S称为电阻应变敏感材料的灵敏系数，即称为电阻应变敏感材料的灵敏系数，即 KS表表示示当当发发生生应应变变时时，其其电电阻阻变变化化率率与与其其应应变变的的比比值值。KS的的大大小小由由两两个个因因素素引引起起，第第一一项项是是由由几几何何尺尺寸寸的的改改变变所所引引起起的的，第第二二项项是是受受力力后后材材料料的的电阻率电阻率发生变化而引起的发生变化而引起的(称压阻效应称压阻效

6、应)。102.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构由于由于其其中中，为为材材料料中中的的应应力力，E为为材材料料的的弹弹性性模模量量(杨杨氏氏模量模量)， 为材料的压阻系数。为材料的压阻系数。 对对金金属属来来说说，E很很小小，可可忽忽略略不不计计，KS的的第第一一项项起主要作用，起主要作用，=0.250.5，故，故KS1.52。 对半导体而言，压阻系数对半导体而言，压阻系数=(4080)10-11m2/N，杨，杨氏模量氏模量E=1.671011N/m2，则，则E50100，故第一项可，故第一项可忽略不计。可见，半导体灵敏系数要比金属大得多。忽略不计。可见，

7、半导体灵敏系数要比金属大得多。112.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构2.电阻应变片的结构电阻应变片的结构 l 称为应变片的标距，称为应变片的标距，或称工作基长；或称工作基长； b称为应变片的基宽，称为应变片的基宽，或称工作宽度。或称工作宽度。 lb称为应变片的使称为应变片的使用面积。用面积。平均效应平均效应如如PJ-120型金属电型金属电阻应变片的规格为阻应变片的规格为13mm5mm，120。122.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 电电阻阻丝丝较较细细，一一般般在在0.0150.06mm，两两端端焊焊有有较较粗

8、粗的的低低阻阻镀镀锡锡铜铜丝丝(0.10.2mm)作作为为引引线线，以以便便与与测测量量电电路路连连接接。图图中中，l 称称为为应应变变片片的的标标距距，或或称称工工作作基基长长；b称称为为应应变变片片的的基基宽宽，或或称称工工作作宽宽度度。lb称称为为应应变变片片的的使使用用面面积积。应应变变片片的的规规格格一一般般是是以以使使用用面面积积和和电电阻阻来来表表示示的的，如如PJ-120型型金金属电阻应变片的规格为属电阻应变片的规格为13mm5mm，120W W。132.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 应变片的分类应变片的分类 应应变变片片有有很很多多

9、品品种种系系列列：从从尺尺寸寸上上讲讲，长长的的有有几几百百mm，短短的的仅仅0.2mm；由由结结构构形形式式上上看看，有有单单片片、双双片片、应应变变花花和和各各种种特特殊殊形形状状的的图图案案； 就就使使用用环环境境上上说说，有有高高温温、低低温温、水水、核核辐辐射射、高高压压、磁磁场场等等；而而安安装装形形式式，有有粘粘贴贴、非非粘粘贴贴、焊接、火焰喷涂等。焊接、火焰喷涂等。142.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 主主要要的的分分类类方方法法是是根根据据敏敏感感元元件件材材料料的的不不同同，将将应应变变片片分分为为金金属属式式和和半半导导体体式式

10、两两大大类类。从从敏敏感感元元件件的的形形态态又又可可进进一一步步分分成成不不同同类型。类型。152.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 (1)金属应变片金属应变片 金金属属丝丝式式应应变变片片 金金属属丝丝弯弯曲曲部部分分可可作作成成圆圆弧弧、锐锐角角或或直直角角。弯弯曲曲部部分分作作成成圆圆弧弧(U)形形是是最最早早采采用用的的一一种种形形式式，制制作作简简单单但但横横向向效效应应较较大大。直直角角(H)形形两两端端用用较较粗粗的的镀镀银银铜铜线线焊焊接接，横横向向效效应应相相对对较较小小，但但制制作作工工艺艺复复杂杂，将将逐逐渐渐被被横横向向效效应应

11、小小、其其他他方方面面性性能能更更优优越越的的箔箔式式应应变变片所代替。片所代替。162.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 箔式应变片箔式应变片 它是利用照相制版或光刻腐它是利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变片变片(厚度一般在厚度一般在0.0030.01mm)。172.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 箔式应变片与金属丝式应变片相比有如下特点：箔式应变片与金属丝式应变片相比有如下特点： i. .敏敏感感栅栅尺尺寸寸准准确确、线线条条均均匀匀，故

12、故大大批批量量生生产产时时，电电阻阻值值离离散散程程度度小小。并并且且可可根根据据不不同同测测量量要要求制成任意形状。求制成任意形状。 ii. .可制成基长很小的应变片。可制成基长很小的应变片。 iii. .敏感栅弯头横向效应可忽略。敏感栅弯头横向效应可忽略。 iv. .箔箔式式应应变变片片敏敏感感栅栅截截面面为为长长方方形形，表表面面积积大大，散散热热性性能能好好，在在相相同同断断面面积积情情况况下下能能通通过过较较大的工作电流，从而能增大输出信号。大的工作电流，从而能增大输出信号。 v. .疲劳寿命长，机械滞后小，蠕变小。疲劳寿命长，机械滞后小，蠕变小。 vi. .便于批量生产，而且生产效

13、率高。便于批量生产，而且生产效率高。182.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 薄薄膜膜式式应应变变片片 薄薄膜膜式式应应变变片片是是采采用用真真空空溅溅射射或或真真空空沉沉积积等等镀镀膜膜技技术术将将应应变变电电阻阻材材料料镀镀在在基基底底材材料料上上而而形形成成的的应应变变片片(厚厚度度在在零零点点几几纳纳米米到到几几百百纳纳米米)。这这类类应应变变片片的的显显著著特特点点是是灵灵敏敏系系数数大大，允允许许电电流流密密度度大大，工工作作温温度度范范围围广广(- -197317)，也也可可用用于于核核辐辐射射等等特特殊殊情情况况下下，易易实实现现工工业业

14、化化批量生产。批量生产。192.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 (2)半导体应变片半导体应变片 体型半导体应变片。体型半导体应变片。202.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 薄薄膜膜型型半半导导体体应应变变片片是是利利用用真真空空沉沉积积技技术术将将半半导导体体材材料料沉沉积积于于绝绝缘缘体体或或蓝蓝宝宝石石基基片片上上制制成成的。的。 扩扩散散型型半半导导体体应应变变片片是是将将P型型杂杂质质扩扩散散到到高高阻阻的的N型型硅硅基基片片上上，形形成成一一层层极极薄薄的的敏敏感感层层制制成成的。的。 外外延延型型半

15、半导导体体应应变变片片是是在在多多晶晶硅硅或或蓝蓝宝宝石石基片上外延一层单晶硅制成的。基片上外延一层单晶硅制成的。212.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 半导体应变片有如下优点半导体应变片有如下优点: 灵灵敏敏度度高高。比比金金属属应应变变片片的的灵灵敏敏度度大大几几十十倍倍。工工作作时时，不不必必用用放放大大器器就就可可用用电电压压表表或或示示波波器器等等简简单单仪器记录测量结果。仪器记录测量结果。 体积小，耗电省。体积小，耗电省。 具具有有正正、负负两两种种符符号号的的应应力力效效应应(即即在在拉拉伸伸时时P型型硅硅应应变变片片的的灵灵敏敏度度系系

16、数数为为正正值值，而而N型型硅硅应应变变片片的的灵敏度系数为负值灵敏度系数为负值)。 机械滞后小，可测量静态应变、低频应变等。机械滞后小，可测量静态应变、低频应变等。 222.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构3.电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理弹性元件变形弹性元件变形应变片变形应变片变形电阻改变电阻改变Fe ee eD DR力力f(F)的形式与弹性元件有关。的形式与弹性元件有关。232.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 4.电阻应变片的特点电阻应变片的特点 (1)优点：优点： 测测量量精精度度高高，测测量量

17、应应变变的的误误差差小小于于1%。能能测测12meme的应变。的应变。 测测量量范范围围广广，应应变变测测量量范范围围一一般般可可由由数数个个meme至至数数千千个个meme。从从弹弹性性变变形形一一直直可可测测至至塑塑性性变变形形。变形范围从变形范围从1%20%。 分辨力高，通常可达分辨力高，通常可达1meme242.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 频频率率响响应应特特性性好好，一一般般电电阻阻应应变变片片响响应应时时间间约约为为10- -710- -11s，若若能能在在弹弹性性元元件件设设计计上上采采取取措措施施，则则电电阻阻应应变变式式传传感感器

18、器可可测测几几十十甚甚至至上上百百kHz的的动动态态过程。过程。 尺尺寸寸小小(超超小小型型应应变变片片的的敏敏感感栅栅尺尺寸寸为为 0.2mm2.5mm)、重重量量轻轻、结结构构简简单单，测测试试时时对对试试件件的的工工作作状状态态及及应应力力分分布布基基本本上上没没有有影影响响，适适合合动动、静态测量。静态测量。 环环境境适适应应性性强强，可可在在高高温温、低低温温、高高压压、高高速速、水水下下、强强烈烈振振动动、强强磁磁场场、核核辐辐射射及及化化学学腐腐蚀蚀等各种恶劣环境条件下使用。等各种恶劣环境条件下使用。 便于实现多点测量及远距离传送。便于实现多点测量及远距离传送。252.1.1 2

19、.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 (2)缺点：缺点： 在在大大应应变变状状态态下下具具有有较较大大的的非非线线性性，半半导导体体应变片的非线性更为显著。应变片的非线性更为显著。 应应变变片片的的输输出出信信号号较较微微弱弱，故故其其抗抗干干扰扰能能力力较差，因此，对信号连接导线要认真屏蔽。较差，因此，对信号连接导线要认真屏蔽。 虽虽然然应应变变片片尺尺寸寸较较小小，但但测测出出的的仍仍是是应应变变片片敏敏感感栅栅范范围围内内的的平平均均应应变变，不不能能完完全全显显示示应应力力场场中中应力梯度的变化。应力梯度的变化。 应变片的温度系数较大。应变片的温度系数较大。

20、262.1 2.1 电阻应变式传感器电阻应变式传感器 2.1.1 2.1.1 电阻应变片的基本原理与结构电阻应变片的基本原理与结构 2.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 2.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 2.1.4 2.1.4 电阻应变式传感器举例电阻应变式传感器举例 272.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 1 1. .电阻应变片的主要参数电阻应变片的主要参数 (1)电阻值电阻值 应应变变片片的的电电阻阻值值是是指指应应变变片片在在安安装装前前及及室室温温下下测测定

21、定的的电电阻阻值值，也也称称为为初初始始电电阻阻值值。应应变变片片的的电电阻阻值值是是一一个个系系列列，有有60W W、90W W、120W W、250W W、350W W、600W W和和1000W W等，其中以等，其中以120W W和和350W W应用较多。应用较多。 电电阻阻值值越越大大，D DR=RKSe e也也就就越越大大，从从而而输输出出信信号号就就能增大，但敏感栅尺寸也要随之增大。能增大，但敏感栅尺寸也要随之增大。282.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (2)几何尺寸几何尺寸 应应变变片片的的标标距距(或或工工作作基基长长)l相相

22、对对于于工工作作宽宽度度b较较小小时时横横向向效效应应较较大大，所所以以通通常常情情况况下下尽尽量量用用l值值较较大大的的应应变变片片。但但在在应应变变变变化化梯梯度度大大的的场场合合(如如应应力力集集中中处处)，则则应应该该使使用用小小标标距距的的应应变变片片。目目前前应应变变片片的的最最小小标标距距可可做做到到0.2mm，最最大大标标距可达距可达300mm以上。以上。 应应变变片片的的基基宽宽(或或工工作作宽宽度度)b值值小小时时应应变变片片的的整整体体尺尺寸寸可减小，但其过小将使散热性能变差。可减小，但其过小将使散热性能变差。292.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻

23、应变片的主要参数及工作特性 (3)灵灵敏敏系系数数 应应变变片片灵灵敏敏系系数数(以以下下用用K表表示示)的的定定义义为为：将将应应变变片片安安装装在在处处于于单单向向应应力力状状态态的的试试件件表表面面，试试件件由由泊泊松松比比=0.285的的钢钢构构成成。使使其其灵灵敏敏轴轴线线与与应应力力方方向向平平行行时时，应应变变片片电电阻阻值值的的相相对对变变化化与与沿沿轴轴向向的的应应变变之之比比值值，称称为为应应变变片片的的灵灵敏敏系系数数。即即302.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 应应变变片片的的灵灵敏敏系系数数是是一一个个无无量量纲纲的的

24、量量，它它是是应应变变片片的的重重要要技技术术参参数数。K值值的的误误差差大大小小是是衡衡量量应应变变片片质质量量好好坏坏的的主主要要依依据据之之一一，其其准准确确性性又又直直接影响着应变片的测量精度。接影响着应变片的测量精度。 因因一一般般应应变变片片粘粘贴贴到到试试件件上上后后不不能能取取下下再再用用，故故只只能能在在每每批批产产品品中中提提取取一一定定百百分分比比(如如5%)的的产产品品进进行行测测定定，取取其其平平均均值值作作为为这这一一批批产产品品的的灵灵敏敏系系数数。这这就就是是产产品品包包装装盒盒上上注注明明的的灵灵敏敏系系数数，或称或称“标称灵敏系数标称灵敏系数”。312.1.

25、2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 例例2.1 如如果果将将100W W的的电电阻阻应应变变片片贴贴在在弹弹性性试试件件上上，试试件件受受力力横横截截面面积积S=0.510- -4m2，弹弹性性模模量量E=21011N/ /m2，若若有有F=5104N的的拉拉力力引引起起应应变变片片电电阻变化为阻变化为1W W。试求该应变片的灵敏系数。试求该应变片的灵敏系数。解解322.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (4)绝绝缘缘电电阻阻 绝绝缘缘电电阻阻是是指指应应变变片片引引出出线线与与粘粘贴贴该该应应变变片片的

26、的试试件件之之间间的的电电阻阻值值。它它是是检检查查应应变变片片粘粘贴贴质质量量、粘粘合合剂剂是是否否完完全全干干燥燥或或固固化化的的重重要指标。绝缘电阻越高越好，一般应大于要指标。绝缘电阻越高越好，一般应大于104MW W。332.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (5)允允许许电电流流 允允许许电电流流是是指指允允许许通通过过应应变变片片敏敏感感栅栅而而不不影影响响其其工工作作特特性性的的最最大大工工作作电电流流。它它与与应应变变片片敏敏感感栅栅的的形形状状和和尺尺寸寸、基基底底尺尺寸寸和和材材料料、粘粘合合剂剂的的材材料料及及试试件件的的热

27、热性性能能有有关关。为为了了保保证证测测量量精精度度，在在静静态态测测量量时时，允允许许电电流流一一般般为为25mA，箔箔式式应应变变片片允允许许电电流流较较大大一一些些。在在动动态态测测量量时时，允允许许电电流流为为75100mA。最最大大工工作作电电流流选选取取的的依依据据是使应变片的零漂不超过允许值。是使应变片的零漂不超过允许值。342.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (6)应应变变极极限限 应应变变极极限限是是指指在在一一定定温温度度条条件件下下，应应变变片片指指示示的的应应变变值值与与试试件件真真实实应应变变的的相相对对差差值值不不超

28、超过过10%时时的的最最大大真真实实应应变变值值。影影响响应应变变极限大小的主要因素是粘合剂和基底材料的性能。极限大小的主要因素是粘合剂和基底材料的性能。352.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (7)疲疲劳劳寿寿命命 疲疲劳劳寿寿命命是是指指粘粘贴贴在在试试件件表表面面上上的的应应变变片片，在在恒恒定定幅幅值值的的交交变变应应力力作作用用下下，可可以以连连续续工工作作而而不不产产生生疲疲劳劳损损坏坏的的循循环环次次数数。该该参参数数反反映映了了应应变变片片适适应应动动态态应应变变的的能能力力。在在标标定定应应变变片片疲疲劳劳寿寿命命时时，交交变

29、变应应力力的的特特性性及及大大小小，以以及及所谓疲劳损坏都有明确的规定。所谓疲劳损坏都有明确的规定。362.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (8)机机械械滞滞后后 应应变变片片安安装装在在试试件件上上后后，在在一一定定温温度度下下，其其加加载载、卸卸载载特特性性不不重重合合，在在同同一一机机械械应应变变值值e eg下下，其其对对应应的的指指示示应应变变e ei不不一一致致。加加载载特特性性曲曲线线与与卸卸载载特特性性曲曲线线的的最最大大差差值值称称应应变变片片的的机械滞后。机械滞后。372.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻

30、应变片的主要参数及工作特性 (9)零零漂漂和和蠕蠕变变 粘粘贴贴在在试试件件上上的的应应变变片片，在在温温度度保保持持恒恒定定、不不承承受受机机械械应应变变时时，其其电电阻阻值值随时间而变化的特性，称为应变片的零漂。随时间而变化的特性，称为应变片的零漂。 如如果果在在一一定定温温度度下下，使使其其承承受受恒恒定定的的机机械械应应变变，其其电电阻阻值值随随时时间间变变化化的的特特性性，称称为为应应变变片片的的蠕蠕变变。一一般般蠕蠕变变的的方方向向与与原原应应变变量量变变化化的的方方向向相相反。反。382.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (10)线

31、线性性度度 试试件件的的应应变变e e和和电电阻阻的的相相对对变变化化D DR/ /R在在理理论论上上呈呈线线性性关关系系。但但实实际际上上，在在大大应应变变时时会会出出现现非非线线性性关关系系。应应变变片片的的非非线线性性度度一一般般要要求在求在0.05%或或1%以内。以内。392.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 2 2. .横向效应横向效应 应应变变片片由由于于圆圆弧弧处处感感受受横横向向应应变变而而使使电电阻阻变变化化率率减减少少并并使使应应变变片片灵灵敏敏系系数数降降低低的的现现象象称称为为应应变变片片的的横横向向效效应应。原原因因在在

32、于于圆圆弧弧段段感感受受到到的的轴轴向向应变从应变从e ex到到- -memex。lq qe exe ey=- -memex402.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 由由于于横横向向效效应应的的存存在在，使使灵灵敏敏系系数数减减小小。敏敏感感栅栅愈愈窄窄、圆圆弧弧半半径径越越小小、基基长长愈愈长长的的应应变变片片，其其横横向向效效应应引引起起的的误误差差越越小小。最最好好采采用用直直角角丝丝栅栅式金属丝应变片或箔式应变片。式金属丝应变片或箔式应变片。 另另外外，当当电电阻阻应应变变片片用用来来测测量量泊泊松松比比m m不不等等于于0.285之之试

33、试件件的的应应变变时时，如如果果仍仍然然按按应应变变片片的的标标称称灵敏系数来计算应变，必然带来测量误差。灵敏系数来计算应变，必然带来测量误差。 412.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 应变片的粘贴应变片的粘贴 应应变变片片的的粘粘贴贴工工艺艺对对于于传传感感器器的的精精度度起起着着关关键键作作用用。应应变变片片通通常常是是用用粘粘合合剂剂粘粘贴贴到到试试件件上上的的，在在做做应应变变测测量量时时，是是通通过过粘粘合合剂剂所所形形成成的的胶胶层层将将试试件件上上的的应应变变准准确确无无误误地地传传递递到到应应变变片片的的敏敏感感栅栅上上去去的的

34、。因因此此，粘粘合合剂剂的的选选择择和和粘粘贴贴质质量量的的好好坏坏直直接接关关系系到到应应变变片片的的工工作作情情况况，影影响响测测量量结结果果的的准准确确性性。所所以以，对对粘粘合合剂剂有有如如下要求：下要求：422.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (1)(1)有一定的粘结强度。有一定的粘结强度。 (2)(2)能准确传递应变。能准确传递应变。 (3)(3)蠕变小。蠕变小。 (4)(4)机械滞后小。机械滞后小。 (5)(5)耐疲劳性能好。耐疲劳性能好。 (6)(6)具有足够的稳定性能。具有足够的稳定性能。 (7)(7)对弹性元件和应变片不产生

35、化学腐蚀作用。对弹性元件和应变片不产生化学腐蚀作用。 (8)(8)有适当的储存期。有适当的储存期。 (9)(9)应有较大的温度使用范围。应有较大的温度使用范围。 (10)(10)绝缘、防湿、防油。绝缘、防湿、防油。432.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 3.3.温度效应及其补偿温度效应及其补偿 (1)(1)温温度度效效应应 把把应应变变片片安安装装在在自自由由膨膨胀胀的的试试件件上上，即即使使试试件件不不受受任任何何外外力力作作用用，如如果果环环境境温温度度发发生生变变化化，应应变变片片的的电电阻阻也也将将发发生生变变化化，这这种种现现象象称称

36、为为应应变变片片的的温温度度效效应应。由由温温度度变变化化引引起起的的应应变变输输出出称称为为热热输输出出，它它是是虚虚假假应应变变，在在测测量量中中须设法予以消除。须设法予以消除。442.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 产生温度误差的原因有二：产生温度误差的原因有二： 敏感栅金属丝本身的电阻随温度变化。电阻敏感栅金属丝本身的电阻随温度变化。电阻与温度的关系可由下式表示与温度的关系可由下式表示若由于电阻值随温度变化引起的应变误差记作若由于电阻值随温度变化引起的应变误差记作D De e1，则由式则由式(2.6)可得可得452.1.2 2.1.2

37、电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 由由于于敏敏感感栅栅材材料料与与试试件件材材料料的的线线膨膨胀胀系系数数不同引起附加变形而使电阻变化。不同引起附加变形而使电阻变化。附加变形附加变形=R0K（）（）ll2l1应变片应变片弹性元件弹性元件46 由由于于敏敏感感栅栅材材料料与与试试件件材材料料的的线线膨膨胀胀系系数数不不同同引引起起附附加加变变形形而而使使电电阻阻变变化化。关关系系式式可可用用下下式式表表示：示：式中式中 b bg试件材料的线膨胀系数；试件材料的线膨胀系数； b bs敏感栅材料的线膨胀系数。敏感栅材料的线膨胀系数。若若由由于于敏敏感感栅栅材材料料与与试试

38、件件材材料料的的线线膨膨胀胀系系数数不不同同而使电阻变化造成的应变误差记作而使电阻变化造成的应变误差记作D De e2 ，则，则472.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性由于温度效应而造成的附加应变由于温度效应而造成的附加应变( (热输出热输出) )为：为： （2 2）温温度度补补偿偿 温温度度补补偿偿就就是是消消除除热热输输出出对对应应变变测测量量的的影影响响。温温度度补补偿偿方方法法通通常常有有桥桥路路补补偿偿法、应变片自补偿法和热敏电阻补偿法。法、应变片自补偿法和热敏电阻补偿法。482.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应

39、变片的主要参数及工作特性 桥桥路路补补偿偿 这这种种补补偿偿方方法法的的原原理理是是用用两两个个参参数数相相同同的的应应变变片片，其其中中R1为为工工作作应应变变片片，R2为为补补偿偿应应变变片片。R1粘粘贴贴在在试试件件上上，R2粘粘贴贴在在和和试试件件材材料料相相同同、处处于于同同一一温温度度的的补补偿偿块块上上。测测量量时时，使使二二者者接接入入电电桥桥的相邻臂上。的相邻臂上。492.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 有有时时根根据据被被测测试试件件的的应应变变情情况况，亦亦可可不不专专门门设设补补偿偿试试件件，而而将将补补偿偿片片亦亦贴贴

40、在在被被测测试试件件上上，使使其其既既能能起起到到温温度度补补偿偿作作用用，又又能能提提高高灵灵敏敏度度、补补偿非线性。例如，构件作纯弯曲形变时。偿非线性。例如，构件作纯弯曲形变时。R1MMR2非纯弯曲变形也近似适用。非纯弯曲变形也近似适用。502.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 应应变变片片自自补补偿偿法法。这这种种补补偿偿方方式式是是利利用用自自身身具具有有温温度度补补偿偿作作用用的的特特殊殊应应变变片片(称称为为温温度度自自补补偿偿应应变变片片)，它它是是通通过过选选配配敏敏感感栅栅材材料料及及其其结结构构参参数制成的。数制成的。 i.

41、.单丝自补偿应变片。由式单丝自补偿应变片。由式(2.11)可知，欲使由于温度效应而造成的应变误差为零，可知，欲使由于温度效应而造成的应变误差为零，只须满足条件只须满足条件512.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 ii. .双双金金属属敏敏感感栅栅自自补补偿偿应应变变片片。这这种种应应变变片片也也称称组组合合式式自自补补偿偿应应变变片片。它它是是利利用用两两种种电电阻阻温温度度系系数数符符号号相相反反的的电电阻阻丝丝材材料料，将将二二者者串串联联绕绕制制成成敏敏感感栅栅。若若两两段段敏敏感感栅栅R1和和R2由由于于温温度度变变化化而而产产生生的的电

42、电阻阻变变化化D DR1T=-D-DR2T，就就可可实实现现温温度度补补偿偿。R1与与 R2的关系可由下式决定：的关系可由下式决定：焊点焊点R1R2522.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 也也可可采采用用两两种种电电阻阻温温度度系系数数符符号号相相同同的的丝丝材材。R1是是工工作作臂臂，R2与与外外接接串串联联电电阻阻R5(温温度度系系数数很很小小)组组成成补补偿偿臂臂。适适当当调调节节它它们们之之间间的的长长度度比比和和外外接接电电阻阻R5的数值，使的数值，使R11UUo2 3R2R1R2R5R3R412345532.1.2 2.1.2 电阻

43、应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 但但是是，工工作作栅栅灵灵敏敏系系数数也也被被抵抵消消了了一一部部分分。因因此此补补偿偿栅栅材材料料通通常常选选用用电电阻阻温温度度系系数数大大且且电电阻阻率率小小的的铂铂或或铂铂合合金金，这这样样只只要要几几欧欧的的铂铂电电阻阻就就能能达达到到温温度补偿，使应变片的灵敏系数少损失一些。度补偿，使应变片的灵敏系数少损失一些。 只只要要适适当当调调节节R1，就就可可在在不不同同线线膨膨胀胀系系数数的的试试件件上上实实现现温温度度自自补补偿偿，所所以以比比较较通通用用，这这是是它它的的优优点点。但但必必须须每每片片都都接接成成半半桥桥线线路

44、路，并并要要外外接接一一个个高高精度电阻精度电阻R5，在测量点很多的情况下，使用较麻烦。，在测量点很多的情况下，使用较麻烦。542.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 热热敏敏电电阻阻补补偿偿法法。热热敏敏电电阻阻RT处处在在与与应应变变片片R1相相同同的的温温度度条条件件下下，当当温温度度升升高高时时，热热敏敏电电阻阻RT的的值值下下降降，使使电电桥桥的的输输入入电电压压U随随温温度度升升高高而而增增加加，从从而而提提高高电电桥桥的的输输出出Uo，补补偿偿因因工工作作应应变变片片R1阻阻值值增增加加而而引引起起的的Uo下下降降。适适当当选选择择分

45、分流流电电阻阻R5的的值值，可可得得到到良良好好的的补偿效果。补偿效果。R1R2R3R4R5RTUoUi+ + +- - -552.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 辅辅助助测测温温元元件件微微型型计计算算机机补补偿偿法法。该该方方法法的的基基本本思思想想是是在在传传感感器器内内靠靠近近敏敏感感测测量量元元件件处处安安装装一一个个测测温温元元件件，用用以以检检测测传传感感器器所所在在环环境境的的温温度度。常常用用的的测测温温元元件件有有半半导导体体热热敏敏电电阻阻以以及及PN结结二二极极管管等等。测测温温元元件件的的输输出出经经放放大大及及A/D

46、转转换换送送到到计计算算机机。计计算算机机在在处处理理传传感感器器数数据据时时，即即可可消消除除温温度度变变化化对对传传感感器器的的影影响响，以以达达到到提提高高测测量量精精度的目的。度的目的。 传感器传感器测温元件测温元件多路多路开关开关A/ /DI/ /OCPU放大器放大器562.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 4 4. .应变片的动态特性应变片的动态特性 在在测测量量频频率率较较高高的的动动态态应应变变时时，应应考考虑虑其其动动态态响响应应特特性性。在在动动态态情情况况下下，应应变变以以波波动动形形式式在在材材料料中中传传播播，传传播播速

47、速度度为为声声速速(钢钢材材声声速速为为5000m/ /s)。应应变变波波由由试试件件经经过过胶胶层层和和基基片片传传到到敏敏感感栅栅的的时时间间约约为为210- -7s，可可忽忽略略不不计计。但但是是，应应变变波波沿沿应应变变片片长长度度方方向向传传播播经经过过敏敏感感栅栅需需要要比比较较长长的的时时间间，应应当当考考虑虑其影响。其影响。 572.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (1)(1)对对正正弦弦应应变变波波的的响响应应 当当测测量量按按正正弦弦规规律律变变化化的的应应变变波波时时，应应变变片片的的输输出出所所反反映映的的是是在在应应变

48、变片片敏敏感感栅栅长长度度内内感感受受到到的的应应变变量量的的平平均均值值，因因此此应应变变片片输输出出的的波波幅幅将将低低于于真真实实应应变变波波，从从而而带带来来一一定定误误差差。显显然然，这这种种误误差差将将随随应应变变片片基基长长的的增增加加而而加加大大，当当基基片片一一定定时时将将随随频频率率的的增增加加而而加大。加大。582.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 如如图图所所示示，显显然然，当当应应变变片片两两端端坐坐标标满满足足下面条件时，其输出最大。下面条件时，其输出最大。应变片应变片应变波应变波l llx1e ee e0 0xOx2

49、592.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 此时应变片在其基长此时应变片在其基长l内测得的平均应变内测得的平均应变e ep达达到最大值。其值为到最大值。其值为故可得故可得(幅值幅值)测量误差为测量误差为602.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性当当l l/ /l较大时较大时 由由上上式式可可知知，测测量量误误差差e与与比比值值l l/ /l有有关关，如如图图所所示示。l l/ /l愈愈大大，误误差差e愈愈小小。一一般般可可取取l l/ /l=1020，其其误误差差e小于小于1.60.4%。0510152

50、0510152025e/%612.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 为为了了求求在在一一定定测测量量误误差差下下应应变变片片的的最最高高测测量量频率频率f，令，令l l/ /l=n，根据，根据l l=u u/ /f，得，得当当n确定时则测量误差也确定。确定时则测量误差也确定。 对对 于于 钢钢 材材 ，u u=5000m/ /s， 若若 要要 e=1%， 对对l=1mm的应变片，其允许的最高工作频率为的应变片，其允许的最高工作频率为622.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性 (2)对对阶阶跃跃波波的的

51、响响应应 图图(a)所所示示的的阶阶跃跃波波沿沿敏敏感感栅栅轴轴向向传传播播时时，应应变变片片的的理理论论响响应应特特性性如如图图(b)所所示示。但但是是，由由于于应应变变片片粘粘合合层层对对应应变变波波中中高高次次谐谐波波的的衰衰减减作作用用，实实际际波波形形如如图图(c)所所示示。如如以以输输出出从从最最大大值值的的10%上升到上升到90%的这段时间为上升时间，则的这段时间为上升时间，则632.1.2 2.1.2 电阻应变片的主要参数及工作特性电阻应变片的主要参数及工作特性最高测量频率经验公式为最高测量频率经验公式为 实实际际上上tk值值是是很很小小的的。例例如如，应应变变片片基基长长l=

52、20mm，应应变变波波速速u u=5000m/ /s时时，tk=3.210- -6s， f=110 kHz。 642.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 电电阻阻应应变变片片工工作作时时，其其电电阻阻变变化化很很微微小小。例例如如，1片片K=2，初初始始电电阻阻120W W的的应应变变片片，受受到到1000meme的的应应变变时时，其其电电阻阻变变化化仅仅0.24W W。常常用用电桥电路来精确地测量这个微小的电阻变化。电桥电路来精确地测量这个微小的电阻变化。652.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 1.直流电桥 (1)平平衡衡电电桥桥 图图

53、中中R1为为应应变变片片。可可认认为为电电源源供供给给的的电电流流I在在工工作作过过程程中中是是不不变变的的。假假定定电电压压源源内内阻阻为为零零。若若Rg为为检检流流计计内内阻阻，则则检检流流计计中中流流过过的的电电流流Ig和和电桥各参数之间的关系为：电桥各参数之间的关系为：662.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路Ig=0时，电桥平衡，平衡条件为时，电桥平衡，平衡条件为 如如果果在在测测量量前前电电桥桥平平衡衡，在在测测量量中中应应变变片片阻阻值值发发生生改改变变后后通通过过调调节节其其他他桥桥臂臂的的阻阻值值使使电电桥桥恢恢复复平平衡，从而确定衡，从而确定应变片

54、阻值应变片阻值的改变量，则称为零读法。的改变量，则称为零读法。 672.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 当当采采用用零零读读法法时时，初初始始时时电电桥桥平平衡衡。在在应应变变片片承承受受应应变变的的情情况况下下，其其阻阻值值由由R1变变为为R1+R1，从从而而破破坏坏了了电电桥桥原原来来的的平平衡衡，使使检检流流计计中中有有电电流流流流过过，此此时时可可调调节节其其它它桥桥臂臂的的电电阻阻值值，重重新新使使Ig=0，即即电电桥桥重重新新平平衡衡。比比如如调调节节R2，使使其其值值变变为为R2+R2后电桥重新平衡，则有后电桥重新平衡，则有682.1.3 2.1.3

55、 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 当当恒恒定定R3、R4时时，根根据据D DR2的的值值可可求求得得D DR1。R2称称为为调调节节臂臂。R3、R4称称为为比比例例臂臂，改改变变它它们们的的比比值值，可可改改变变D DR1的的测测量量范范围围。平平衡衡电电桥桥通通常常用用在在静静态态应应变测量中。变测量中。 (2)不不平平衡衡电电桥桥法法(偏偏转转法法) 不不平平衡衡电电桥桥法法用用在在动动态态应应变变测测量量中中。其其输输出出量量可可以以是是电电流流，也也可可以以是是电电压压。应应变变片片承承受受应应变变的的情情况况下下，其其阻阻值值R1变变为为R1+D DR1，将将其其代代入入式

56、式(2.21)后后，就就可可得得到到Ig与与D DR1的的关关系系式式，通通过过读读取取Ig，就就可可求求得得D DR1，此此时时输输出出量量是是电流。电流。下面以输出电压为例进行分析。下面以输出电压为例进行分析。692.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 设设供供桥桥电电压压为为U，R1为为应应变变片片，R2、R3、R4为为固固定定电电阻阻。当当应应变变片片未未承承受受应应变变时时，R1R4=R2R3，电电桥桥平平衡衡，输输出出电电压压Uo=0。当当应应变变片片承承受受应应变变后后，其其阻阻值值变变为为R1+D DR1，电电桥桥的的不不平平衡衡输输出出为为（电电桥桥

57、输出开路）输出开路）702.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 设设R2/ /R1=n，又又因因D DR1R1(分分母母上上忽忽略略D DR时时一定要在通分之后一定要在通分之后)，R1R4=R2R3，上式简化为：，上式简化为：电桥的电压灵敏度为电桥的电压灵敏度为(相对灵敏度相对灵敏度)712.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 电电桥桥的的电电压压灵灵敏敏度度与与供供桥桥电电压压U成成正正比比，供供桥桥电电压压越越高高，电电压压灵灵敏敏度度越越高高。但但是是供供桥桥电电压压的的提提高高，受受到到应应变变片片允允许许工工作作电电流流的的限限制制

58、，所所以以供供桥桥电电压压通通常为常为15V。 电电桥桥电电压压灵灵敏敏度度与与桥桥臂臂电电阻阻比比值值n有有关关。在在U一一定定时时，由由灵灵敏敏度度取取极极值值的的条条件件，可可求求得得n=1时时Su为为最最大大。这这就就是是说说，在在电电桥桥电电压压一一定定，当当R1=R2，R3=R4时时，电电桥桥的的电电压压灵灵敏敏度度最最高高。通通常常这这种种情情况况称称为电桥的第一种对称形式。为电桥的第一种对称形式。722.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路此时此时 而而R1=R3，R2=R4则则称称为为电电桥桥的的第第二二种种对对称称形形式式。第第一一种种对对称称形形式

59、式有有较较高高的的灵灵敏敏度度，第第二二种种对对称形式线性较好。等臂电桥是其中的一个特例。称形式线性较好。等臂电桥是其中的一个特例。73742.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 (3)电电桥桥电电路路的的非非线线性性误误差差补补偿偿 以以上上讨讨论论电电桥桥电电路路时时都都是是基基于于D DR1R1的的情情况况，所所以以在在分分析析电电桥桥输输出出电电压压与与各各参参数数的的关关系系时时，得得到到的的是是线线性性关关系系。但但是是若若应应变变片片感感受受大大应应变变时时，分分母母上上的的D DR1/R1项项就就不不能能忽忽略略，此此时时得得到到的的特特性性为为非非线

60、线性性关关系系，从从而而造造成成非非线线性性误误差差。在在补补偿偿非非线线性性误误差差时常用的措施如下。时常用的措施如下。752.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 采采用用差差动动电电桥桥。在在电电桥桥的的相相邻邻两两臂臂接接入入两两个个参参数数相相同同的的应应变变片片，测测量量时时一一个个受受拉拉，一一个个受受压压，电电阻阻变变化化量量符符号号相相反反，数数值值相相等等，即即构构成成半半桥桥差差动动电电路路。此此时时电电桥桥的的输输出出电电压压为为762.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路假设假设则无需近似可得则无需近似可得 可可见见，差

61、差动动电电桥桥法法不不仅仅补补偿偿了了非非线线性性误误差差，且且电电压压灵灵敏敏度度提提高高了了1倍倍。另另外外还还能能起起到到温度补偿的作用。温度补偿的作用。772.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 在在电电桥桥的的四四臂臂都都接接入入同同参参数数应应变变片片，两两个个受受拉拉，两两个个受受压压，构成全桥差动电路。若满足构成全桥差动电路。若满足则有则有 全全桥桥差差动动电电路路不不仅仅补补偿偿了了非非线线性性误误差差，且且电电压压灵灵敏敏度度比比半半桥桥差差动动电电路路补补偿偿时时又又提提高高了了1 1倍倍。还还能能起起到到温度补偿的作用。温度补偿的作用。78 变

62、换器接入电桥的形式变换器接入电桥的形式( (a) a) 单臂电桥；单臂电桥； ( (b) b) 差动半桥；差动半桥； ( (c) c) 差动全桥差动全桥79 电压源电压源 恒流源恒流源单臂电桥单臂电桥差动半桥差动半桥差动全桥差动全桥输入输入输出特性输出特性80 电压源电压源 恒流源恒流源单臂电桥单臂电桥差动半桥差动半桥差动全桥差动全桥灵敏度灵敏度812.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 采采用用恒恒流流源源电电桥桥 产产生生非非线线性性的的原原因因之之一一是是在在工工作作过过程程中中，由由于于电电阻阻变变化化，使使通通过过桥桥臂臂的的电电流流不不恒恒定定。为为此此，

63、可可采采用用恒恒流流源源供供电电。设设供供电电电电流流为为I I，则则初初始始时时电电路路的的输输出出电电压为：压为：822.1.3 2.1.3 电阻应变片的测量电路电阻应变片的测量电路 设电桥初始处于平衡状态，而且设电桥初始处于平衡状态，而且R1=R2=R3=R4=R。当电阻当电阻R1变为变为R+D DR时，电桥输出电压为时，电桥输出电压为可可见见，与与恒恒压压源源时时相相比比，非非线线性性误误差差减减小小。采采用用半导体应变片时电桥一般采用恒流源供电。半导体应变片时电桥一般采用恒流源供电。832.1.3 电阻应变片的测量电路 2.2.交流电桥交流电桥 在在交交流流电电源源供供电电时时，需需

64、要要考考虑虑分分布布电电容容的的影影响响，此此时时桥桥臂臂已已不不是是纯纯电电阻阻性性的的，需需要要分分析析各各桥桥臂臂均均为为复复阻阻抗抗时时一一般般形形式式的的交交流流电电桥桥。其其电电源源电电压压、输输出出电电压压及各桥臂阻抗均应用复数表示。输出电压为及各桥臂阻抗均应用复数表示。输出电压为842.1.3 电阻应变片的测量电路所以平衡条件为所以平衡条件为设电桥各臂的阻抗为设电桥各臂的阻抗为则交流电桥的平衡条件为则交流电桥的平衡条件为8586 例例2.2 采采用用四四片片相相同同的的金金属属丝丝应应变变片片(K=2)，将将其其贴贴在在实实心心圆圆柱柱形形测测力力弹弹性性元元件件上上。如如图图

65、所所示示，力力F=9800N。圆圆柱柱断断面面半半径径r=1cm，杨杨氏氏模模量量E=2107 N/ /cm2，泊松比，泊松比m m=0.3。 (1)画画出出应应变变片片在在圆圆柱柱上上粘粘贴贴位位置置及相应测量桥路原理图；及相应测量桥路原理图； (2)求求各各应应变变片片的的应应变变、电电阻阻相相对对变化量；变化量； (3)若若供供电电桥桥压压U=6V，求求桥桥路路输输出电压出电压Uo； (4)此此种种测测量量方方式式能能否否补补偿偿环环境境温温度对测量的影响？说明原因。度对测量的影响？说明原因。 FF872.1.3 电阻应变片的测量电路 解解：(1)按按题题意意采采用用四四个个相相同同应应

66、变变片片，粘粘贴贴位位置置如如图图所所示示。R1、R3沿沿轴轴向向，在在力力F作作用用下下产产生生正正应应变变，R2、R4沿圆周方向，产生负应变。沿圆周方向，产生负应变。882.1.3 电阻应变片的测量电路 四四个个应应变变片片接接入入桥桥路路位位置置如如图图所所示示，组组成成全全桥桥测量电路，可提高输出电压灵敏度测量电路，可提高输出电压灵敏度。+-89（2）各应变片的应变、电阻相对变化量；各应变片的应变、电阻相对变化量；(3)若供电桥压若供电桥压U=6V，求桥路输出电压，求桥路输出电压Uo(4)此种测量方式能否补偿环境温度的影响？此种测量方式能否补偿环境温度的影响？90电阻应变仪电阻应变仪

67、912.1.4 2.1.4 电阻应变式传感器举例电阻应变式传感器举例 电电阻阻应应变变丝丝、片片，除除直直接接用用来来测测定定试试件件的的应应变变和和应应力力外外，还还广广泛泛用用作作传传感感元元研研制制成成各各种种应应变变式式传传感感器器，用用来来测测定定其其他他物物理理量量，如如力力、压压力力、扭矩、加速度等。扭矩、加速度等。 应应变变式式传传感感器器的的基基本本构构成成通通常常可可分分为为两两部部分分，即即弹弹性性敏敏感感元元件件和和应应变变片片(丝丝)。弹弹性性敏敏感感元元件件在在被被测测物物理理量量的的作作用用下下，产产生生一一个个与与它它成成正正比比的的应应变变，然然后后用用应应变

68、变片片(丝丝)作作为为转转换换元元件件将将应应变变转转换换为电阻变化。为电阻变化。922.1.4 电阻应变式传感器举例 不不仅仅对对于于应应变变式式传传感感器器，对对其其他他一一些些类类型型的的传传感感器器，弹弹性性敏敏感感元元件件在在传传感感器器技技术术中中也也占占有有极极为为重重要要的的地地位位。在在传传感感器器工工作作过过程程中中，一一般般是是由由弹弹性性敏敏感感元元件件把把各各种种形形式式的的物物理理量量转转换换成成变变形形，再再由由转转换换元元件件( (例例如如电电阻阻应应变变片片) )转转换换成成电电量量。所所以以在在传传感感器器中中弹弹性性元元件件是是应应用用最最广广泛泛的的元元

69、件件之之一一，有有时时还还是是传传感感器器的的核核心心部部分分。其其质质量量的的优优劣劣直直接接影响传感器的性能及精度。影响传感器的性能及精度。932.1.4 电阻应变式传感器举例 通常要求弹性敏感元件具有以下性能通常要求弹性敏感元件具有以下性能: (1) 弹弹性性储储能能(应应变变能能)高高。弹弹性性储储能能是是材材料料在在开开始始塑塑性性变变形形以以前前单单位位体体积积所所储储存存的的弹弹性性能能。它它表表示示弹弹性性材材料料储储存存变变形形能能而而不不发发生生永永久久变变形形的的能能力。其大小为力。其大小为 (2)具具有有较较高高的的抗抗压压(抗抗拉拉)刚刚度度EA，以以便便在在高高载荷

70、下有足够的安全性能。载荷下有足够的安全性能。942.1.4 电阻应变式传感器举例 (3)受受温温度度影影响响小小，即即弹弹性性模模量量温温度度系系数数小小而而稳稳定，且热膨胀系数小。定，且热膨胀系数小。 (4)具具有有良良好好的的机机械械加加工工和和热热处处理理性性能能，易易于于机机械械加加工工及及热热处处理理。热热处处理理后后应应有有均均匀匀稳稳定定的的组组织织，且各向同性。且各向同性。 (5)具有良好的重复性和稳定性。具有良好的重复性和稳定性。 (6)具有高的抗氧化、抗腐蚀性能。具有高的抗氧化、抗腐蚀性能。 弹弹性性敏敏感感元元件件的的材材料料主主要要是是合合金金结结构构钢钢。例例如如，中

71、中碳碳铬铬镍镍钼钼钢钢，中中碳碳铬铬锰锰硅硅钢钢，析析出出硬硬化化型型不不锈锈钢钢，高速工具钢和弹簧钢等。高速工具钢和弹簧钢等。952.1.4 电阻应变式传感器举例 1. .应变式测力与称重传感器应变式测力与称重传感器 应应变变式式测测力力传传感感器器由由弹弹性性体体、应应变变片片和和外外壳壳组组成成。弹弹性性体体是是测测力力传传感感器器的的基基础础，应应变变片片是是传传感感器器的的核核心心。根根据据弹弹性性体体结结构构形形式式的的不不同同可可分分为为：柱式、轮辐式、梁式、环式等。柱式、轮辐式、梁式、环式等。962.1.4 电阻应变式传感器举例 (1)柱柱式式传传感感器器 柱柱式式传传感感器器

72、是是称称重重(或或测测力力)传传感感器器应应用用较较普普遍遍的的一一种种形形式式。它它分分为为柱柱形形和和圆圆筒筒形形两两种种。圆圆筒筒或或圆圆柱柱在在外外力力F作作用用下下产生的应变为产生的应变为972.1.4 电阻应变式传感器举例 一一般般将将应应变变片片对对称称地地贴贴在在应应力力均均匀匀的的圆圆柱柱表表面面的的中间部分，如左图所示，并连接成右图所示的桥路。中间部分，如左图所示，并连接成右图所示的桥路。 R1和和R3，R2和和R4分分别别串串联联，放放在在相相对对桥桥臂臂内内，这这是是为为了了消消除除弯弯矩矩的的影影响响。横横向向粘粘贴贴的的应应变变片片R5、R6、R7和和R8作作为为温

73、温度度补补偿偿片片(也也可可起起到到提提高高灵灵敏敏度度的的作作用用，参见例参见例2.2)，所示连接方式也是为了消除弯矩的影响。，所示连接方式也是为了消除弯矩的影响。982.1.4 2.1.4 电阻应变式传感器举例电阻应变式传感器举例 筒式结构可使分散在端面的载荷集中到筒的筒式结构可使分散在端面的载荷集中到筒的表面上来，改善了应力线分布；在筒壁上还能开表面上来，改善了应力线分布；在筒壁上还能开孔，如图所示，形成许多条应力线，从而与载荷孔，如图所示，形成许多条应力线，从而与载荷在端面的分布无关，并可减少偏心载荷、非均布在端面的分布无关，并可减少偏心载荷、非均布载荷的影响，使引起的误差更小。载荷的

74、影响，使引起的误差更小。992.1.4 电阻应变式传感器举例 (2)悬悬臂臂梁梁式式传传感感器器 悬悬臂臂梁梁式式传传感感器器是是一一种种低低外外形形、高高精精度度、抗抗偏偏、抗抗侧侧性性能能优优越越的的称称重重测测力力传传感感器器。采采用用弹弹性性梁梁及及电电阻阻应应变变片片作作敏敏感感转转换换元元件件。配配以以相相应应的的应应变变仪仪，数数字字电电压压表表或或其其他他二二次仪表，即可显示或记录重量次仪表，即可显示或记录重量(或力或力)。 悬悬臂臂梁梁有有两两种种，一一种种为为等等截截面面梁梁，另另一一种种为为等强度梁。等强度梁。1002.1.4 电阻应变式传感器举例 等等截截面面梁梁就就是

75、是悬悬臂臂梁梁的的横横截截面面处处处处相相等等。当当外外力力F作作用用在在梁梁的的自自由由端端时时，在在固固定定端端产产生生的的应应变变最最大大，粘粘贴贴应应变变片片处的应变为处的应变为LR2R1lbhF 顺顺着着梁梁的的长长度度方方向向分分别别贴贴上上R1、R2和和R3、R4四四个个电电阻阻应应变变片片(R3、R4在在下下面面)。将将它它们们组组成成差差动动全全桥桥，则电桥的灵敏度为单臂工作时的则电桥的灵敏度为单臂工作时的4倍。倍。1012.1.4 电阻应变式传感器举例 等等强强度度梁梁的的结结构构如如图图所所示示。其其特特点点是是：沿沿梁梁长长度度方方向向的的截截面面按按一一定定规规律律变

76、变化化，当当集集中中力力F F作作用用在在自自由由端端时时，距距作作用用点点任任何何距距离离之之截截面面上上的的应应力力相相等等，为为LFhR2R1b0bx 这这种种梁梁的的优优点点是是在在长长度度方方向向上上粘粘贴贴应应变片的要求不严格。变片的要求不严格。1022.1.4 电阻应变式传感器举例 悬悬臂臂梁梁式式传传感感器器一一般般可可测测0.5kg以以下下的的载载荷荷，最最小小可可测测几几十十克克重重。悬悬臂臂梁梁式式传传感感器器也也可可达达到到很很大大的的量量程程，如如工工字字钢钢悬悬臂臂梁梁结结构构传传感感器器，量量程程为为0.230t，精精度度可可达达0.02%F.S.。悬悬臂臂梁梁式

77、式传传感感器器具具有有结结构构简简单单、应应变变片片容容易易粘粘贴贴，灵灵敏敏度度高高等等特特点。点。1032.1.4 电阻应变式传感器举例 除除等等截截面面梁梁和和等等强强度度梁梁传传感感器器外外，还还有有剪剪切切梁梁式式传传感感器器，两两端端固固定定梁梁传传感感器器等等等等。如如图图所示，为几种梁式传感器外形。所示，为几种梁式传感器外形。104（a a a a）双孔梁）双孔梁）双孔梁）双孔梁 （b b b b）S S S S形形形形 1052.1.4 电阻应变式传感器举例 如如图图所所示示，是是引引进进美美国国HBM公公司司技技术术和和生生产产线生产的线生产的SB3悬臂梁式传感器。悬臂梁式

78、传感器。1062.1.4 电阻应变式传感器举例案例：电子称案例：电子称1072.1.4 电阻应变式传感器举例 (3)轮轮辐辐式式传传感感器器 轮轮辐辐式式传传感感器器是是一一种种剪剪切切力力传传感感器器。轮轮辐辐条条成成对对地地连连接接在在轮轮圈圈和和轮轮轱轱之之间间，可可为为四四根根或或八八根根。采采用用钢钢球球传传递递重重力力，因因为为圆圆球球压压头头有自动定中心的功能。有自动定中心的功能。1 1轮轱；轮轱；2 2轮圈；轮圈； 3 3轮辐条；轮辐条；4 4承压应变片；承压应变片；5 5承拉应变片承拉应变片1082.1.4 电阻应变式传感器举例 当当外外力力F作作用用在在轮轮轱轱的的上上端端

79、面面时时，使使辐辐条条产产生生剪剪应应变变。正正方方形形两两对对角角线线的的线线应应变变大大小小相相等等，符符号号相相反反。八八片片应应变变片片分分别别贴贴在在四四根根辐辐条条的的正正反反两两面面，与与辐辐条条水水平平中中心心轴轴线线成成45角角，并并组组成成全全桥桥电路。电路。1092.1.4 电阻应变式传感器举例 八八片片应应变变片片的的连连接接方方法法如如图图所所示示。当当受受外外力力作作用用时时，使使辐辐条条对对角角线线缩缩短短方方向向粘粘贴贴的的应应变变片片Ci受受压压，对对角角线线伸伸长长方方向向粘粘贴贴的的应应变变片片Ti受受拉拉。每每对对轮轮辐辐的的受受拉拉片片和和受受拉拉片片

80、串串联联成成一一臂臂，受受压压片片和和受受压压片片串串联联成成一一臂臂，受受拉拉片片和和受受压压片片组组成成相相邻邻臂臂。这这样样有有助助于于消消除载荷偏心对输出的影响。除载荷偏心对输出的影响。1102.1.4 电阻应变式传感器举例 (4)环环式式传传感感器器 圆圆环环式式传传感感器器弹弹性性元元件件的的结结构构如如图图所所示示。环环式式传传感感器器常常用用于于测测几几十十千千克克以以上上的的大大载载荷荷，与与柱柱式式相相比比，它它的的特特点点是是应应力力分分布布变变化大，且有正有负，便于接成差动电桥。化大，且有正有负，便于接成差动电桥。(a)(a)拉力环拉力环 (b)(b)压力环压力环R1R

81、2R3R4R1R2R3R41111122.1.4 电阻应变式传感器举例 2.2.应变式压力传感器应变式压力传感器 应应变变式式压压力力传传感感器器由由电电阻阻应应变变片片、弹弹性性元元件件、外外壳壳及及补补偿偿电电阻阻组组成成。一一般般用用于于测测量量较较大大的的压压力力。它它广广泛泛用用于于测测量量管管道道内内部部压压力力，内内燃燃机机燃燃气气的的压压力力，压压差差和和喷喷射射压压力力，发发动动机机和和导导弹弹试试验验中中的的脉脉动压力，以及各种领域中的流体压力等。动压力，以及各种领域中的流体压力等。1132.1.4 电阻应变式传感器举例 (1)筒筒式式压压力力传传感感器器 如如图图所所示示

82、，一一端端盲盲孔孔，另另一一端端有有法法兰兰与与被被测测系系统统连连接接。当当应应变变管管内内腔腔与与被被测测压压力力相相通通时，圆筒部分周向应变为时，圆筒部分周向应变为 在在薄薄壁壁筒筒上上贴贴有有工工作作片片，实实心心部部分分贴贴有有温温度度补补偿片。偿片。1142.1.4 电阻应变式传感器举例 (2)膜膜片片式式压压力力传传感感器器 该该类类传传感感器器的的弹弹性性敏敏感感元元件件为为一一周周边边固固定定的的圆圆形形金金属属平平膜膜片片。当当膜膜片片一一面面受受压压力力p作作用用时时，膜膜片片的的另另一一面面(应应变变片片粘粘贴贴面面)上上的的径向应变径向应变e er和切向应变和切向应变

83、e et为为115式式中中，r为为平平膜膜片片工工作作部部分分半半径径，h为为平平膜膜片片厚厚度度，x为为计计算点离圆心的径向距离。算点离圆心的径向距离。1162.1.4 电阻应变式传感器举例 应应变变分分布布规规律律如如左左图图。由由应应变变分分布布规规律律可可找找出出贴贴片片的的方方法法。由由于于切切应应变变全全是是正正的的，中中间间(x=0)最最大大，径径向向应应变变分分布布有有正正有有负负，在在x/ /r=0.577时时为为零零值值，一一般般在在圆圆片片中中心心处处沿沿切切向向贴贴两两片片，在在边边缘缘处处沿沿径径向向贴贴两两片片，如如右右图图所所示示。应应变变片片R1(R4)和和R2

84、(R3)接接在在桥桥路路相相邻邻两两臂臂内内，以以提提高高灵灵敏敏度度和和进进行行温温度度补补偿偿。也也可可以以在在半半径径为为0.577r的两侧沿径向各贴两片，组成四臂差动电桥。的两侧沿径向各贴两片，组成四臂差动电桥。117Phr0圆形金属膜片圆形金属膜片切切向向应应变变径向应变径向应变R1 R20.58rR3 R41182.1.4 电阻应变式传感器举例膜片式压力传感器的一种敏感元件结构膜片式压力传感器的一种敏感元件结构1192.1.4 电阻应变式传感器举例 (3)组组合合式式压压力力传传感感器器 组组合合式式压压力力传传感感器器如如图图所所示示，通通常常用用于于测测量量小小压压力力。膜膜片

85、片、波波纹纹管管、膜膜盒盒等等弹弹性性敏敏感感元元件件感感受受压压力力后后，推推动动推推杆杆使使梁梁变变形形。电电阻阻应应变变片片粘粘贴贴于于梁梁的的根根部部感感受受应应变变。因因为为悬悬臂臂梁梁刚刚性性较较大大，所所以以这这种种组组合合可可以以克克服服稳稳定定性性较较差差，滞滞后较大的缺点。后较大的缺点。p应变片pp1202.1.4 电阻应变式传感器举例 3.3.应变式位移传感器应变式位移传感器 应应变变式式位位移移传传感感器器是是把把被被测测位位移移量量变变换换为为弹弹性性元元件件的的应应变变，通通过过测测量量应应变变间间接接求求得得位位移移。对对应应变变式式位位移移传传感感器器中中弹弹性

86、性元元件件的的要要求求是是刚刚度度要要小小，否否则则，当当弹弹性性元元件件产产生生变变形形时时，会会对对被被测测构构件件形形成反作用力，从而使测得的位移量失真。成反作用力，从而使测得的位移量失真。 按按弹弹性性元元件件结结构构形形式式的的不不同同，应应变变式式位位移移传传感器可分为弹簧组合式、梁式、弓形等几类。感器可分为弹簧组合式、梁式、弓形等几类。1212.1.4 电阻应变式传感器举例 以以弹弹簧簧组组合合式式位位移移传传感感器器为为例例，梁梁弯弯曲曲产产生生的的应应变变与与测测量量杆杆的的位位移移呈呈线线性性关关系系。测测量量杆杆的的位位移移包包括括两两部部分分，悬悬臂臂梁梁端端部部位位移

87、移量量y1和和弹弹簧簧伸伸长长量量y2，即即y=y1+y2。根据应变量的读数值，可求得位移。根据应变量的读数值，可求得位移y。1221231242.1.4 2.1.4 电阻应变式传感器举例电阻应变式传感器举例 4. .应变式加速度传感器应变式加速度传感器 在在悬悬臂臂梁梁的的自自由由端端固固定定一一质质量量块块。当当壳壳体体与与待待测测物物一一起起作作加加速速运运动动时时，梁梁在在质质量量块块惯惯性性力力的的作作用用下下发发生生变变形形，使使粘粘贴贴于于其其上上的的应应变变片片的的阻阻值值变化。检测阻值的变化可求得待测物的加速度。变化。检测阻值的变化可求得待测物的加速度。1252.1.4 电阻

88、应变式传感器举例 5. .振动式汽车防盗继电器振动式汽车防盗继电器 振振动动式式汽汽车车防防盗盗继继电电器器能能在在盗盗窃窃者者发发动动汽汽车车时时自自动动切切断断火火花花塞塞电电路路，使使汽汽车车发发动动不不起起来来，同同时电喇叭发出刺耳的长鸣声。时电喇叭发出刺耳的长鸣声。1261272.2 压阻式传感器 压阻效应压阻效应固体受到作用力后电阻率发生固体受到作用力后电阻率发生变化的现象。变化的现象。 压阻式传感器有两种类型：压阻式传感器有两种类型： 利用半导体材料做成的粘贴式应变片；利用半导体材料做成的粘贴式应变片； 在半导体材料的基片上用集成电路工艺制在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成扩

89、散电阻，称扩散型压阻传感器。成扩散电阻，称扩散型压阻传感器。1282.2 压阻式传感器 压阻式传感器的优点：压阻式传感器的优点： 灵灵敏敏度度非非常常高高，有有时时传传感感器器输输出出不不需需放放大大就可直接用于测量；就可直接用于测量； 分分辨辨率率高高，例例如如测测量量压压力力时时可可测测出出1020Pa的微压；的微压； 测测量量元元件件的的有有效效面面积积可可做做得得很很小小，故故频频率率响应高；可测量低频加速度和直线加速度。响应高；可测量低频加速度和直线加速度。 体积小。体积小。 压阻式传感器的缺点：压阻式传感器的缺点： 温度误差大，需温度补偿或恒温条件下使用。温度误差大，需温度补偿或恒

90、温条件下使用。1292.2 压阻式传感器 2.2.1 基本工作原理基本工作原理 2.2.2 温度误差及其补偿温度误差及其补偿 2.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例1302.2.1 基本工作原理 根据式根据式(2.3)式式中中p pl为为沿沿某某晶晶向向的的压压阻阻系系数数，s s为为应应力力，E为为弹弹性性模模量量 。p pl=(4080)10- -11m2/ /N， E=1.671011N/ /m2， 则则KSp pl E=50100。式式中中的的D Dr r/ /r r项项，对对金金属属材材料料，其其值值很很小小，可可忽忽略略不不计计，对半导体材料，其值很大，为对半导体材料，其值很

91、大，为1312.2.1 基本工作原理 这这说说明明，半半导导体体材材料料的的灵灵敏敏系系数数比比金金属属应应变变片片大大很多。可近似认为很多。可近似认为 压压阻阻效效应应是是因因为为在在外外力力作作用用下下，原原子子点点阵阵排排列列发发生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化而形成的。生变化，导致载流子迁移率及浓度发生变化而形成的。 由由于于半半导导体体( (如如单单晶晶硅硅) )是是各各向向异异性性材材料料，因因此此它它的的压压阻阻系系数数不不仅仅与与掺掺杂杂浓浓度度、温温度度和和材材料料类类型型有有关关，还还与与晶晶向向有有关关。所所谓谓晶晶向向，就就是是晶晶面面的的法法线线方方向向。晶晶向

92、的表示方法有截距法和法线法。向的表示方法有截距法和法线法。1322.2.1 基本工作原理 (1)截截距距法法 设设单单晶晶硅硅的的晶晶轴坐标系为轴坐标系为Oxyz，则晶面方程为，则晶面方程为1/ /r、1/ /s、1/ /t为为截截距距的的倒倒数数，用用r、s、t的的最最小小公公倍倍数数分分别别相相乘乘，获获得得三三个个没没有有公公约约数数的的整整数数a、b、c，这这三三个个数数称称为为密密勒勒指指数数，用用以以表表示示晶晶向向，记记作作abc。某某数数(如如a)为负数则记作为负数则记作 。 (abc)表示晶面，表示晶面， abc表示晶面簇。表示晶面簇。133 图图(b)截截距距为为1、1、1

93、，截截距距倒倒数数仍仍为为1、1、1，密密勒指数为勒指数为 。2.2.1 基本工作原理 例例如如图图(a)，截截距距为为- -2、- -2、4，截截距距倒倒为为- -1/2、 - - 1/2、1/4，密勒指数为，密勒指数为 。 图图 (c)中中ABCD面，截距分别为面，截距分别为1、，截距倒，截距倒数为数为1、0、0，所以密勒指数为，所以密勒指数为 1342.2.1 基本工作原理 (2)法法线线法法 如如图图所所示示，通通过过坐坐标标原原点点O，作作平平面面的的法法线线OP，与与x、y、z轴轴的的夹夹角角分分别别为为a a、b b、g g。平面方程为。平面方程为 cosa a、cosb b、c

94、osg g为为法法线线的的方方向向余余弦弦，p为为法法线线的的大大小小(即长度即长度)。1352.2.1 基本工作原理密勒指数与方向余弦的关系：密勒指数与方向余弦的关系：1362.2.1 基本工作原理 为为了了求求取取任任意意晶晶向向的的压压阻阻系系数数p pl，必必须须先先了了解解晶晶轴轴坐坐标标系系内内各各向向压压阻阻系系数数。将将半半导导体体材材料料沿沿三个晶轴方向取一微单元，如图所示。三个晶轴方向取一微单元，如图所示。 当当受受到到作作用用力力，微微单单元元上上的的应应力力分分量量应应有有9个个(用用上上、右右、前前面面上上的的应应力力表表示示，相相对对面面上上应应力力大大小小和和性性

95、质质相相同同)，因因剪剪切切应力总是两两相等，即应力总是两两相等，即 1372.2.1 基本工作原理因此应力分量中仅有因此应力分量中仅有6个独立分量，即个独立分量，即 有有应应力力就就会会产产生生电电阻阻率率变变化化，6个个独独立立应应力力分分量量可可在在6个个相相应应方方向向产产生生6个个独独立立电电阻阻率率变变化化，若若电电阻阻率率变变化化率率D Dr r/ /r r用用符符号号d d表表示示，则则相相应应为为d d1、d d2、d d3、d d4、d d5、d d6，电电阻阻率率的的变变化化率率与与应应力力之之间间的的关关系系可可写成下列矩阵方程写成下列矩阵方程 1382.2.1 基本工

96、作原理 矩阵中的压阻系数有如下特点：矩阵中的压阻系数有如下特点： (1)剪剪切切应应力力不不可可能能产产生生正正向向压压阻阻效效应应，矩矩阵阵中中右上块内各分量应为零，即右上块内各分量应为零，即1392.2.1 基本工作原理 (2)正正向向应应力力不不可可能能产产生生剪剪切切压压阻阻效效应应，矩矩阵阵中中左下块内各分量应为零，即左下块内各分量应为零，即 (3)剪剪切切应应力力只只能能在在剪剪切切应应力力平平面面内内产产生生压压阻阻效效应应，因因此此，右右下下块块内内只只剩剩下下三三项项p p44、p p55、p p66三三项项，而其余而其余1402.2.1 基本工作原理 (4)单晶硅是正立方晶

97、体，考虑到正立方体的单晶硅是正立方晶体，考虑到正立方体的对称性，则对称性，则 正向正向( (纵向纵向) )压阻效应应相等，故压阻效应应相等，故横向压阻效应应相等，故横向压阻效应应相等，故 剪切压阻效应应相等，故剪切压阻效应应相等，故1412.2.1 基本工作原理 由由此此可可以以看看出出，独独立立的的压压阻阻系系数数分分量量只只有有三三个个，p p11称称为为纵纵向向压压阻阻系系数数；p p12称称为为横横向向压压阻阻系系数数；p p44称称为为剪剪切切压压阻阻系系数数。必必须须强强调调的的是是，上上列列矩矩阵阵是是相相对对于于晶晶轴轴坐坐标标系系推推导导得得出出的的，因因此此，p p11、p

98、 p12、p p44是相对于三个晶轴方向而言的三个独立分量。是相对于三个晶轴方向而言的三个独立分量。1422.2.1 2.2.1 基本工作原理基本工作原理最后，压阻系数的矩阵为最后，压阻系数的矩阵为1432.2.1 2.2.1 基本工作原理基本工作原理硅压阻系数的典型数据硅压阻系数的典型数据1442.2.1 2.2.1 基本工作原理基本工作原理 当当硅硅膜膜比比较较薄薄时时，可可以以略略去去剪剪应应力力及及沿沿硅硅膜膜厚度方向的正应力时，电阻相对变化为：厚度方向的正应力时，电阻相对变化为：式中式中 p p/纵向压阻系数；纵向压阻系数； p p横向压阻系数横向压阻系数; s s/纵向应力；纵向应

99、力； s s横向应力。横向应力。 1452.2.1 2.2.1 基本工作原理基本工作原理任意方向的平面压阻元件的压阻系数为：任意方向的平面压阻元件的压阻系数为：xyz式式中中，l1、m1、n1、l2、m2、n2分分别别是是电电阻阻的的纵纵向向和和横横向向在在晶体坐标系中的方向余弦。晶体坐标系中的方向余弦。1462.2.2 温度误差及其补偿温度误差及其补偿 如图所示是在不同杂质浓度下，如图所示是在不同杂质浓度下，P型硅的压阻型硅的压阻系数与温度的关系。系数与温度的关系。 掺掺杂杂浓浓度度较较低低时时，压压阻阻系系数数较较高高，温温度度系系数数也也较较大大(为为负负)。反反之之，掺掺杂杂浓浓度度高

100、高时时，温温度度系系数数可可以以很很小小，但但压压阻阻灵灵敏敏系系数数太太低低。一一般般不不采采用用高高掺掺杂杂的的办办法法来来降降低低温温度度误误差差，而而是是进进行行温温度补偿。度补偿。1472.2.2 温度误差及其补偿温度误差及其补偿 压压阻阻式式传传感感器器一一般般扩扩散散四四个个电电阻阻，并并接接入入电电桥桥。当当四四个个扩扩散散电电阻阻阻阻值值相相等等或或相相差差不不大大、温温度度系系数数也也一一样样时时，则则电电桥桥零零漂漂和和灵灵敏敏度度漂漂移移会会很很小小。但但工工艺艺上上很很难难满满足足这这些些条条件件，还还需要进行额外的零位补偿和灵敏度补偿。需要进行额外的零位补偿和灵敏度

101、补偿。 1、零零点点温温度度漂漂移移是是由由于于4个个扩扩散散电电阻阻的的温温度度系系数数不不一一致致造造成成的；的； 2、灵敏度温度漂移是由于压阻系数随温度变化引起的。、灵敏度温度漂移是由于压阻系数随温度变化引起的。1482.2.2 温度误差及其补偿温度误差及其补偿 (1)零零位位温温漂漂补补偿偿 一一般般可可用用串串、并并联联电电阻阻的的方方法法进进行行补补偿偿。串串联联电电阻阻R5，起起调调零零作作用用，并并联联电电阻阻Rp则则主主要要起起补补偿偿作作用用。Rp是是负负温温度度系系数数电电阻阻，当当然然R4上上并并联联正正温温度度系系数数电电阻阻也也可可以以。R5、Rp的的取取值值及及温

102、温度度系系数数要要选选择择合合适适。要要根根据据四四臂臂电电桥桥在在低低温温和和高高温温下下实实测测电电阻阻值值计计算算出出来来，才才能能取取得得较较好好的的补偿效果。补偿效果。1492.2.2 温度误差及其补偿温度误差及其补偿 (2)二二极极管管灵灵敏敏度度温温漂漂补补偿偿法法 电电桥桥的的电电源源回回路路中中串串联联二二极极管管VD，温温度度每每升升高高1，其其正正向向压压降降减减小小1.92.4mV。电电源源采采用用恒恒压压源源，就就可可补补偿偿灵灵敏敏度度随随温温度的下降。所串联二极管数，依实测结果而定。度的下降。所串联二极管数，依实测结果而定。a a为为压压阻阻系系数数的的温温度度系

103、系数数，UF为为二二极极管管的的正正向向压压降降，b b为为二二极极管管正正向向压压降降的的温温度系数。度系数。1502.2.2 温度误差及其补偿温度误差及其补偿 (3)热热敏敏电电阻阻灵灵敏敏度度温温漂漂补补偿偿法法 如如图图所所示示，用负温度系数的热敏电阻进行补偿。用负温度系数的热敏电阻进行补偿。1512.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 由由于于固固态态压压阻阻式式传传感感器器具具有有频频率率响响应应高高、体体积积小小、精精度度高高、灵灵敏敏度度高高等等优优点点，所所以以它它在在航航空空、航航海海、石石油油、化化工工、动动力力机机械械、兵兵器器工工业业以以及及医医学等方面得到了广

104、泛的应用。学等方面得到了广泛的应用。 在在机机械械工工业业中中，可可用用于于测测量量冷冷冻冻机机、空空调调机机、空空气气压压缩缩机机的的压压力力和和气气流流流流速速，以以监监测测机机器器的的工工作状态。作状态。 在在航航空空工工业业上上，用用来来测测量量飞飞机机发发动动机机的的中中心心压力。压力。1522.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 在在兵兵器器工工业业上上，可可用用来来测测量量枪枪炮炮膛膛内内的的压压力力，也可对爆炸压力及冲击波进行测量。也可对爆炸压力及冲击波进行测量。 它它还还广广泛泛用用于于医医疗疗事事业业中中，目目前前已已有有各各种种微微型型传传感感器器用用来来测测量量心

105、心血血管管、颅颅内内、尿尿道道、眼眼球球内内的压力。的压力。 随随着着微微电电子子技技术术以以及及电电子子计计算算机机的的发发展展，其其应用将会越采越广泛。应用将会越采越广泛。1532.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例压阻式传感器压阻式传感器硅压阻式压力传感器硅压阻式压力传感器HB2120系列硅压阻传感器敏感芯体系列硅压阻传感器敏感芯体1542.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 1. .压阻式压力传感器压阻式压力传感器 传传感感器器硅硅膜膜片片两两边边有有两两个个压压力力腔腔。一一个个是是和和被被测测压压力力相相连连接接的的高高压压腔腔，另另一一个个是是低低压压腔腔，通通常和大

106、气相通。常和大气相通。1552.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 当当膜膜片片两两边边存存在在压压力力差差时时，膜膜片片上上各各点点存存在在应应力力。膜膜片片上上的的四四个个电电阻阻在在应应力力作作用用下下，阻阻值值发发生生变变化化，电电桥桥失失去去平平衡衡，其其输输出出的的电电压压与与膜膜片片两两边边压压力力差成正比。差成正比。 其其核核心心部部分分是是一一块块沿沿某某晶晶向向切切割割的的N型型圆圆形形硅硅膜膜片片，在在膜膜片片上上扩扩散散四四个个P型型电电阻阻。圆圆形形硅硅膜膜片片的的晶向为晶向为即铅垂线方向。即铅垂线方向。1562.2.3 压阻式传感器举例 在在压压力力P作作用用

107、下下，膜膜片片上上各各点点的的径径向向应应力力s sr和和切切向向应力应力s st可用下列两式表示：可用下列两式表示：将将m m=0.35代代入入式式(2.37)可可得得，膜膜片片式式压压力力传传感感器器中中当当x/ /r=0.635时，径向应力时，径向应力s sr为零值。为零值。1572.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 四四个个电电阻阻沿沿晶晶向向分分别别在在x=0.635r的的内内外外排排列列，如如图图所所示示。在在0.635r之之内内侧侧的的电电阻阻承承受受的的s sr为为正正值值，即即拉拉应应力力，外外侧侧的的电电阻阻承承受受的的s sr是是负负值值，即即压应力。压应力。15

108、82.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例由于由于晶向的横向为晶向的横向为，因此，因此 xyz1-1111592.2.3 压阻式传感器举例代入代入1602.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例所以所以式中式中 、 内、外电阻上所承受径向应力内、外电阻上所承受径向应力的平均值。的平均值。 1612.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 设设 计计 时时 ， 要要 正正 确确 地地 选选 择择 电电 阻阻 的的 径径 向向 位位 置置 ， 使使 ，因而使内外电阻变化率大小相等，符号相反。，因而使内外电阻变化率大小相等，符号相反。其中其中e er max膜片边缘允许的最大径向应变。膜片边

109、缘允许的最大径向应变。 为为了了保保证证较较好好的的测测量量线线性性度度，要要控控制制膜膜片片边边缘缘处处径径向向应应变变e er的的变变化化范范围围在在400500meme之之间间。而而由式由式(2.39)可得膜片厚度为可得膜片厚度为1622.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 压压阻阻式式压压力力传传感感器器由由于于弹弹性性元元件件与与变变换换元元件件一一体体化化，尺尺寸寸小小，其其固固有有频频率率很很高高，故故可可以以测测频频率率范范围围很很宽宽的的脉脉动动压力。固有频率可按下式计算：压力。固有频率可按下式计算：式中式中 r r硅片的密度硅片的密度(kg/ /m3)。1632.2.

110、3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例MPM388压阻式压力传感器压阻式压力传感器1642.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 2. .压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器 压压阻阻式式加加速速度度传传感感器器采采用用硅硅悬悬臂臂梁梁结结构构。在在硅硅悬悬臂臂梁梁的的自自由由端端装装有有质质量量块块，在在梁梁的的根根部部，扩扩散四个性能一致的电阻。散四个性能一致的电阻。1-基座；2-扩散电阻；3-质量块；4-硅梁41231652.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 为为了了保保证证传传感感器器输输出出有有较较好好的的线线性性度度，悬悬臂臂梁梁根根部部的的应应变变范范围围在在40050

111、0meme之之间间，可可由由下下式式计算：计算：式中式中 m质量块质量；质量块质量； l梁的长度；梁的长度； b梁的宽度；梁的宽度； h梁的高度；梁的高度； a被测加速度被测加速度。1662.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 压阻式加速度传感器测量振动加速度时，固有压阻式加速度传感器测量振动加速度时，固有频率应按下式计算：频率应按下式计算： 在在设设计计时时，恰恰当当地地选选择择传传感感器器尺尺寸寸及及阻阻尼尼系系数，则可用来测量低频加速度与直线加速度。数，则可用来测量低频加速度与直线加速度。1672.2.3 压阻式传感器举例压阻式传感器举例 例例如如图图示示一一量量程程为为100m/

112、 /s2的的加加速速度度传传感感器器，其其参参数数为为：l=1cm，b=0.3cm，h=0.015cm，质质量量块块m=0.76g，固固有有频频率率f0=100Hz。当当使使用用6V的的恒恒压压源源供供 电电 时时 ， 满满 量量 程程 输输 出出 为为 60mV； 其其 体体 积积 约约 为为5512mm3；重量只有；重量只有1.5g。168教学内容提要教学内容提要一、电阻应变式传感器一、电阻应变式传感器 1、电阻应变片的基本原理与结构；、电阻应变片的基本原理与结构；2、电阻应变片的主要参数及工作特性；、电阻应变片的主要参数及工作特性；3、电阻应变片的测量电路；、电阻应变片的测量电路；4、电

113、阻应变式传感器的应用。、电阻应变式传感器的应用。二、压阻式传感器二、压阻式传感器 1、压阻式传感器的基本工作原理；、压阻式传感器的基本工作原理；2、压阻式传感器的温度误差及补偿；、压阻式传感器的温度误差及补偿；3、压阻式传感器的应用。、压阻式传感器的应用。169重点掌握重点掌握电阻应变片的基本原理；电阻应变片的基本原理；电阻应变片的温度特性及补偿；电阻应变片的温度特性及补偿；电阻应变片的测量电路；电阻应变片的测量电路；压阻式传感器的基本工作原理。压阻式传感器的基本工作原理。 170第第2章作业章作业2.5，2.6，2.9，2.10，2.13171下一章：下一章：电感式传感器电感式传感器172预

114、习思考题：预习思考题：线圈的电感和那些因素有关？如何改线圈的电感和那些因素有关？如何改变线圈的电感？变线圈的电感？173第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 电电感感式式传传感感器器是是建建立立在在电电磁磁感感应应基基础础上上，利利用用线线圈圈自自感感或或互互感感的的改改变变来来实实现现测测量量的的一一种种装装置置。它它可可对对直直线线位位移移和和角角位位移移进进行行直直接接测测量量，也也可可通通过过一一定定的的敏敏感感元元件件把把振振动动、压压力力、应应变变、流流量量等等转转换换成成位位移移量量而而进进行行测测量量。通通常常可可由由下下列列方方法法使使线线圈圈的的电电感变化感变化 (1)

115、(1)改变几何形状；改变几何形状； (2)(2)改变磁路的磁阻；改变磁路的磁阻； (3)(3)改变磁芯材料的导磁率；改变磁芯材料的导磁率； (4)(4)改改变变一一组组线线圈圈的的两两部部分分或或几几部部分分间间的的耦耦合合度。度。174175第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器电感式传感器分类电感式传感器分类电感式传感电感式传感器器自感自感型型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感互感型型压磁式传感压磁式传感器器差动变压差动变压器器感应同步感应同步器器176第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器的优点电感式传感器的优点 1.1.结构简单结构简单 工工作作中中没没有有活活动动

116、电电接接触触点点，因因而而比比电电位位器器工作可靠，寿命长。工作可靠，寿命长。 2.2.灵敏度高，分辨力大灵敏度高，分辨力大 能能测测出出0.1m甚甚至至更更小小的的机机械械位位移移变变化化，能能感受小至感受小至0.1角秒的微小角度变化。角秒的微小角度变化。 传传感感器器的的输输出出信信号号强强，电电压压灵灵敏敏度度一一般般每每毫毫米米可可达达数数百百毫毫伏伏，因因此此有有利利于于信信号号的的传传输输与与放大。放大。177第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 3.3.重复性好，线性度优良重复性好，线性度优良 在在一一定定位位移移范范围围内内( (最最小小几几十十微微米米，最最大大数数十十甚

117、甚至至数数百百毫毫米米) )输输出出特特性性的的线线性性度度好好，并并且且比比较较稳稳定定，高高精精度度的的变变磁磁阻阻式式传传感感器器，非非线线性性误误差差仅仅0.1%。 4. 4. 输输出出功功率率大大、输输出出阻阻抗抗小小、抗抗干干扰扰能能力力强强、对工作环境要求不高。对工作环境要求不高。 电感式传感器的缺点：电感式传感器的缺点： 频频率率响响应应差差，不不宜宜于于快快速速动动态态测测量量，并并存存在在交交流零位信号。流零位信号。178第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器磁路与电路的对比磁路与电路的对比电路电路电动势电动势E电流电流I电导率电导率s s = 1 1/r/r电阻电阻R

118、= l/(/(s sS) )电位降落电位降落RI磁路磁路磁动势磁动势Em=NI磁通磁通f f磁导率磁导率m m = = m m0m mr磁阻磁阻Rm = l/(/(m m0m mrS) )磁位降落磁位降落 Rmf f179第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 3.5 应用举例应用举例1803.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 自自感感式式传传感感器器实实质质上上是是一一个个带带气气隙隙的的铁铁心心

119、和和线线圈圈。按按磁磁路路几几何何参参数数变变化化形形式式的的不不同同，目目前前常常用用的的有有变变气气隙隙型型、变变面面积积型型与与螺螺管管型型三三种种；按按磁磁路路的的结结构构型型式式又又有有型型、E型型或或螺螺管管型型等等等等；按组成方式分，有单一式与差动式两种。按组成方式分，有单一式与差动式两种。1813.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 3

120、.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压1823.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 1.1.工作原理工作原理 当衔铁上下移动时，当衔铁上下移动时，磁路中气隙的磁阻发生磁路中气隙的磁阻发生变化，从而引起线圈自变化，从而引起线圈自感的变化，这种变化与感的变化，这种变化与气隙大小相对应。只要气隙大小相对应。只要能测出自感量的变化，能测出自感量的变化，就能判定位移量的大小。就能判定位移量的大小。1833.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理1843.1.1 3.1.1 自感式传感

121、器的工作原理自感式传感器的工作原理 2.2.自感的计算及特性分析自感的计算及特性分析 (1)(1)自自感感的的计计算算 根根据据电电感感的的定定义义，线线圈圈的的电感量可由下式确定电感量可由下式确定所以所以另有另有1853.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 假假设设：铁铁心心磁磁路路中中的的磁磁滞滞及及涡涡流流损损耗耗不不计计；不不考考虑虑集集肤肤效效应应及及边边缘缘效效应应，认认为为铁铁心心中中和和气气隙隙中中磁磁场场是是均均匀匀分分布布的的，同同时时忽忽略略绕绕组组的的漏漏磁磁。则则总总磁阻为磁阻为导导磁磁率率m m=m m0m mr，m mr为为相相对对导

122、导磁磁率率。空空气气相相对对导导磁磁率率1。S为为空气隙的截面积。空气隙的截面积。1863.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理由于由于m m1 、m m2 m m0，所以，所以所以所以1873.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 (2)(2)自自感感的的特特性性分分析析 由由式式(3. .3)可可作作出出特特性性曲曲线线。传传感感器器的的初初始始气气隙隙记记作作d d0，衔衔铁铁的的位位移移量量即即气气隙隙变变化化量量记记作作D Dd d，与与之之相相对对应应的的自自感感变变化化量量记记作作D DL1(或或D DL2)，衔铁处于起始位

123、置时的电感值为，衔铁处于起始位置时的电感值为 1883.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 当当衔衔铁铁上上移移D Dd d时时，传传感感器器气气隙隙减减小小D Dd d，即即d d=d d0- -D Dd d，则此时电感为，则此时电感为当当D Dd d / /d d 01时，可将上式展开成级数形式时，可将上式展开成级数形式1893.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 由由上上式式可可求求得得电电感感增增量量D DL1和和相相对对增增量量D DL1/ /L0的表达式为的表达式为1903.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式

124、传感器的工作原理D DL1和和D Dd d的关系是非线性的，减少非线性的方法的关系是非线性的，减少非线性的方法 减少减少D Dd d ，但测量范围也减少；，但测量范围也减少； 增加增加d d0 ，但灵敏度降低。，但灵敏度降低。仅取线性项，得仅取线性项，得( (相对相对) )灵敏度为灵敏度为1913.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 当当d d0增增加加时时，灵灵敏敏度度下下降降。由由此此可可见见，变变间间隙隙式式电电感感传传感感器器的的非非线线性性与与测测量量范范围围和和灵灵敏敏度度相相矛矛盾盾。所所以以变变间间隙隙式式电电感感传传感感器器一一般般用用于于测测量

125、量微微小小位位移移，通常取通常取D Dd d/ /d d0 =0.10.2。 为为了了减减小小非非线线性性误误差差，实实际际测测量量中中广广泛泛采采用用差差动变间隙式电感传感器。动变间隙式电感传感器。1923.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 当当衔衔铁铁向向上上移移动动D Dd d时时，上上面面线线圈圈的的电电感感L1由由式式(3.6)给给出出，下下面面线线圈圈的的电电感则为感则为1933.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 在在差差动动使使用用时时，两两个个电电感感线线圈圈接接成成交交流流电电桥桥的的相相邻邻桥桥臂臂，另另两两个

126、个桥桥臂臂由由电电阻阻组组成成，电电桥桥输输出出电电压压与与D DL有关。有关。 D DL的具体表达式为的具体表达式为仅取线性项，得仅取线性项，得1943.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理灵敏度为灵敏度为与单线圈变间隙式电感传感器相比与单线圈变间隙式电感传感器相比 灵敏度高一倍。灵敏度高一倍。 线性度得到明显改善。线性度得到明显改善。 为为了了使使输输出出特特性性得得到到有有效效改改善善，构构成成差差动动的的两两个个变变间间隙隙式式电电感感传传感感器器在在结结构构尺尺寸寸、材材料料、电电气气参参数等方面均应完全一致。数等方面均应完全一致。1953.1 3.1 自

127、感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压1963.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 变变面面积积型型自自感感传传感感器器如如图图所所示示。其其气气隙隙长长度度d d保保持持不不变变，令令磁磁通通截截面面积积随随被被测测量量而而变变( (衔衔铁

128、铁水水平平方向移动方向移动) )，即构成变面积型自感传感器。，即构成变面积型自感传感器。1973.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器由式由式(3.3)(3.3)得得 可可见见，变变面面积积型型传传感感器器在在忽忽略略气气隙隙磁磁通通边边缘缘效效应应的的条条件件下下，输输出出特特性性呈呈线线牲牲，因因此此可可望望得得到到较较大大的的线线性性范范围围。与与变变气气隙隙型型相相比比较较，其其灵灵敏敏度度较较低低。欲欲提提高高灵灵敏敏度度，需需减减小小气气隙隙长长度度d d和和增增加加线线圈圈匝匝数数N，但但同同样样受受到到工工艺艺和和结结构构的的限限制制，气气隙隙长长度度d d

129、的的选选取与变气隙型相同。取与变气隙型相同。1983.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压1993.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 研研究究其其等等效效电电路路的的目目的的是是为为了了分分析析铁铁心心线线圈圈的的电电气气参参数数及及它它们们对

130、对线线圈圈特特性性的的影影响响，对对了了解解与与分分析析变变磁磁阻阻式式传传感感器器以以及及选选择择传传感感器器参参数数有有帮帮助助。将传感器线圈等效成图示电路。将传感器线圈等效成图示电路。Rc 线圈的铜耗电阻。线圈的铜耗电阻。Rv 涡流损耗电阻。涡流损耗电阻。Rh 磁滞损耗电阻。磁滞损耗电阻。C 线圈匝间电容和电缆分布电容。线圈匝间电容和电缆分布电容。 RcRhRvLC2003.1.3 3.1.3 等效电路等效电路(1)线圈的品质因数线圈的品质因数Q为为 (2)(2)铜铜损损电电阻阻 设设导导线线直直径径为为d、电电阻阻率率为为r r、线线圈圈匝匝数数为为N，平平均均匝匝长长为为l，当当忽忽

131、略略导导线线趋趋肤肤效效应应与与邻邻近近效应时，线圈电阻为效应时，线圈电阻为2013.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 (3)(3)涡涡流流损损耗耗电电阻阻 涡涡流流损损耗耗电电阻阻Rv是是因因为为频频率率为为f的的交交变变电电流流激激励励产产生生的的交交变变磁磁场场，会会在在线线圈圈铁铁心心中中造造成成涡涡流流损损耗耗。根根据据经经典典的的涡涡流流损损耗耗计计算算公公式式知知，为为降降低低涡涡流流损损耗耗，叠叠片片式式铁铁心心的的片片厚厚应应薄薄；高高电电阻阻率率有有利利于于损损耗耗的的下下降降，而而高高磁磁导导率率却却会会使使涡涡流损耗增加。流损耗增加。 (4)(4)磁磁滞滞损损耗耗电

132、电阻阻 磁磁滞滞损损耗耗电电阻阻Rh是是因因为为铁铁磁磁物物质质在在交交变变磁磁化化时时，磁磁分分子子来来回回翻翻转转需需要要克克服服阻阻力，类似摩擦生热的能量损耗。力，类似摩擦生热的能量损耗。2023.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 (5)(5)并并联联寄寄生生电电容容 主主要要由由线线圈圈绕绕组组的的固固有有电电容与电缆分布电容所构成。容与电缆分布电容所构成。 为为便便于于分分析析，先先不不考考虑虑寄寄生生电电容容C，并并将将等等效效电电路路中中的的线线圈圈电电感感与与并并联联铁铁损损电电阻阻(Re=Rh/Rv)等效为串联铁损电阻等效为串联铁损电阻Re与串联电感与串联电感L的等效电路

133、。的等效电路。2033.1.3 3.1.3 等效电路等效电路根据根据得得 上上式式表表明明，铁铁损损的的串串联联等等效效电电阻阻Re与与L有有关关。因因此此，当当被被测测非非电电量量的的变变化化引引起起线线圈圈电电感感量量改改变变时时，其其电电阻阻值值亦亦发发生生不不希希望望有有的的变变化化。要要减减少少这这种种附附加加电电阻阻变变化化的的影影响响，比比值值Re/ /(w wL)应应尽尽量量小小，以以使使Re1时，时，1/ /Q2可以忽略，上式可简化为可以忽略，上式可简化为2053.1.3 3.1.3 等效电路等效电路写成写成下降了。下降了。电感的相对变化为电感的相对变化为增加了。增加了。则则

134、RS和和LS相相对对于于R和和L都都增增加加了了。而而有有效效品品质质因因数数为为2063.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 由由此此可可知知，并并联联电电容容C的的存存在在，使使有有效效串串联联损损耗耗电电阻阻与与有有效效电电感感均均增增加加，有有效效Q值值下下降降并并引引起起电电感感的的相相对对变变化化增增加加，即即灵灵敏敏度度提提高高。因因此此，从从原原理理而而言言，按按规规定定电电缆缆校校准准好好的的仪仪器器，如如更更换换了了电电缆缆，则则应应重重新新校校准准或或采采用用并并联联电电容容加加以以调调整整。实实际际使使用用中中因因大大多多数数变变磁磁阻阻式式传传感感器器工工作作在在较

135、较低低的的激激励励频频率率下下(f10kHz)，上上述述影影响响常常可可忽忽略略，但但对对于于工工作作在在较较高高激激励励频频率率下下的的传传感感器器(如如反反射射式式涡涡流流传传感感器器)，上上述述影影响响必必须须引引起起充分重视。充分重视。2073.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 例例3.1 图图3.5所所示示为为变变气气隙隙型型电电感感式式传传感感器器，衔衔铁铁截截面面积积S=4mm4mm，气气隙隙总总长长度度ld d=0.8mm，衔衔铁铁最最大大位位移移D Dld d=0.08mm，激激励励线线圈圈匝匝数数N=2500匝匝，导导线线直直径径d=0.06mm，电电阻阻率率r r=1

136、.7510- -6W Wcm。当当激激励励电电源源频频率率f=4000Hz时时，忽忽略略漏漏磁磁及及铁铁损损，计计算算：线线圈圈电电感感值值；电电感感的的最最大大变变化化量量；当当线线圈圈外外截截面面积积为为11mm11mm时时，求求其其直直流流电电阻阻值值；线线圈圈的的品品质质因因数数；当当线线圈圈存存在在200pF分分布布电电容容与与之之并并联联后后其其等等效效电电感变化多大？感变化多大？1ld d/ /2 2x23208图图3.5123ld/2x和图3.1的区别：dld/2，所以：209解解：由由图图可可知知变变气气隙隙型型电电感感的的计计算算公公式式为为210所以当衔铁最大位移变化所以

137、当衔铁最大位移变化0.08mm时相应电感变化量时相应电感变化量L=L2-L1=196-131=65mH。当衔铁最大位移当衔铁最大位移l=0.08mm时，分别计算时，分别计算l = +0.08mm时的电感值时的电感值L1l = -0.08mm时的电感值时的电感值L2211线圈直流电阻线圈直流电阻式中式中lCP为线圈平均每匝长度。根据铁心截面为线圈平均每匝长度。根据铁心截面44mm2及及线圈外截面线圈外截面1111mm2取平均值，按截面为取平均值，按截面为7.57.5mm2计算每匝总长计算每匝总长lCP=47.5=30mm。212线圈品质因数线圈品质因数当线圈存在分布电容当线圈存在分布电容C=20

138、0pF时引起电感变化可按时引起电感变化可按下式计算下式计算 2133.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压2143.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 螺螺管管型型自自感感传传感感器器由由线线圈圈、衔衔铁铁和和磁磁性性套套筒筒组组

139、成成。随随着着衔衔铁铁插插入入线线圈圈深深度度的的不不同同将将引引起起线线圈圈漏漏磁磁路路径径中中磁磁阻阻变变化化，从从而而使使线线圈圈的的电电感感发发生生变变化。化。 D DxrDra衔衔铁铁磁性磁性套筒套筒线圈线圈xlla2153.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 螺螺管管型型自自感感传传感感器器属属大大气气隙隙型型传传感感器器。磁磁通通由由沿沿轴轴向向贯贯穿穿整整个个线线圈圈后后闭闭合合的的主主磁磁通通f fm和和经经过过圆圆柱柱形形磁磁心心侧侧面面气气隙隙闭闭合合的的侧侧磁磁通通f fs(又又称称漏漏磁磁通通)两两部部分分组组成成。因因气气隙隙较较大大，故故磁磁性性

140、材材料料的的磁磁阻阻可可忽忽略略不不计。计。2163.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 (1)(1)主主磁磁通通 设设衔衔铁铁处处于于图图示示位位置置。这这时时，线线圈圈电流电流I产生的主磁通和主磁链分别为产生的主磁通和主磁链分别为式中式中R为磁通作用半径。为磁通作用半径。D DxrDra衔衔铁铁磁磁性性套套筒筒线圈线圈xlla2173.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 磁磁通通作作用用半半径径R由由磁磁心心半半径径ra和和端端部部空空气气隙隙d d=l- -la的的大大小小决决定定，R=(1+a a)ra，a a为为修修正正系系数数，可由图示曲线查得。

141、可由图示曲线查得。d d=l- -la2183.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 (2)(2)侧侧磁磁通通 侧侧磁磁通通f fs通通过过衔衔铁铁侧侧面面与与线线圈圈交交链链。交交链链部部分分只只是是衔衔铁铁侧侧面面遮遮盖盖部部分分的的线线圈圈。在在线线圈圈的的轴轴向向不不同同位位置置处处，磁磁动动势势INx是是不不同同的的，且且交交链链到到的的线线圈圈匝匝数数也也不不一一样样。离离线线圈圈端端面面x处处的的磁磁动势为动势为 根根据据两两同同心心圆圆柱柱面面磁磁极极间间的的磁磁导导计计算算公公式式，可可得得半半径径为为ra的的衔衔铁铁与与内内径径为为D的的磁磁性性套套筒筒间间

142、的的比比磁导磁导(单位长度的磁导单位长度的磁导)为为2193.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 于于是是，微微分分单单元元磁磁导导为为l ldx，x处处的的微微分分单单元元磁磁通通为为df fx=Fxl ldx 。此此微微分分单单元元磁磁通通交交链链的的线线圈圈匝匝数为数为Nx=Nx/ /l，故微分单元磁链为，故微分单元磁链为整个线圈的侧磁链为整个线圈的侧磁链为2203.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器总磁链为总磁链为由此可得线圈的电感为由此可得线圈的电感为 由由于于传传感感器器轴轴向向气气隙隙较较大大，存存在在磁磁通通边边缘缘效效应应，故故可可认认为为

143、在在衔衔铁铁移移动动的的一一定定范范围围内内主主磁磁通通近近似似不不变变，即即街街铁位移仅引起侧磁通变化。传感器的灵敏度为铁位移仅引起侧磁通变化。传感器的灵敏度为式中，式中，Ls=Y Ys/ /I= =N2l lla3/ /(3l l2)，为侧磁链引起的电感。，为侧磁链引起的电感。2213.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 螺螺管管式式自自感感传传感感器器与与前前两两种种传传感感器器相相比比有有以以下下特特点点 (1)由由于于空空气气隙隙大大，磁磁路路磁磁阻阻大大，故故灵灵敏敏度度较较前前两两种种低低，欲欲提提高高灵灵敏敏度度，可可提提高高ra/ /r、la/ /l及及增增

144、加加匝匝数数，但但前前者者受受结结构构与与非非线线性性限限制制，后后者者受受稳稳定性限制。定性限制。 (2)从从磁磁通通分分布布看看，只只要要满满足足主主磁磁通通不不变变与与线线圈圈绕绕组组排排列列均均匀匀的的条条件件，可可望望得得到到较较大大的的线线性性范范围。围。2223.1.4 螺管型自感传感器2233.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 3.1

145、.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压2243.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 1.1.变压器电桥变压器电桥 Z1、Z2为为差差动动传传感感器器两两线线圈圈的的阻阻抗抗，另另两两臂臂为为电源变压器次级线圈。输出空载电压为电源变压器次级线圈。输出空载电压为Z1U/ /2U/ /2UoUZ2+-+2253.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 初初始始时时电电桥桥处处于于平平衡衡状状态态，Z1=Z2=Z0，输输出出为为零零。当铁心偏离平衡位置时，当铁心偏离平衡位置时，Z1=Z0+D+DZ，Z2=Z0-D-DZ，则，则 当当传传感感

146、器器铁铁心心的的移移动动方方向向改改变变时时，输输出出电电压压的的相相位随之反相，由此可判别衔铁移动的方向。位随之反相，由此可判别衔铁移动的方向。 整流后的输出为整流后的输出为2263.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 因因为为线线圈圈的的阻阻抗抗变变化化| |D DZ| |是是由由于于损损耗耗电电阻阻变变化化D DR及感抗变化及感抗变化w wD DL引起，即引起，即将将| |D DZ| |的表达式代入前面式子，并考虑到的表达式代入前面式子，并考虑到Q=w wL/ /R，得，得2273.1.5 3.1.5 测量电路测量电路当当Q值选得很高时，式值选得很高时，式(3.23)可写成下式可写成下

147、式 变变压压器器电电桥桥使使用用元元件件少少，输输出出阻阻抗抗小小( (变变压压器器次次级级线线圈圈的的阻阻抗抗可可忽忽略略，输输出出阻阻抗抗为为传传感感器器两两线圈阻抗的并联线圈阻抗的并联) )，因而获得了广泛应用，因而获得了广泛应用。2283.1.5 3.1.5 测量电路测量电路特性曲线如图所示。特性曲线如图所示。2293.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 2.2.调幅电路调幅电路 传传感感器器电电感感L与与一一个个固固定定电电容容C和和一一个个变变压压器器T串串联联在在一一起起，接接入入外外接接电电源源U后后，变变压压器器的的二二次次线线圈圈将将有有电电压压Uo输输出出，输输出出电电

148、压压的的频频率率将将与与电电源源频率相同，幅度随频率相同，幅度随L变化。变化。 这种电路灵敏这种电路灵敏度很高，但线性较度很高，但线性较差。差。 (a)CLUTUoUoOLL0(b)2303.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 3.3.调频电路调频电路 一一般般是是把把传传感感器器电电感感L和和一一个个固固定定电电容容C接接入入一一个个振荡回路中。图中振荡回路中。图中G表示振荡回路，其振荡频率为表示振荡回路，其振荡频率为当当L变变化化时时，振振荡荡频频率率随随之之变变化化，根根据据f的的大大小小即即可可测测出出被被测测量量之之值。值。2313.1.5 3.1.5 测量电路测量电路当当L有了微

149、小改变有了微小改变D DL后，频率变化后，频率变化D Df为为由由于于f和和L之之间间存存在在严严重重非非线线性性关关系系，要要求求后后续续电电路路作作适适当当处处理理。调调频频电电路路只只有有在在f 较较大大的的情情况况下才能达到较高精度。下才能达到较高精度。2323.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 4.4.调相电路调相电路 左左图图是是一一个个相相位位电电桥桥，一一臂臂为为传传感感器器L，另另一一臂臂为为固固定定电电阻阻R。设设计计时时，使使电电感感线线圈圈具具有有高高的的品品质质因因数数，忽忽略略其其损损耗耗电电阻阻，线线圈圈可可看看作作一一个个纯纯电电感感。则则电电感感线线圈圈上

150、上的的压压降降向向量量与与固固定定电电阻阻上上的的压压降降向向量量互互相相垂垂直直，如右图所示。如右图所示。LU/ /2UoU/ /2RUURUoAOBa aj jCUL2333.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 当当L改改变变时时， 的的值值随随之之变变化化，C点点的的轨轨迹迹是是以以AB为为直直径径的的半半圆圆，连连接接OC，则则向向量量OC为为调调相相电电路路输输出出电电压压 ，显显然然OC幅幅值值是是不不变变的的，而而其其相相位位为为j j与与L之之间间的的关关系系如如下下图图所所示示。可得可得j jL0p pURUoAOBa aj jCULU2343.1 3.1 自感式传感器自感

151、式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器 3.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压2353.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 当当电电感感传传感感器器的的衔衔铁铁位位于于初初始始平平衡衡位位置置时时，测测量量电电桥桥的的输输出出理理论论上上应应为为零零，但但实实际际上上总总存存在在

152、零零位位不不平平衡衡电电压压输输出出，从从而而造造成成零零位位误误差差。这这个个零零位位时时输输出出的的最最小小电电压压称称作作零零位位残残余余电电压压，并并用用e0表示。表示。236自感式传感器的零位残余电压xVe0零位残余电零位残余电压压02373.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 左左图图是是从从示示波波器器上上观观察察到到的的零零位位残残余余电电压压的的波波形形，是是由由很很多多幅幅值值和和频频率率互互不不相相同同的的谐谐波波组组成成的的。基基波波包包括括与与电电源源电电压压同同相相的的同同相相分分量量及及与与电电源源电电压压正正交交的的正正交交

153、分分量量(通通常常是是主主要要的的)。高高次次谐谐波波中中主主要要有有偶偶次次谐谐波波和三次谐波。另外还有幅值较小的外界电磁干扰波。和三次谐波。另外还有幅值较小的外界电磁干扰波。 Ote0U基波同相分量基波同相分量偶次谐偶次谐波波三次谐三次谐波波电磁干扰电磁干扰波波t0基波正基波正交分量交分量238零位残余电压的影响1 1、零位误差；、零位误差；2 2、灵敏度、线性下降；、灵敏度、线性下降；3 3、误动作；、误动作；4 4、放大器饱和。、放大器饱和。Ote0U2393.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 1.1.产生零位残余电压的原因产生零位残余电压的原因

154、 差差动动式式电电感感传传感感器器的的电电气气参参数数及及结结构构尺尺寸寸不可能完全对称；不可能完全对称； 传感器具有铁损，即磁化曲线的非线性；传感器具有铁损，即磁化曲线的非线性； 电源电压中含有高次谐波；电源电压中含有高次谐波； 线线圈圈具具有有寄寄生生电电容容，线线圈圈与与外外壳壳、铁铁心心间间有分布电容。有分布电容。2403.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 2.2.减小零位残余电压的措施减小零位残余电压的措施 衔衔铁铁、骨骨架架等等零零件件应应保保证证足足够够的的加加工工精精度度，两两线线圈圈绕绕制制要要一一致致，必必要要时时可可选选配配线线圈圈

155、。保保证证电电、磁、几何对称。磁、几何对称。 减小电源中谐波成分。减小电源中谐波成分。 减减小小电电感感传传感感器器的的励励磁磁电电流流，使使之之工工作作在在磁化曲线的线性段。磁化曲线的线性段。 注意利用外壳进行电磁屏蔽。注意利用外壳进行电磁屏蔽。 采用电路措施来减小零位电压。采用电路措施来减小零位电压。2413.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 3.3.补偿电路补偿电路 如如图图所所示示，串串联联电电阻阻Ra用用来来消消除除基基波波同同相相分分量量；并并联联电电阻阻Rb用用来来消消除除高高次次谐谐波波分分量量；并并联联电电容容C用用来来消消除除基基波波

156、正正交交分分量量或或高高次次谐谐波波分分量量。为为了了制制造造与与调调节节方方便便，可可在在c、d间间加加接接一一电电位位器器Rw，利利用用Rw与与Ra的的差差值值对对基基波波正正交交分分量量进进行补偿。行补偿。aRbRaUobcdfeC2423.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压如图所示是一种实际补偿电路。如图所示是一种实际补偿电路。 UocdRw2433.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压 另另一一种种有有效效的的方方法法是是采采用用外外接接测测量量电电路路来来减减小小零零位位电电压压。如如相相敏敏检检波波电电路路

157、，它它能能有有效效地地消消除除基基波波正正交交分分量量与与偶偶次次谐谐波波分分量量，减减小小奇奇次次诣诣波波分分量，使传感器零位电压减至极小。量，使传感器零位电压减至极小。 此此外外还还可可采采用用磁磁路路调调节节机机构构( (如如可可调调端端盖盖) )保保证磁路的对称性，来减小零位电压。证磁路的对称性，来减小零位电压。2443.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.1.1 3.1.1 自感式传感器的工作原理自感式传感器的工作原理 3.1.2 3.1.2 变面积型自感传感器变面积型自感传感器 3.1.3 3.1.3 等效电路等效电路 3.1.4 3.1.4 螺管型自感传感器螺管型自感传感器

158、 3.1.5 3.1.5 测量电路测量电路 3.1.6 3.1.6 自感式传感器的零位残余电压自感式传感器的零位残余电压245第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 3.5 应用举例应用举例2463.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 3.2.3 测量电路测量电路24

159、73.2.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 差差动动变变压压器器式式传传感感器器是是一一种种常常用用的的互互感感式式传传感感器器，其其初初、次次级级线线圈圈互互感感随随衔衔铁铁位位移移变变化化而变化。而变化。 和和一一般般变变压压器器不不同同的的是是：后后者者一一般般为为闭闭合合磁磁路路，前前者者一一般般为为开开磁磁路路；后后者者初初、次次级级间间的的互互感感为为常常数数，前前者者初初、次次级级间间的的互互感感随随衔衔铁铁移移动动而而变变； 两两个个次次级级绕绕组组反反向向串串接接按按差差动方式工作，因此又称为差动变压器。动方式工作，因此又称为差动变压器。2483.2.1 3.2.

160、1 结构与工作原理结构与工作原理 差动变压器式传感器类型差动变压器式传感器类型 变变气气隙隙型型。灵灵敏敏度度较较高高，但但测测量量范范围围小小，一般用于测量几一般用于测量几m到几百到几百 m的位移。的位移。2493.2.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 变变面面积积型型。一一般般可可分分辨辨零零点点几几角角秒秒以以下的微小角位移，线性范围达下的微小角位移，线性范围达 10。2503.2.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 螺螺管管型型。可可测测量量几几mm到到1m的的位位移移，但但灵灵敏敏度度稍稍低低。其其示示值值范范围围大大，自自由由行行程程可可任意安排、制造装配也较

161、方便。任意安排、制造装配也较方便。2513.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 3.2.3 测量电路测量电路252253差动变压器差动变压器 1.1.工作原理工作原理: :互感现象互感现象EwEoutWW1W2Esx-x2542552563.2.2 螺管型差动变压器 1.1.结构特点结构特点 螺螺管管型型差差动动变变压压器器结结构构形形式式虽虽有有多多种种，但但不外乎包括线圈组件、铁心和衔铁三部分。不外乎包括线圈组件、铁心和衔铁三部分。 铁铁心心的的作作用用

162、是是提提供供闭闭合合回回路路、磁磁屏屏蔽蔽和和机机械械保保护护。活活动动衔衔铁铁和和铁铁心心用用同同种种材材料料制制造造，通通常常选选用用电电阻阻率率大大、导导磁磁率率高高、饱饱和和磁磁感感应应强强度度大的材料。大的材料。2573.2.2 螺管型差动变压器 线线圈圈组组件件由由初初、次次级级线线圈圈和和骨骨架架组组成成。线线圈圈通通常常用用高高强强度度漆漆包包线线密密绕绕而而成成。根根据据一一次次、二二次次线线圈圈排排列列形形式式不不同同，有有一一节节式式、二二节节式式、三三节节式式、四四节节式式和和五五节节式式等等形形式式。常常用用的的是是二二节节式式和和三三节节式式。骨骨架架通通常常采采用

163、用圆圆柱柱形形，对对其其材材料料的的要要求求是是：高高频频损损耗耗小小、抗抗潮潮湿湿、温度膨胀系数小。温度膨胀系数小。2583.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 2.2.输出特性分析输出特性分析 (1)等等效效电电路路 为为便便于于研研究究差差动动变变压压器器的的灵灵敏敏度度、温温度度特特性性、频频率率特特性性等等，可可忽忽略略铁铁损损、导导磁磁体磁阻和线圈间寄生电容，得等效电路如图所示。体磁阻和线圈间寄生电容，得等效电路如图所示。.U1L1R1MbMaE2bE2ar2ar2bL2aL2b.Uo.I1.2593.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器次级回路的

164、输出开路电压为次级回路的输出开路电压为即即令令t tp=L1/ /R1，代入上式可得差动变压器的输出特性，代入上式可得差动变压器的输出特性为为2603.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器(1)(1)铁心处于中间位置时，铁心处于中间位置时，Ma=Mb=M0，则，则Uo=0。(2)(2)铁心上升时，铁心上升时， Ma=M0+D+DM，Mb=M0-D-DM，得得(3)(3)铁心下降时，铁心下降时， Ma=M0-D-DM，Mb=M0+D+DM，得得2613.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器输出电压还可以写成输出电压还可以写成式式中中，Uo0为为铁铁心心处处于于中中

165、间间平平衡衡位位置置时时单单个个次次级级线线圈的感应电势。圈的感应电势。 2622633.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器要提高灵敏度可从以下几个途径着手要提高灵敏度可从以下几个途径着手 提提高高线线圈圈的的品品质质因因数数，为为此此可可增增大大差差动动变变压压器器的的尺尺寸寸，一般一般线圈长度线圈长度为直径的为直径的1.52.0倍为恰当。倍为恰当。 选择较高的激励频率。选择较高的激励频率。 增增大大铁铁心心直直径径，使使其其接接近近线线圈圈架架内内径径，但但不不触触及及线线圈圈架架。铁铁心心尽尽量量采采用用导导磁磁率率高高、铁铁损损小小、涡涡流流损损耗耗小小的的材材料料。

166、 在不使初级线圈发热的条件下，应尽量提高激励电压。在不使初级线圈发热的条件下，应尽量提高激励电压。(2)灵敏度灵敏度2643.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器(3)频率特性频率特性 根据式根据式(3.32) 当当激激励励频频率率很很低低时时，w wL1R1时时，灵灵敏敏度度与与频频率率无无关关，是一个常数。即是一个常数。即 当当w w继继续续增增加加到到某某一一数数值值(此此值值和和铁铁心心的的材材料料有有关关)，由于趋肤效应和铁损使灵敏度下降。，由于趋肤效应和铁损使灵敏度下降。 通通常常差差动动变变压压器器的的激激励励频频率率取取50Hz10kHz较较为为适当。适当。26

167、63.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 例例3.23.2 试试分分析析下下图图所所示示差差动动变变压压器器零零点点残残余余电压电压U0补偿电路原理，并画出向量图。补偿电路原理，并画出向量图。.e1.De21e22OABe22673.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 解解 补补偿偿前前，设设| |e21| | |e22| |，并并且且e21超超前前e22的的相相角角为为q q，此此时时可可采采用用如如图图所所示示的的补补偿偿方方法法，在在e21回路中串联电位器回路中串联电位器R与电容与电容C来调节。来调节。e1e22e21e2.DABRCO2683.2.2

168、 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器补偿前，零点残余电压补偿前，零点残余电压U0如图所示。如图所示。- -e22e21U0q q 加加入入补补偿偿电电阻阻R、补补偿偿电电容容C后后，电电阻阻上上电电压压eR与电容上电压与电容上电压eC的矢量和为的矢量和为e21，如图所示。，如图所示。2693.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 图图中中，S点点在在以以e21为为直直径径的的半半圆圆上上。调调节节R，可可改变改变S点的位置，但始终有点的位置，但始终有eR垂直于垂直于eC。- -e22e21U0q qeCeRS2703.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压

169、器 以以- -e22为为半半径径画画一一圆圆，与与上上述述半半圆圆必必定定有有一一交交点点。调调节节R，总总可可以以使使S点点与与上上述述交交点点重重合合，此此时时，|eC|=|e22|，即即使使eC与与e22之之间间有有相相位位差差，也也远远远远小小于于q q，eC与与- -e22的的矢矢量量和和也也远远远远小小于于U0。若若eC与与e22之之间间的的相相位位差差正正好好为为零零，则则零零点点残残余余电电压压完全消除。完全消除。- -e22e21U0q qeCeRS也也可可使使S点点在在- -e22的的反反向向延延长长线线上上2713.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2

170、.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 3.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 3.2.3 测量电路测量电路2723.2.3 3.2.3 测量电路测量电路 1.1.差动整流电路差动整流电路 这这种种电电路路是是把把差差动动变变压压器器的的两两个个线线圈圈电电压压分分别别整整流流，然然后后将将它它们们整整流流后后的的电电压压或或电电流流的的差差值值作为输出。作为输出。 这这种种电电路路简简单单，不不需需要要参参考考电电压压，不不用用考考虑虑相相位位调调整整和和零零位位电电压压的的影影响响，对对感感应应电电容容和和分分布布电电容容影影响响不不敏敏感感。此此外外

171、，由由于于经经差差动动整整流流后后变变成成直流输出，便于远距离输送，因此应用广泛。直流输出，便于远距离输送，因此应用广泛。2733.2.3 3.2.3 测量电路测量电路a(a)全波电流输出全波电流输出bmAa(b)半波电流输出半波电流输出bmA2743.2.3 3.2.3 测量电路测量电路+ +- -+ +- -a(c)全波电压输出全波电压输出bV+ +- - -+ +(d)半波电压输出半波电压输出abV2753.2.3 3.2.3 测量电路测量电路 2.2.差动相敏检波电路差动相敏检波电路 相相敏敏检检波波电电路路要要求求：参参考考电电压压与与差差动动变变压压器器次次级级输输出出电电压压频频

172、率率相相同同；相相位位相相同同或或相相反反，因因此此常常需需接接入入移移相相电电路路；为为了了提提高高检检波波效效率率，参参考考电电压压的的幅幅值值常常取取为为信信号号电电压压的的35倍倍。对对于于测测量量小小位位移移的的差差动动变变压压器器，若若输输出出信信号号过过小小，电电路中可接入放大器。路中可接入放大器。 若若正正位位移移时时参参考考电电压压与与差差动动变变压压器器次次级级输输出出电电压压相相位位相相同同，则则负负位位移移时时相相位位相相反反。两两种种情情况况下，电流方向相反，所以可判别位移方向。下，电流方向相反，所以可判别位移方向。2763.2.3 3.2.3 测量电路测量电路 二二

173、极极管管相相敏敏检检波波电电路路如如图图所所示示。u1为为差差动动变变压压器器输输出出电电压压，u2为为与与u1同同频频的的参参考考电电压压。且且u2u1，它它们们作作用用于于相相敏敏检检波波电电路路的的两两个个变变压压器器B1和和B2。u1与与u2同同相相时时，B1、B2输输出出电电压压的的参参考考方方向向如如图图所所示示。且且u1=u1、u2= u2。另假设二极管性能相同。另假设二极管性能相同。u1+ +- -B1+ +- -u1u1- -+ +D1D2D3D4MB2u2+ +- -+ +- - -+ +u2u22773.2.3 3.2.3 测量电路测量电路 (1)(1)当当u1=0时时。

174、由由于于u2的的作作用用，在在u2正正半半周周时时，D3、D4导导通通，D1、D2截截止止，电电流流i3、i4以以不不同同方方向向流流过过电电流流表表。已已知知u2=u2且且二二极极管管性性能能相相同同，所所以以i3=i4，流过电流表的实际电流为零。，流过电流表的实际电流为零。i3i4B2+ +B1D1D2D3D4Mu2+ +- - - -+ +u2u22783.2.3 3.2.3 测量电路测量电路 在在u2负负半半周周时时，D1、D2导导通通，D3、D4截截止止，电电流流i1、i2以以不不同同方方向向流流过过电电流流表表。仍仍然然有有i1=i2，流流过过电流表的实际电流仍然为零。电流表的实际

175、电流仍然为零。B1D1D2D3D4MB2u2+ +- -+ +- - -+ +u2u2i2i12793.2.3 3.2.3 测量电路测量电路 (2)(2)当当u10，但但与与u2同同相相时时。由由于于u2u1，在在u2正正半半周周时时，D3 、D4仍仍然然导导通通，D1、D2仍仍然然截截止止，电电流流i3、i4以以不不同同方方向向流流过过电电流流表表。但但此此时时作作用用在在D4两两端端的的电电压压为为u2+u1，而而作作用用在在D3两两端端的的电电压压为为u2- -u1= u2- -u1，所所以以i3u1，在在u2正正半半周周时时，D3、D4仍仍然然导导通通，D1、D2仍仍然然截截止止，电电

176、流流i3、i4以以不不同同方方向向流流过过电电流流表表。但但此此时时作作用用在在D4两两端端的的电电压压 为为 u2- -u1， 而而 作作 用用 在在 D3两两 端端 的的 电电 压压 为为u2+u1=u2+u1，所所以以i3i4，电电流流表表指指针针左左偏偏。同同理理，在在u2负半周时，电流表指针也左偏。负半周时，电流表指针也左偏。u1+ +- -B1+ +- -u1u1- -+ +D1D2D3D4MB2u2+ +- -+ +- - -+ +u2u2i4i32812823.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.2.1 3.2.1 结构与工作原理结构与工作原理 3.2.2 3

177、.2.2 螺管型差动变压器螺管型差动变压器 3.2.3 3.2.3 测量电路测量电路283第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 3.5 应用举例应用举例2843.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 电电涡涡流流式式传传感感器器是是20世世纪纪70年年代代发发展展起起来来的的新新型型传传感感器器，它它的的特特点点是是结结构构简简单单、灵灵敏敏度度高高、频频率率响响应应范范围围宽宽、还还可可对对一一

178、些些参参数数进进行行非非接接触触的的连续测量。连续测量。 电电涡涡流流式式传传感感器器主主要要分分为为高高频频反反射射式式和和低低频频透射式透射式两类。两类。2853.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器2863.3.1高频反射式涡流传感器1基本原理287电涡流的分布：电涡流的分布：2883.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 1.1.基本原理基本原理 高高频频交交变变电电流流产产生生交交变变磁磁场场，在在金金属属导导体体内内引引发发电电

179、涡涡流流。涡涡流流将将产产生生反反向向交交变变磁磁场场，从从而而导导致致线线圈圈的的电电感感量量、阻阻抗抗和和品品质质因因数数发发生生变变化化。这这些些参参数数变变化化与与导导体体的的几几何何形形状状、电电导导率率，磁磁导导率率、线线圈圈的的几几何何参参数数、电电源源的的频频率率以以及线圈到被测导体间的距离有关。及线圈到被测导体间的距离有关。I1U1H1H2I22893.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 2.2.等效电路等效电路 把把空空心心线线圈圈L(等等效效电电阻阻和和电电感感为为R1、L1)看看作作变变压压器器的的初初级级，金金属属导导体体中中涡涡流流回回路路

180、(等等效效电电阻阻和和电电感感为为R2、L2)看看作作变变压压器器次次级级，互互感感M为为其其间间的的联联系系，则则等等效效电电路路如如图图所所示示。根根据据基基尔尔霍霍夫夫定律得定律得 2903.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器解得解得由由上上式式可可看看出出线线圈圈受受到到金金属属导导体体影影响响后后的的等等效效阻阻抗为抗为线圈的等效电阻和等效电感分别为线圈的等效电阻和等效电感分别为线圈的等效品质因数线圈的等效品质因数Qeq为为2913.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 在在等等效效电电感感表表达达式式中中，第第一一项项L1与与磁磁效

181、效应应有有关关。若若金金属属导导体体为为非非磁磁性性材材料料，L1就就是是空空心心线线圈圈的的电电感感。当当金金属属导导体体是是磁磁性性材材料料时时，L1将将增增大大，且且随随线线圈圈与与金金属属体体之之间间的的距距离离x变变化化而而变变化化。第第二二项项与与涡涡流流效效应应有有关关，涡涡流流引引起起的的反反磁磁场场将将使使电电感减小，感减小，x越小，减小程度越大。越小，减小程度越大。2923.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 等等效效电电阻阻总总是是比比原原电电阻阻R1大大，这这是是因因为为涡涡流流损损耗耗、磁磁滞滞损损耗耗都都将将使使阻阻抗抗的的实实数数部部分分

182、增增加加。显显然然，金金属属导导体体的的导导电电性性能能和和线线圈圈与与导导体体的的距距离将直接影响阻抗实数部分的大小。离将直接影响阻抗实数部分的大小。2933.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 由由式式(3.41)、(3.42)、(3.43)可可知知，电电涡涡流流既既能能引引起起线线圈圈阻阻抗抗变变化化，也也能能引引起起线线圈圈电电感感和和线线圈圈Q值值变变化化。所所以以电电涡涡流流传传感感器器的的转转换换电电路路，其其作作用用在在于于将将Z、L、Q中中任任一一参参数数转转换换成成电电量量，从从而而达达到测量目的。到测量目的。2943.3.1 3.3.1 高频反射

183、式涡流传感器高频反射式涡流传感器 3.3.结构形式结构形式 高高频频反反射射式式涡涡流流传传感感器器的的结结构构很很简简单单，主主要要是是一一个个安安置置在在框框架架上上的的线线圈圈，线线圈圈可可绕绕成成一一扁扁平平圆圆形形，粘粘贴贴于于框框架架之之上上，也也可可在在框框架架上上开开一一条条槽槽，导导线线绕绕制制在在槽槽内内形形成成线线圈圈。对对导导线线、框框架架电电缆缆和和插插头头都都有有一一定的要求。定的要求。l线线圈圈；2框框架架；3框框架架衬衬套套；4支支座座；5电电缆缆；6插插头头295OD9000电涡流传感器296 线圈框架应采用损耗小、电性能好、热膨胀系数线圈框架应采用损耗小、电

184、性能好、热膨胀系数小的材料，常用高频陶瓷、聚酞亚胺、环氧玻璃小的材料，常用高频陶瓷、聚酞亚胺、环氧玻璃纤维、氮化硼和聚四氟乙烯等。由于激励频率较纤维、氮化硼和聚四氟乙烯等。由于激励频率较高，对所用电缆与插头也要充分重视。高，对所用电缆与插头也要充分重视。297分析表明，传感器线圈外径大分析表明，传感器线圈外径大时，线圈的磁场轴向分布范围时，线圈的磁场轴向分布范围大：但磁感应强度的变化梯度大：但磁感应强度的变化梯度小；线圈外径小时则相反。图小；线圈外径小时则相反。图示的内径与厚度相同，但外径示的内径与厚度相同，但外径不同的两个线圈轴向磁感应强不同的两个线圈轴向磁感应强度度Bp与轴向距离与轴向距离

185、x之间的关系。之间的关系。可见，线圈外径大，线性范围可见，线圈外径大，线性范围就大，但灵敏度低；反之，线就大，但灵敏度低；反之，线圈外径小，灵敏度高，但线性圈外径小，灵敏度高，但线性范围小。分析还表明：线圈内范围小。分析还表明：线圈内径和厚度的变化影响校小，仅径和厚度的变化影响校小，仅在线圈与导体接近时灵敏度稍在线圈与导体接近时灵敏度稍有变化。所以，有变化。所以，通常线圈做成通常线圈做成扁平的。扁平的。298为了使传感器小型化，也可在线圈内加磁心，以便在电感量相同的条件下，减少匝数，提高Q值。同时，加入磁心可以感受较弱的磁场变化，造成值变化增大而扩大测量范围299需要指出的是，由于电涡流传感器

186、是利用线圈与被测导体需要指出的是，由于电涡流传感器是利用线圈与被测导体之间的电磁耦合进行工作的，因而之间的电磁耦合进行工作的，因而被测导体作为被测导体作为“实际传实际传感器感器”的一部分，其材料的物理性质、尺寸与形状都与传的一部分，其材料的物理性质、尺寸与形状都与传感器特性密切相关感器特性密切相关。 首先，被测导体的电导率、磁导率对传感器的灵敏度首先，被测导体的电导率、磁导率对传感器的灵敏度有影响。一般说被测体的电导率越高，灵敏度也越高。有影响。一般说被测体的电导率越高，灵敏度也越高。磁导率则相反，当被测物为磁性体时，灵敏度较非磁性体磁导率则相反，当被测物为磁性体时，灵敏度较非磁性体低。而且被

187、测体若有剩磁，将影响测量结果，固此应子消低。而且被测体若有剩磁，将影响测量结果，固此应子消磁。磁。 若被测体表面有镀层，镀层的性质和厚度不均匀也若被测体表面有镀层，镀层的性质和厚度不均匀也将影响测量精度。当测量转动或移动的被测体时，这种不将影响测量精度。当测量转动或移动的被测体时，这种不均匀将形成干扰信号。尤其当激励频率较高，电涡流的贯均匀将形成干扰信号。尤其当激励频率较高，电涡流的贯穿深度减小时，这种不均匀干扰影响更加突出。穿深度减小时，这种不均匀干扰影响更加突出。300被测体的大小和形状也与灵敏度密切相关。从分析知，若被测体的大小和形状也与灵敏度密切相关。从分析知，若被测体为平面，在涡流环

188、的直径为线圈直径的被测体为平面，在涡流环的直径为线圈直径的1.8 1.8 倍处，倍处，电涡流密度已衰减为最大值的电涡流密度已衰减为最大值的5 5。为充分利用电涡流效。为充分利用电涡流效应，被测体环的直径不应小于线圈直径的应，被测体环的直径不应小于线圈直径的1.81.8倍。当被测倍。当被测体环的直径为线圈直径的一半时，灵敏度将减小一半，更体环的直径为线圈直径的一半时，灵敏度将减小一半，更小时，灵敏度下降更严重。小时，灵敏度下降更严重。 当被测体为圆柱体时，只有其直径为线圈直径的当被测体为圆柱体时，只有其直径为线圈直径的3.53.5倍以上，才不影响测量结果；两者相等时，灵敏度降低为倍以上，才不影响

189、测量结果；两者相等时，灵敏度降低为刀左右。被测体直径对灵敏度的影响见图。刀左右。被测体直径对灵敏度的影响见图。同样，对被测体厚度也有一定要求。一般厚度大于同样，对被测体厚度也有一定要求。一般厚度大于0.20.2mmmm，则不影响测量结果（视激励频率而定），铜铝等材料更则不影响测量结果（视激励频率而定），铜铝等材料更可减薄为可减薄为70 70 mm 。3013023033.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 4.4.测量电路测量电路 针针对对被被测测参参量量可可以以转转换换为为线线圈圈电电感感、阻阻抗抗或或Q值值的的三三种种参参数数的的变变化化，测测量量电电路路也也有有

190、三三种种：谐谐振振电电路路、电电桥桥电电路路与与Q值值测测试试电电路路。这这里里只只介介绍绍谐谐振振电电路路，主主要要有有调调频频式式、调调幅幅式式两种。两种。3043.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 (1)(1)调调幅幅式式电电路路 它它由由高高频频激激励励电电流流对对一一并并联联的的LC电电路路供供电电。L是是传传感感器器的的激激励励线线圈圈，由由于于LC并并联联电电路路的的阻阻抗抗在在谐谐振振时时达达到到最最大大，而而在在失失谐谐状状态态下下急急剧剧减减小小。故故在在定定频频恒恒流流激激励励下下，输输出出电压随着失谐的增大而迅速下降。电压随着失谐的增大而迅速

191、下降。3053.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 LC回回路路谐谐振振频频率率的的偏偏移移如如左左图图。当当被被测测导导体体为为软软磁磁材材料料时时，由由于于L增增大大而而使使谐谐振振频频率率下下降降(向向左左偏偏移移)。为为非非软软磁磁材材料料时时则则反反之之(向向右右偏偏移移)。右右图图为为特特性性曲曲线。线。Uxx0x2x13063073.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器 (2)(2)调调频频式式电电路路 上上图图是是电电路路原原理理图图。传传感感器器线线圈圈接接入入LC振振荡荡回回路路，振振荡荡电电路路如如下下图图。当当传传感感器

192、器与与被被测测导导体体距距离离x改改变变时时，在在电电涡涡流流影影响响下下，传传感感器器的的电电感感变变化化，将将导导致致振振荡荡频频率率的的变变化化，振振荡荡频频率率可可由由频频率率计计直直接接测测量量，或或通通过过F-V变变换换，用用电电压压表测量。表测量。3083093.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器3103113.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 当当在在发发射射线线圈圈L1上上加加音音频频电电压压U1时时，则则L1产产生

193、生交交变变磁磁场场。无无金金属属板板时时，直直接接耦耦合合至至接接收收线线圈圈L2中中，在在L2中中产产生生感感应应电电压压E。放放入入金金属属板板后后，则则在在金金属属板板中中产产生生电电涡涡流流i，引引起起E的的下下降降。t越越大大，E就就越越小小。这这就就是是测测厚厚依依据据。透透射射式式涡涡流流厚厚度度传传感感器器检检测测范范围围可可达达1100mm，分分辨辨率率为为0.1mm，线线性度为性度为 1%。EU1L1L2Mit3123.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 进进一一步步的的理理论论分分析析和和实实验验结结果果证证明明，E与与e- -t/ /h成成正正

194、比比，其其中中t为为被被测测材材料料厚厚度度，h为为涡涡流流渗渗透透深深度度。而而h又又与与(r r/ /f)1/ /2成成正正比比，其其中中r r为为被被测测材材料料的的电电阻阻率率，f为为交交变变电电磁磁场场的的频频率率。所所以以接接收收线线圈圈的的电电势势E随随被被测体厚度测体厚度t的增大而按负指数幂规律减少。的增大而按负指数幂规律减少。 3133.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 同同一一种种材材料料，激激励励频频率率f不不同同，渗渗透透深深度度h不不同同，使使得得f较较高高时时线线性性不不好好；f较较低低时时线线性性较较好好。因因此此，应应选选用用较较低低

195、的的f，例例如如1kHz。在在t较较小小时时，f3斜斜率率大大于于f1的的斜斜率率，而而t较较大大时时，f1的的大大于于f3的的。因因此此，测测极极薄薄材材料料时时应应选选用用较较高高的的f，测测厚厚板板时时，则则应应选选用较低的用较低的f 。EtOf3f2f1h(f1)h(f2)h(f3)3143.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 当当f一一定定，被被测测材材料料电电阻阻率率r r不不同同时时，h也也不不同同。为为使使测测量量不不同同材材料料时时所所得得曲曲线线形形状状相相近近，就就需需要要在在r r变变动动时时保保持持h不不变变，这这时时应应改改变变激激励励频频

196、率率f。如如紫紫铜铜的的r r小小，选选用用f=500Hz，而而黄黄铜铜、铝铝的的r r较较大大，选选用用f=2kHz，从从而而保保证证传传感感器器在在测测量量不不同同材材料料时时的的线线性性度和灵敏度相同。度和灵敏度相同。 EtOr r1r r2r r3h(r r1)h(r r2)h(r r3)3153.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 例例3.3 3.3 利利用用电电涡涡流流法法测测板板材材厚厚度度，已已知知激激励励电电源源频频率率f=1MHz，被被测测材材料料相相对对磁磁导导率率m mr=1，电电阻阻率率r r=2.910- -6 W Wcm，被被测测板板厚厚

197、为为(1+0.2)mm。要要求求：(1)计计算算采采用用高高频频反反射射法法测测量量时时，涡涡流流穿穿渗渗深深度度h为为多多少少？(2)能能否否用用低低频频透透射射法法测测量量板板厚厚？若若可可以以应应采采取取什什么么措措施施？画出检测示意图。？画出检测示意图。解解 (1)涡流渗透深度为涡流渗透深度为3163.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 高高频频反反射射法法测测量量厚厚度度时时，一一般般采采用用双双探探头头，两两探探头头之之间间距距离离D为为定定值值，被被测测板板从从线线圈圈间间通通过过，可可计算出板厚为计算出板厚为tx1x212D3173.3.2 3.3.2

198、 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 (2)(2)用用低低频频透透射射法法测测量量板板厚厚需需要要降降低低激激励励电电源源频频率率，使使电电涡涡流流渗渗透透深深度度大大于于板板材材厚厚度度tmax=1.2mm，即应满足，即应满足tmaxh， m mr和和为定值，则为定值，则3183.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器 在在f5.1kHz时时，采采用用低低频频透透射射法法测测量量板板厚厚，发发射射线线圈圈1在在励励磁磁电电压压e1作作用用下下产产生生磁磁力力线线，经经被被测测板板厚厚后后，到到达达接接收收线线圈圈2使使之之产产生生感感应应电电动动势势e2，它它是是

199、板板厚厚t的的函函数数，只只要要线线圈圈之之间间的的距距离离D一一定定，测测得得e2的的值值即即可可算算出出板板厚厚t。t12fe1De23193.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器3.3.1 3.3.1 高频反射式涡流传感器高频反射式涡流传感器3.3.2 3.3.2 低频透射式涡流传感器低频透射式涡流传感器320第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 3.5 应用举例应用举例3213.4 3.4

200、 压磁式传感器压磁式传感器 压压磁磁式式传传感感器器又又称称磁磁弹弹性性式式传传感感器器，是是利利用用铁铁磁磁材材料料的的压压磁磁效效应应工工作作的的传传感感器器。这这种种传传感感器器具具有有输输出出功功率率大大、抗抗干干扰扰性性能能好好、过过载载能能力力强强、适适宜宜在在恶恶劣劣环环境境中中长长期期可可靠靠地地运运行行等等优优点点。但但是是测测量量精精度度一一般般(通通常常低低于于1%F.S.)，频频率率响响应应较较低低(一一般般不不高高于于12kHz)。3223.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 3.4.2 压压磁磁式式传传感感器器的的

201、结结构构与与工工作作原原理理3.4.3 3.4.3 测量电路测量电路3233.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应 铁铁磁磁材材料料在在外外力力作作用用下下，引引起起内内部部变变形形产产生生应应力力，使使各各磁磁畴畴之之间间的的界界限限发发生生移移动动，使使磁磁畴畴磁磁化化强强度度矢矢量量转转动动，从从而而使使材材料料的的磁磁化化强强度度发发生生相相应应的的变变化化。这这种种现象称为现象称为压磁效应压磁效应。 铁铁磁磁材材料料在在压压力力作作用用下下，在在作作用用力力方方向向磁磁导导率率m m减减小小，而而在在与与作作用用力力垂垂直直方方向向，m m略略有有增增大大；作作用用力力是拉力时，其效

202、果相反。是拉力时，其效果相反。 作用力取消后，磁导率复原。作用力取消后，磁导率复原。 铁铁磁磁材材料料的的压压磁磁效效应应还还与与外外磁磁场场有有关关。为为了了使使磁磁感感应应强强度度与与应应力力间间有有单单调调函函数数关关系系，必必须须使使外外磁磁场场强度的数值恒定。强度的数值恒定。3243.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应铁磁材料的磁导率铁磁材料的磁导率m m与机械应力与机械应力s s之间有如下关之间有如下关系系式中式中 e es压磁材料在饱和时的应变；压磁材料在饱和时的应变； Bs饱和磁感应强度。饱和磁感应强度。 由上式可知，用于压磁式传感器的压磁材料要求由上式可知，用于压磁式传感器

203、的压磁材料要求能承受大的应力、磁导率高、饱和磁感应强度小。能承受大的应力、磁导率高、饱和磁感应强度小。 3253.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应 压压磁磁元元件件可可采采用用的的材材料料有有硅硅钢钢片片，坡坡莫莫合合金金和一些铁氧体。和一些铁氧体。 坡坡莫莫合合金金是是理理想想的的压压磁磁材材料料。它它具具有有很很高高的的相对灵敏度，但价格较贵。相对灵敏度，但价格较贵。 铁铁氧氧体体也也有有很很高高的的相相对对灵灵敏敏度度，但但由由于于它它较较脆而不常采用。脆而不常采用。 硅硅钢钢片片虽虽然然灵灵敏敏度度比比坡坡莫莫合合金金低低一一些些，但但在在许多实际应用中已经满足要求。许多实际应用中

204、已经满足要求。3263.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 3.4.2 压压磁磁式式传传感感器器的的结结构构与与工工作作原原理理3.4.3 3.4.3 测量电路测量电路3273.4.2 3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 1.1.结构结构 冷冷轧轧硅硅钢钢片片冲冲压压成成形形，经经热热处处理理后后叠叠成成一一定定厚厚度度，用用环环氧氧树树脂脂粘粘合合在在一一起起，然然后后在在两两对对互互相相垂垂直直的的孔孔中中分分别别绕绕入入激激励励线线圈圈和和输输出出线线圈圈，形形成成压压磁磁元元件件。与与弹弹性性支支架架

205、、传力钢球构成传力钢球构成压磁式传感器。压磁式传感器。1- -压压磁磁元元件件；2- -弹弹性性支支架架；3- -传传力力钢钢球球3283.4.2 3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 压压磁磁元元件件的的输输出出特特性性与与它它的的应应力力分分布布状状况况有有关关。为为了了在在长长期期使使用用过过程程中中保保证证力力作作用用点点的的位位置置不不变变、压压磁磁元元件件的的位位置置和和受受力力情情况况不不变变，需需采采取取一一系系列列技技术术措措施，包括施，包括 机机架架上上的的传传力力钢钢球球保保证证被被测测力力垂垂直直集集中中作作用用在在传传感感器器上上，并并

206、具具有有良良好好的的重重复复性性；压压磁磁元元件件装装入入由由弹弹簧簧钢钢做做成成的的弹弹性性机机架架内内，机机架架的的两两道道弹弹性性梁梁使使被被测测力力垂垂直直均均匀匀地地作作用用在在压压磁磁元元件件上上，且且机机架架对对压压磁磁元元件件有有一一定定的的预预压压力力，预预压压力力一一般般为为额额定定压压力力的的5%15%；机架与压磁元件的接合面要求具有一定的平面度。机架与压磁元件的接合面要求具有一定的平面度。3293.4.2 3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 2.2.工作原理工作原理 如如左左图图所所示示，激激励励绕绕组组N12，输输出出绕绕组组N34。

207、在在无无外外力力的的情情况况下下，合合成成磁磁场场强强度度H平平行行于于输输出出绕绕组组的的平平面面，在在N34中中不不产产生生感感应应电电动动势势，如如右右图图所示。所示。3303.4.2 3.4.2 压磁式传感器的结构与工作原理压磁式传感器的结构与工作原理 在在压压力力F作作用用下下，A、B区区域域的的磁磁导导率率下下降降，磁磁阻阻增增大大，而而C、D区区域域的的磁磁导导率率基基本本不不变变，于于是是合合成成磁磁场场H不不再再与与N34平平面面平平行行，一一部部分分磁磁力力线线与与N34交交链链而而产产生生感感应应电电动动势势e。F值值越越大大，与与N34交交链链的的磁磁通通越越多多，e值

208、值就就越大。越大。3313.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 3.4.2 压压磁磁式式传传感感器器的的结结构构与与工工作作原原理理3.4.3 3.4.3 测量电路测量电路3323.4.3 3.4.3 测量电路测量电路 T1是是供供给给初初级级绕绕组组激激励励电电压压的的降降压压变变压压器器，T2是是升升压压变变压压器器。T2的的输输出出通通过过滤滤波波器器Z1滤滤除除高高次次谐谐波波，然然后后用用电电桥桥整整流流，用用滤滤波波器器Z2消消除除脉脉动动，最最后后以以直直流流输输出出供供给给电电压压表表及及负负载载。虚虚线线框框内内电电路路是是

209、补补偿偿电电路路，用用来来补补偿偿零零位位电电压压，其其中中R1用用来来调调电电压压幅幅值值，R2用用来来调电压相位。调电压相位。3333.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器3.4.1 3.4.1 压磁效应压磁效应3.4.2 3.4.2 压压磁磁式式传传感感器器的的结结构构与与工工作作原原理理3.4.3 3.4.3 测量电路测量电路334第第3 3章章 电感式传感器电感式传感器 3.1 3.1 自感式传感器自感式传感器 3.2 3.2 差动变压器式传感器差动变压器式传感器 3.3 3.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 3.4 3.4 压磁式传感器压磁式传感器 3.5 3.5 应用举例应用举例

210、3353.5 3.5 应用举例应用举例 3.5.1 3.5.1 电感式传感器的应电感式传感器的应用用 3.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的电涡流式传感器的应用应用3363.5.1 3.5.1 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 1.1.差动变压器式应变仪差动变压器式应变仪 在在测测量量时时，两两探探针针与与不不光光滑滑被被测测表表面面接接触触( (或或用用压压力力埋埋入入被被测测体体中中) )，当当被被测测体体受受力力变变形形时时，将将使使标标准准长长度度L0发发生生变变化化。此此时时长长度度增增量量也也正正是是探探针针 的的 位位 移移 增增 量量 ， 应应 变变 为为e e=D DL

211、/ /L0。而而传传感感器器输输出出电电压压增增量量的的绝绝对对值值与与应应变变值值e e成成正正比。比。3373.5.1 3.5.1 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 还还可可测测厚厚度度，角角度度，表表面面粗粗糙糙度度，拉拉伸伸，压压缩缩，垂垂直直度度，压压力力，流流量量，液液位位，张张力力，重重力力，负负荷荷量量，扭扭矩矩，应应力力，动动力力，气气压压，温温度度，振振动动，速速度度，加加速速度等。度等。3383.5.1 3.5.1 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 2.2.电感式压力传感器电感式压力传感器 当当被被测测压压力力进进入入C形形弹弹簧簧管管时时，C形形弹弹簧簧管管产产

212、生生变变形形，其其自自由由端端带带动动衔衔铁铁运运动动，使使线线圈圈1和和线线圈圈2中中的的电电感感发发生生大大小小相相等等、符符号号相相反反的的变变化化。电电感感的的这这种种变变化化通通过过电电桥桥电电路路转转换换成成电电压输出。压输出。339340 测位移法测位移法 在力作用下，弹性元件产生变形，测位移法在力作用下，弹性元件产生变形，测位移法通过测量未知力所引起的位移，从而间接地测得未知通过测量未知力所引起的位移，从而间接地测得未知力值。力值。图图3-24 差动变压器式测力装置差动变压器式测力装置3413.5.1 3.5.1 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 3.3.电感式加速度传感器

213、电感式加速度传感器 它它由由悬悬臂臂梁梁1和和差差动动变变压压器器2构构成成。测测量量时时，将将悬悬臂臂梁梁底底座座及及差差动动变变压压器器的的线线圈圈骨骨架架固固定定，而而将将衔衔铁铁的的A端端与与被被测测振振动动体体相相连连。当当被被测测体体带带动动衔衔铁铁以以D Dx(t)振振动动时时，导导致致差差动动变变压压器器的的输输出出电电压压也也按按相相同同规规律律变变化化。位位移移求求导导得得速度，再求导得加速度。速度，再求导得加速度。3423.5.1 3.5.1 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 4.4.一种新型的电感式位移传感器一种新型的电感式位移传感器 和和传传统统的的电电感感式式位

214、位移移传传感感器器不不同同的的是是，这这种种传传感感器器的的磁磁芯芯截截面面积积不不再再是是均均匀匀不不变变的的，而而是是按按照照一一定定的的规规律律变变化化的的，以使输出电压和位移尽可能成线性关系。以使输出电压和位移尽可能成线性关系。343 应应 用用 于于 水水 电电 站站 门门 机机 抓抓 梁梁 上上 ， 能能 测测 量量01000mm的位移，分辨力小于的位移，分辨力小于1mm。3.5.1 3.5.1 电感式传感器的应用电感式传感器的应用3443453.5 3.5 应用举例应用举例 3.5.1 3.5.1 电感式传感器的应电感式传感器的应用用 3.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的电涡

215、流式传感器的应用应用3463.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用下表给出了电涡流式传感器在工业测量中的主要应用。下表给出了电涡流式传感器在工业测量中的主要应用。被测参数被测参数变换量变换量特征特征位移、厚度、振动位移、厚度、振动x(1)非接触，连续测量；非接触，连续测量；(2)受剩磁的影响受剩磁的影响表面温度、电解质浓度、表面温度、电解质浓度、材质判别、速度材质判别、速度(温度温度)r r(1)非接触，连续测量；非接触，连续测量；(2)对温度变化进行补偿对温度变化进行补偿应力、硬度应力、硬度m m(1)非接触、连续测量；非接触、连续测量；(2)受剩磁和材质影响受剩磁和

216、材质影响探伤探伤x，r r，m m可以定量测定可以定量测定3473.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 1.1.高频反射式涡流厚度传感器高频反射式涡流厚度传感器 为为克克服服带带材材不不够够平平整整或或运运行行过过程程中中上上下下波波动动的的影影响响，在在带带材材的的上上、下下两两侧侧对对称称地地设设置置两两个个特特性性完完全全相相同同的的涡涡流流传传感感器器S1、S2。带带材材厚厚度度改改变变时时输输出出改变。改变。3483.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 2.2.电涡流式转速传感器电涡流式转速传感器 如如图图所所示示，当当被被测测旋旋

217、转转轴轴转转动动时时，轴轴与与传传感感器器之之间间的的距距离离发发生生变变化化。由由于于电电涡涡流流效效应应，这这种种变变化化将将影影响响振振荡荡器器的的电电压压幅幅值值和和振振荡荡频频率率。从从振振荡荡器器输输出出的的信信号中包含有与转数成正比的脉冲频率信号。号中包含有与转数成正比的脉冲频率信号。 3493.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 3.3.电涡流温度计电涡流温度计 在在较较小小温温度度范范围围内内，导导体体的电阻率与温度有如下关系的电阻率与温度有如下关系 因因为为电电涡涡流流传传感感器器的的输输出出U= f(x, ,r r, ,m m)，当当x和和m m

218、为为常常数数时时，则则输输出出U=f(r r)，输输出出量量只只是是电电阻阻率率r r的的单单值值函函数数，也也就就反反映映了了温温度的变化。度的变化。1- -补补偿偿线线圈圈；2- -骨骨架架；3- -测测量量线线圈圈；4- -绝绝热热绝绝缘材料；缘材料；5- -温敏元件温敏元件3503.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 磁磁性性材材料料( (如如冷冷延延钢钢板板) )的的温温度度系系数数大大，温温度度灵灵敏敏度度高高，而而非非磁磁性性材材料料( (如如铝铝、铜铜) )的的温温度度系系数数小小，温温度度灵灵敏敏度度低低，因因而而这这种种方方法法主主要要适适用用于于

219、磁磁性性材材料料的的温温度度测测量量。上上述述原原理理还还可可用用来来测测量量液液体体、气气体体介介质质的的温温度度或或金金属属材材料料的的表表面面温温度度，适适合合于于低低温温到到常常温的测量。温的测量。 电涡流式温度计的电涡流式温度计的优点优点是是 不不受受金金属属表表面面涂涂层层、油油、水水等等介介质质影影响响；可可实实现现非非接接触触测测量量；反反应应快快，目目前前已已制制成成热热惯惯性性时间常数仅为时间常数仅为lms的电涡流温度计。的电涡流温度计。 3513.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 4.4.涡流探伤涡流探伤 电电涡涡流流传传感感器器可可用用来来检

220、检查查金金属属的的表表面面裂裂纹纹、热热处处理理裂裂纹纹以以及及用用于于焊焊接接部部位位的的探探伤伤等等。传传感感器器与与被被测测物物体体距距离离保保持持不不变变，如如有有裂裂纹纹出出现现，将将引引起起金金属属的的电电阻阻率率、磁磁导导率率的的变变化化。在在裂裂纹纹处处也也可可以以说说有有位位移移值值的的变变化化。这这些些综综合合参参数数(x、r r、m m)的的变变化化将将引引起起传传感感器器参参数数的的变变化化，通通过过测测量量传传感感器器参数的变化即可达到探伤的目的。参数的变化即可达到探伤的目的。3523.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用 探探伤伤时时导导体体

221、与与线线圈圈之之间间有有相相对对运运动动，在在测测量量线线圈圈上上就就会会产产生生调调制制频频率率信信号号。缺缺陷陷或或裂裂纹纹会会产产生生较较高高频频率率的的调调幅幅波波，剩剩余余应应力力趋趋向向于于中中等等频频率率调调幅幅波波，热热处处理理、合合金金成成分分变变化化趋趋向向于于较较低低频频率率的的调调幅幅波波。在在探探伤伤时时，为为了了获获得得所所需需信信号号需需采采用用滤滤波波器器，使使某某一一频频率率的的信信号号通通过过，而而将将干干扰扰频频率率信信号号衰衰减减。对对比比较浅的裂缝信号，还可采用幅值甄别电路。较浅的裂缝信号，还可采用幅值甄别电路。(b)通过幅值甄别电路的信号通过幅值甄别

222、电路的信号裂缝信号裂缝信号(a)未通过幅值甄别电路的信号未通过幅值甄别电路的信号干扰信号干扰信号3533.5.2 3.5.2 电涡流式传感器的应用电涡流式传感器的应用5.5.电涡流传感器的其他应用电涡流传感器的其他应用354内容提要内容提要一、自感式传感器 1、分类、等效电路和测量电路；2、自感式传感器的零位残余电压。二、差动变压器式传感器 1、结构与工作原理；2、螺管式差动变压器式传感器；3、测量电路。三、电涡流式传感器 1、高频反射式电涡流式传感器；2、低频透射式电涡流式传感器四、压磁式传感器 1、压磁效应；2、压磁式传感器结构、工作原理及测量电路。五、电感式传感器的应用举例。355重点重点自感式传感器的原理、测量电路和零位残余电压。螺管式差动变压器的工作原理；高频反射式电涡流式传感器的原理。356第第3章作业章作业3.5、3.8、3.93.5中，中，(2)当当|D DZ|=10W W357下一章：下一章：电容式传感器电容式传感器358