測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)：第五章 常用傳感器

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1、2022-4-315.1 傳感器作用及分類傳感器作用及分類5.2 發(fā)電型傳感器發(fā)電型傳感器5.3 參量型傳感器參量型傳感器2022-4-325.1 傳感器的作用與分類傳感器的作用與分類5.1.1 傳感器的作用傳感器的作用2. 變換作用：將非電量變換成電量。變換作用：將非電量變換成電量。傳感器是控制系統(tǒng)中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它具有兩個(gè)作用：傳感器是控制系統(tǒng)中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它具有兩個(gè)作用：1. 敏感作用：感受物理量的變化，以完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的拾取。敏感作用：感受物理量的變化，以完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的拾取。對(duì)應(yīng)這兩個(gè)作用，傳感器一般由兩部分對(duì)應(yīng)這兩個(gè)作用，傳感器一般由兩部分組成，即敏感元件與變換元件，二者有組成，

2、即敏感元件與變換元件，二者有時(shí)很容易分開，有時(shí)合二為一。時(shí)很容易分開，有時(shí)合二為一。2022-4-335.1.2 傳感器的分類傳感器的分類1. 按輸出信號(hào)是模擬量還是數(shù)字量，可分成模擬傳感器與數(shù)字傳感器按輸出信號(hào)是模擬量還是數(shù)字量，可分成模擬傳感器與數(shù)字傳感器。（I(t)，V(t)，數(shù)字量，頻率量數(shù)字量，頻率量）。）。2. 按變換原理，可分為參量型與發(fā)電型。按變換原理，可分為參量型與發(fā)電型。 參量型：被測(cè)量使傳感器本身的電參量參量型：被測(cè)量使傳感器本身的電參量R、L、C改變，這種傳感器改變，這種傳感器工作時(shí)必須有外加電源，故又稱為無(wú)源型，通常將其接入電橋，諧振電工作時(shí)必須有外加電源，故又稱為無(wú)

3、源型，通常將其接入電橋，諧振電路等信號(hào)調(diào)節(jié)器中，再變換成電壓或電流量。路等信號(hào)調(diào)節(jié)器中，再變換成電壓或電流量。 發(fā)電型：被測(cè)量使傳感器產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電流、電荷，可直接接入放發(fā)電型：被測(cè)量使傳感器產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電流、電荷，可直接接入放大器或記錄儀器，所以又稱為有源型，一般不需外加電源，如熱電偶、大器或記錄儀器，所以又稱為有源型，一般不需外加電源，如熱電偶、壓電型傳感器等。但由于能量有限，通常還要接放大器。壓電型傳感器等。但由于能量有限，通常還要接放大器。 發(fā)電型發(fā)電型參量型參量型2022-4-345.1.3 傳感器工作原理與標(biāo)定傳感器工作原理與標(biāo)定 任何一種傳感器其工作原理都是基于某一種物理現(xiàn)象或化

4、學(xué)現(xiàn)象。這任何一種傳感器其工作原理都是基于某一種物理現(xiàn)象或化學(xué)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象抽象成若干個(gè)物理量（其中有一個(gè)電量）按一定規(guī)律相互影響，可種現(xiàn)象抽象成若干個(gè)物理量（其中有一個(gè)電量）按一定規(guī)律相互影響，可用一個(gè)數(shù)學(xué)公式來(lái)表示（建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型），即：用一個(gè)數(shù)學(xué)公式來(lái)表示（建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型），即： 通常為通常為電量電量的的 y=f(x1,x2,xn) （通常為非電量）（通常為非電量） 如：如： R=L/A 就描述了四個(gè)物理量間的關(guān)系。就描述了四個(gè)物理量間的關(guān)系。 如果我們能夠讓被測(cè)量影響某一個(gè)參數(shù)，而通過(guò)該參數(shù)與另一個(gè)電參數(shù)如果我們能夠讓被測(cè)量影響某一個(gè)參數(shù)，而通過(guò)該參數(shù)與另一個(gè)電參數(shù)的變化來(lái)反映被測(cè)

5、量的大小，那么一個(gè)傳感器就制造出來(lái)了。所以一種傳感的變化來(lái)反映被測(cè)量的大小，那么一個(gè)傳感器就制造出來(lái)了。所以一種傳感器的設(shè)計(jì)、研制都要基于某種物理效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)出敏感部分的結(jié)器的設(shè)計(jì)、研制都要基于某種物理效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)出敏感部分的結(jié)構(gòu)以及變換部分的結(jié)構(gòu)。我們?cè)谙旅娼榻B的各種傳感器都是從某一基本的物構(gòu)以及變換部分的結(jié)構(gòu)。我們?cè)谙旅娼榻B的各種傳感器都是從某一基本的物理概念或原理出發(fā)，根據(jù)物理量間的關(guān)系來(lái)分析相應(yīng)的傳感器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。理概念或原理出發(fā)，根據(jù)物理量間的關(guān)系來(lái)分析相應(yīng)的傳感器結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。 傳感器在使用之前一般要進(jìn)行標(biāo)定，即確定輸入與輸出的關(guān)系，通常傳感器在使用之前一般要進(jìn)行

6、標(biāo)定，即確定輸入與輸出的關(guān)系，通常由于制作誤差和原理的理想化，使輸入輸出不能嚴(yán)格滿足理想的物理公式。由于制作誤差和原理的理想化，使輸入輸出不能嚴(yán)格滿足理想的物理公式。所以，只有給定已知輸入，確定輸入、輸出二者間關(guān)系后才能使用。所以，只有給定已知輸入，確定輸入、輸出二者間關(guān)系后才能使用。2022-4-355.2 發(fā)電型傳感器簡(jiǎn)介發(fā)電型傳感器簡(jiǎn)介 5.2.1 電動(dòng)式傳感器（磁電式傳感器）電動(dòng)式傳感器（磁電式傳感器） 1. 工作原理：工作原理：根據(jù)電磁感應(yīng)定理，一個(gè)匝數(shù)為根據(jù)電磁感應(yīng)定理，一個(gè)匝數(shù)為w的線圈，當(dāng)穿過(guò)該線圈的的線圈，當(dāng)穿過(guò)該線圈的磁通磁通發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：發(fā)生變化時(shí)，其

7、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為： etwdd 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)與與磁通變化量磁通變化量有關(guān)。導(dǎo)致磁通變化的原因有多種，當(dāng)線圈的有關(guān)。導(dǎo)致磁通變化的原因有多種，當(dāng)線圈的匝匝數(shù)數(shù)及及磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度不變時(shí)，磁通的變化率與磁路的磁阻及線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)不變時(shí)，磁通的變化率與磁路的磁阻及線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。根據(jù)利用被測(cè)量改變線圈速度或磁阻的方式，可將電動(dòng)式傳動(dòng)速度有關(guān)。根據(jù)利用被測(cè)量改變線圈速度或磁阻的方式，可將電動(dòng)式傳感器分成感器分成動(dòng)圈式動(dòng)圈式和和變磁阻式變磁阻式。 2022-4-36 動(dòng)圈式工作原理動(dòng)圈式工作原理 a. 線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng) ewBlv其中，其中，w線圈匝數(shù)，線

8、圈匝數(shù)，B磁感應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，強(qiáng)度，l單匝線圈有效長(zhǎng)度，單匝線圈有效長(zhǎng)度，v線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)速度。線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)速度。 b. 線圈在磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)線圈在磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ekWBA其中，其中，k與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)（），（），A線圈的截面積，線圈的截面積，角速度。角速度。 2022-4-37變磁阻式工作原理：變磁阻式工作原理：一般通過(guò)改變傳感器到被測(cè)對(duì)象間的一般通過(guò)改變傳感器到被測(cè)對(duì)象間的氣隙厚氣隙厚度度等方法來(lái)改變磁路磁阻等方法來(lái)改變磁路磁阻。 2. 電動(dòng)式傳感器的構(gòu)成及其應(yīng)用電動(dòng)式傳感器的構(gòu)成及其應(yīng)用 振動(dòng)測(cè)量振動(dòng)測(cè)量動(dòng)圈式相對(duì)速度傳感器：動(dòng)圈式相對(duì)速度傳感器：由兩部分組成，

9、一部分安裝在被測(cè)物體上，通由兩部分組成，一部分安裝在被測(cè)物體上，通常是磁鐵與殼體，另一部分是線圈，固定在參照物體上；當(dāng)兩個(gè)物體產(chǎn)常是磁鐵與殼體，另一部分是線圈，固定在參照物體上；當(dāng)兩個(gè)物體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生電壓量輸出。生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生電壓量輸出。（ 圖圖a）動(dòng)圈式絕對(duì)速度傳感器：動(dòng)圈式絕對(duì)速度傳感器：傳感器殼體固定在被測(cè)振動(dòng)物體上，當(dāng)殼體以傳感器殼體固定在被測(cè)振動(dòng)物體上，當(dāng)殼體以大于某一頻率點(diǎn)的頻率振動(dòng)時(shí)，線圈芯軸系統(tǒng)大于某一頻率點(diǎn)的頻率振動(dòng)時(shí)，線圈芯軸系統(tǒng)（質(zhì)量大，慣性力大）（質(zhì)量大，慣性力大）相相對(duì)于大地是靜止的，因此殼體磁鋼與線圈之間的相對(duì)速度就是被測(cè)物體對(duì)于大地是靜止的，因此殼

10、體磁鋼與線圈之間的相對(duì)速度就是被測(cè)物體的絕對(duì)速度，線圈以這一速度切割磁力線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小即反應(yīng)的絕對(duì)速度，線圈以這一速度切割磁力線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的大小即反應(yīng)了被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度。了被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度。 （ 圖圖b）變磁阻式電動(dòng)式傳感器：變磁阻式電動(dòng)式傳感器：探頭的磁極與振動(dòng)物體間有一氣隙，當(dāng)振動(dòng)物探頭的磁極與振動(dòng)物體間有一氣隙，當(dāng)振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)，氣隙變化引起磁路磁阻改變，線圈磁通發(fā)生變化，輸出電動(dòng)體振動(dòng)時(shí)，氣隙變化引起磁路磁阻改變，線圈磁通發(fā)生變化，輸出電動(dòng)勢(shì)與振幅成比例。勢(shì)與振幅成比例。 （ 圖圖c） 【演示演示】2022-4-38（ 圖圖a）（ 圖圖b）（ 圖圖c）2022-4-39

11、2022-4-310 轉(zhuǎn)速傳感器及轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速傳感器及轉(zhuǎn)速測(cè)量u 測(cè)速發(fā)電機(jī)：工作原理與發(fā)電機(jī)原理相同。測(cè)速發(fā)電機(jī)：工作原理與發(fā)電機(jī)原理相同。ekWBAu開磁路轉(zhuǎn)速傳感器（如圖所示）：開磁路轉(zhuǎn)速傳感器（如圖所示）：齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，探頭與齒輪間氣隙發(fā)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，探頭與齒輪間氣隙發(fā)生變化，引起磁阻改變。線圈中的生變化，引起磁阻改變。線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為為 f其中，其中，f：感應(yīng)電勢(shì)頻率：感應(yīng)電勢(shì)頻率 N：齒數(shù)：齒數(shù) n：轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速【演示演示】2022-4-3112022-4-3125.2.2 壓電式傳感器壓電式傳感器壓電效應(yīng)，某些材料，如石英晶體和鈦酸

12、鋇陶瓷，在某一方向受壓電效應(yīng)，某些材料，如石英晶體和鈦酸鋇陶瓷，在某一方向受力時(shí)，其表面產(chǎn)生電荷，電荷量的改變與受力情況有關(guān)，即力時(shí)，其表面產(chǎn)生電荷，電荷量的改變與受力情況有關(guān)，即 QDF不同的材料雖然壓電機(jī)理不同，但最終產(chǎn)生的效應(yīng)是等同的。不同的材料雖然壓電機(jī)理不同，但最終產(chǎn)生的效應(yīng)是等同的。1工作原理工作原理D：壓電系數(shù)；：壓電系數(shù)；F：施加力的大?。菏┘恿Φ拇笮?022-4-3132壓電變換元件的應(yīng)用特性：壓電變換元件的應(yīng)用特性：壓電變換元件相當(dāng)于電荷源，其等效電路為：壓電變換元件相當(dāng)于電荷源，其等效電路為： 00/iiCCCRRR電路方程：電路方程： ( ).Q tCvi dt2022

13、-4-314( )dQ tdvdvvCiCdtdtdtR 兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換有：兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換有： 1( )( )( )1( )( )1( )11SQ sCSV sV sRV sRSCH sQ sRCSRSC1/()11CH jjcR當(dāng)輸入當(dāng)輸入 00( )sinF tFt時(shí)時(shí) 2022-4-3150000( )sinsinQ tDFtQt輸出輸出： 0000( )|() | sin()u tQH jt 其幅值：其幅值： 0002200/111()1()QCDFCVCRCR可見，若想使輸出信號(hào)保持一定的幅值，可見，若想使輸出信號(hào)保持一定的幅值，有一個(gè)范圍，或者說(shuō)有一個(gè)范圍，或者說(shuō) 1R

14、C時(shí)時(shí) 00/VQC所以必須有足夠大的時(shí)間常數(shù)所以必須有足夠大的時(shí)間常數(shù)RC，但，但C大，大，V0小，相當(dāng)于靈敏度小，相當(dāng)于靈敏度低，所以，要求低，所以，要求R大。而對(duì)于頻率較低或直流信號(hào)，用這種壓電機(jī)大。而對(duì)于頻率較低或直流信號(hào)，用這種壓電機(jī)理構(gòu)成的傳感器，就不能測(cè)量或誤差很大。理構(gòu)成的傳感器，就不能測(cè)量或誤差很大。【演示演示】2022-4-3162022-4-3175.2.3 熱電偶式傳感器熱電偶式傳感器1. 工作原理：工作原理：熱電偶是基于熱電勢(shì)效應(yīng)原理的測(cè)溫用傳感器，如圖，熱電偶是基于熱電勢(shì)效應(yīng)原理的測(cè)溫用傳感器，如圖，若若1、2點(diǎn)溫度不同，回路中有電流產(chǎn)生，稱之為熱電勢(shì)。對(duì)于某個(gè)點(diǎn)溫

15、度不同，回路中有電流產(chǎn)生，稱之為熱電勢(shì)。對(duì)于某個(gè)確定的熱電偶，當(dāng)某一端溫度確定的熱電偶，當(dāng)某一端溫度T0恒定時(shí)，熱電勢(shì)僅與測(cè)量端溫度恒定時(shí)，熱電勢(shì)僅與測(cè)量端溫度T有關(guān)，故可測(cè)溫度有關(guān)，故可測(cè)溫度T。熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸電勢(shì)；溫差。熱電勢(shì)由兩部分組成：接觸電勢(shì)；溫差電勢(shì)。電勢(shì)。 2022-4-318 接觸電勢(shì)：接觸電勢(shì)：A、B兩導(dǎo)體接觸后，由于電子濃度不同，在截面兩導(dǎo)體接觸后，由于電子濃度不同，在截面附近產(chǎn)生接觸電勢(shì)：附近產(chǎn)生接觸電勢(shì)： ( )lnTAABBKTneqn式中，波爾茨曼常數(shù)，電子電荷量，式中，波爾茨曼常數(shù)，電子電荷量，A A、B B電子濃度，電子濃度，絕對(duì)溫度。絕對(duì)溫度。 溫差

16、電勢(shì)：溫差電勢(shì)：當(dāng)一塊導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，在導(dǎo)體兩端形成溫差電勢(shì)。當(dāng)一塊導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，在導(dǎo)體兩端形成溫差電勢(shì)。 00( ,)TnTe T Tdt式中，式中，湯奴遜系數(shù)，與材料湯奴遜系數(shù)，與材料性質(zhì)及導(dǎo)體兩端平均溫度有關(guān)性質(zhì)及導(dǎo)體兩端平均溫度有關(guān) 熱電勢(shì)的方向與導(dǎo)體電子濃度熱電勢(shì)的方向與導(dǎo)體電子濃度n有關(guān)。顯然，當(dāng)有關(guān)。顯然，當(dāng)AB材料已定時(shí)，材料已定時(shí)，接觸電勢(shì)與溫度接觸電勢(shì)與溫度T（絕對(duì)溫度）有關(guān)。（絕對(duì)溫度）有關(guān)。 2022-4-319所以，當(dāng)兩種材料所以，當(dāng)兩種材料AB組成一個(gè)閉合回路時(shí)，設(shè)組成一個(gè)閉合回路時(shí)，設(shè)0時(shí)，回路時(shí)，回路中總電勢(shì)為中總電勢(shì)為 0000( ,)( )()(

17、,)( ,)ABABABBAET TeTeTeT TeT T由于接觸電勢(shì)大于溫差電勢(shì)，所以，當(dāng)由于接觸電勢(shì)大于溫差電勢(shì)，所以，當(dāng)0時(shí)，時(shí)，A為正極，為正極，B為為負(fù)極。若忽略溫差電勢(shì)的影響，并設(shè)負(fù)極。若忽略溫差電勢(shì)的影響，并設(shè)AB，通?？蓪懽鳎海ǔ？蓪懽鳎?1010( ,)()ABABET TKTT式中，式中，AB為熱電偶靈敏度為熱電偶靈敏度。2022-4-320 中間金屬定律：中間金屬定律：在由在由A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶回路中，將冷兩種導(dǎo)體組成的熱電偶回路中，將冷端斷開，接入第三種或更多種導(dǎo)體，只要保證接入端的溫度相同，端斷開，接入第三種或更多種導(dǎo)體，只要保證接入端的溫度相同，則回路總

18、電勢(shì)不變。則回路總電勢(shì)不變。 2. 熱電偶基本定理熱電偶基本定理 均勻電路定律：均勻電路定律：由單一的金屬構(gòu)成的回路中不存在熱電勢(shì)。由單一的金屬構(gòu)成的回路中不存在熱電勢(shì)。2022-4-321000000000000000000( )( )( )( ,)( ,)( , )ln(lnln)lnln( )()( ,)( ,)ABBCCABCAtttABCBCAtttBCAttABBAttBAABABBAEetetetet tettettkTnkTnkTndtdtdtqnqnqnkTnkTndtdtqnqneTeTet tet t證明：證明： 2022-4-322 中間溫度定理中間溫度定理121332

19、( ,)( ,)( ,)ABABABEt tEt tEt t 一般熱電偶的分度表（輸出特性）是在冷端為一般熱電偶的分度表（輸出特性）是在冷端為0時(shí)給出的，若時(shí)給出的，若測(cè)量時(shí)冷端不為測(cè)量時(shí)冷端不為0，則可據(jù)此修正。，則可據(jù)此修正。 2022-4-323熱電偶相配定理熱電偶相配定理 12122( ,)( ,)( ,)ABACCBEt tEt tEt t 有時(shí)熱電偶的兩個(gè)極有時(shí)熱電偶的兩個(gè)極AB的分度表不知，但知道的分度表不知，但知道AC、BC的的分度表，據(jù)此則可獲得分度表，據(jù)此則可獲得A、B的分度表。的分度表。 212022-4-3243. 熱電偶傳感器及其應(yīng)用熱電偶傳感器及其應(yīng)用 熱電偶的材料

20、有許多種，一般金屬有鎳鉻熱電偶的材料有許多種，一般金屬有鎳鉻鎳鋁硅、銅、康鎳鋁硅、銅、康銅，貴重金屬有鉑銠銅，貴重金屬有鉑銠鉑、鉑銠鉑、鉑銠3，鉑銠，鉑銠6以及鎢、鉬等。熱電偶以及鎢、鉬等。熱電偶的種類也比較多，構(gòu)成基本相同：由熱電極材料、絕緣材料、保的種類也比較多，構(gòu)成基本相同：由熱電極材料、絕緣材料、保護(hù)材料和引線裝置等組成。護(hù)材料和引線裝置等組成。 熱電偶是一種發(fā)電型傳感器，其輸出信號(hào)可直接接入記錄儀熱電偶是一種發(fā)電型傳感器，其輸出信號(hào)可直接接入記錄儀器。利用熱電偶還可測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差及溫度場(chǎng)中多點(diǎn)的平均溫度，器。利用熱電偶還可測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差及溫度場(chǎng)中多點(diǎn)的平均溫度，在實(shí)際使用時(shí)，還可利用不同

21、被測(cè)對(duì)象構(gòu)成熱電偶，如測(cè)磨削溫在實(shí)際使用時(shí)，還可利用不同被測(cè)對(duì)象構(gòu)成熱電偶，如測(cè)磨削溫度；可用車刀與零件構(gòu)成一對(duì)熱電偶，有關(guān)方面知識(shí)還可參考其度；可用車刀與零件構(gòu)成一對(duì)熱電偶，有關(guān)方面知識(shí)還可參考其它專著。它專著。 2022-4-3255.2.4 半導(dǎo)體光電效應(yīng)式傳感器半導(dǎo)體光電效應(yīng)式傳感器 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)光的照射使半導(dǎo)體載流子（電子空穴）濃度加光的照射使半導(dǎo)體載流子（電子空穴）濃度加大，電導(dǎo)率增加，根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)可以制成光敏電阻。大，電導(dǎo)率增加，根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)可以制成光敏電阻。光電導(dǎo)效應(yīng)的特點(diǎn)：光電導(dǎo)效應(yīng)的特點(diǎn)：a.馳豫現(xiàn)象：光電導(dǎo)值改變滯后于光強(qiáng)的變化。因此其具有低頻響馳豫現(xiàn)象：光電

22、導(dǎo)值改變滯后于光強(qiáng)的變化。因此其具有低頻響應(yīng)好，高頻響應(yīng)不好的特點(diǎn)。在使用中要注意信號(hào)的變化頻率。應(yīng)好，高頻響應(yīng)不好的特點(diǎn)。在使用中要注意信號(hào)的變化頻率。b.光譜特性：電導(dǎo)率的增量與光的頻率有關(guān)。不同的半導(dǎo)體元件對(duì)光譜特性：電導(dǎo)率的增量與光的頻率有關(guān)。不同的半導(dǎo)體元件對(duì)不同波長(zhǎng)的光敏感程度不一樣，因此，在使用時(shí)，應(yīng)選擇最佳不同波長(zhǎng)的光敏感程度不一樣，因此，在使用時(shí)，應(yīng)選擇最佳頻率的關(guān)源。頻率的關(guān)源。 光生伏特效應(yīng)：光生伏特效應(yīng)：光線照射在半導(dǎo)體的光線照射在半導(dǎo)體的Pn結(jié)上時(shí)，在結(jié)結(jié)上時(shí)，在結(jié)附近激發(fā)出電子空穴對(duì)，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，電子向附近激發(fā)出電子空穴對(duì)，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，電子向n區(qū)運(yùn)區(qū)運(yùn)動(dòng)

23、，使動(dòng)，使P區(qū)剩下空穴，從而區(qū)剩下空穴，從而n區(qū)帶負(fù)電，區(qū)帶負(fù)電，p區(qū)帶正電，形成光區(qū)帶正電，形成光生電動(dòng)勢(shì)。由此可制成光電池，光敏三極管，二極管等。生電動(dòng)勢(shì)。由此可制成光電池，光敏三極管，二極管等。2022-4-326應(yīng)用應(yīng)用函數(shù)運(yùn)用狀態(tài)：用被測(cè)量改變光照強(qiáng)度，從而使輸出電流函數(shù)運(yùn)用狀態(tài)：用被測(cè)量改變光照強(qiáng)度，從而使輸出電流與光照成比例，可以測(cè)量水的透明度，位移等。與光照成比例，可以測(cè)量水的透明度，位移等。開關(guān)運(yùn)用狀態(tài)：判斷光的有無(wú)，如開門，關(guān)門，轉(zhuǎn)速測(cè)量，開關(guān)運(yùn)用狀態(tài)：判斷光的有無(wú)，如開門，關(guān)門，轉(zhuǎn)速測(cè)量，產(chǎn)品技術(shù)，水壓。產(chǎn)品技術(shù)，水壓。2022-4-3275.3 參量型傳感器簡(jiǎn)介參量型傳

24、感器簡(jiǎn)介5.3.1 電渦流式傳感器電渦流式傳感器 電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng) 如圖所示，線圈中通過(guò)交變電流，產(chǎn)生交變磁通；如圖所示，線圈中通過(guò)交變電流，產(chǎn)生交變磁通；當(dāng)交變磁通通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，交變磁通使導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生閉合電流，當(dāng)交變磁通通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，交變磁通使導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生閉合電流，稱之為電渦流，電流方向隨磁通方向變化而改變。稱之為電渦流，電流方向隨磁通方向變化而改變。 通常交變磁通借助于通過(guò)交變電流的線圈來(lái)產(chǎn)生，設(shè)線圈產(chǎn)生的通常交變磁通借助于通過(guò)交變電流的線圈來(lái)產(chǎn)生，設(shè)線圈產(chǎn)生的磁通為磁通為1，1作用在導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流同樣產(chǎn)生磁通作用在導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流同樣產(chǎn)生磁通2，且，且與與1方向相反。由于方向相反。

25、由于2對(duì)線圈的反作用，導(dǎo)致線圈的阻抗發(fā)生變對(duì)線圈的反作用，導(dǎo)致線圈的阻抗發(fā)生變化?；?。 一般來(lái)說(shuō)，線圈的阻抗與許多參數(shù)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，線圈的阻抗與許多參數(shù)有關(guān)。 1. 1. 工作原理工作原理：2022-4-3282022-4-329 Z = f（，f 以及表面狀況以及表面狀況） - 距離，距離，- 磁導(dǎo)率，磁導(dǎo)率，-電導(dǎo)率，電導(dǎo)率，f - 頻率頻率, 如果這些參數(shù)中有某個(gè)發(fā)生變化，線圈阻抗便會(huì)發(fā)生變化，通如果這些參數(shù)中有某個(gè)發(fā)生變化，線圈阻抗便會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)線圈的阻抗，便能測(cè)定相應(yīng)的物理量。過(guò)測(cè)線圈的阻抗，便能測(cè)定相應(yīng)的物理量。 線圈的等效阻抗線圈的等效阻抗 將產(chǎn)生電渦流的導(dǎo)體看作是一個(gè)封

26、閉回路，根將產(chǎn)生電渦流的導(dǎo)體看作是一個(gè)封閉回路，根據(jù)等效電路可列出回路方程：據(jù)等效電路可列出回路方程： 1 11 12122220R Ij L Ij MIuj MIR Ij L I2022-4-3302222211212221212221222222222()()()()()()uIRRjLLMZRRjMMRLLLkkRRLkL由上式可看出：原線圈阻抗由上式可看出：原線圈阻抗 Z0=R1+j L1由于電渦流的影響由于電渦流的影響, Z1變成變成 Z1=(R1+kR2)+j (L1-kL2)式中：式中：kR2:渦流反射電阻，渦流反射電阻， kL2:反射電感反射電感 2022-4-331諧振回路法

27、測(cè)量原理諧振回路法測(cè)量原理 諧振法電路就是利用線圈電感與一個(gè)電容器相并聯(lián)，組成一個(gè)并聯(lián)諧振法電路就是利用線圈電感與一個(gè)電容器相并聯(lián)，組成一個(gè)并聯(lián)諧振回路，這時(shí)，諧振回路的復(fù)阻抗為：諧振回路，這時(shí)，諧振回路的復(fù)阻抗為：211/11j Lj Lj cZj Lj cLcj Lj c2|1LZLcZ的幅頻特性的幅頻特性2022-4-33200| 01,|,| 0ZZLCZ 當(dāng)線圈靠近導(dǎo)體時(shí)，由于渦流反射電感的作用，使線圈的等當(dāng)線圈靠近導(dǎo)體時(shí)，由于渦流反射電感的作用，使線圈的等效電感發(fā)生變化，其變化情況分兩種：效電感發(fā)生變化，其變化情況分兩種：a. 被測(cè)導(dǎo)體為非導(dǎo)磁體：被測(cè)導(dǎo)體為非導(dǎo)磁體： 221222

28、22()MLLLRL諧振頻率諧振頻率 0，即輸入電流頻率為，即輸入電流頻率為 0時(shí)，諧振回路阻抗值為最大。時(shí)，諧振回路阻抗值為最大。2022-4-33301Lcb.被測(cè)導(dǎo)體為導(dǎo)磁體：被測(cè)導(dǎo)體為導(dǎo)磁體：01LcM LZM LRmLZ2022-4-334電渦流傳感器在使用時(shí)應(yīng)保證被測(cè)導(dǎo)體的面積要比線圈的面積大，否則靈電渦流傳感器在使用時(shí)應(yīng)保證被測(cè)導(dǎo)體的面積要比線圈的面積大，否則靈敏度下降。另外，對(duì)于不同的材料，由于磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率不同，也會(huì)導(dǎo)致敏度下降。另外，對(duì)于不同的材料，由于磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率不同，也會(huì)導(dǎo)致靈敏度不同，因此，在使用前應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。靈敏度不同，因此，在使用前應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。

29、電渦流傳感器通?？捎脕?lái)測(cè)量：電渦流傳感器通常可用來(lái)測(cè)量： 位移、振幅；位移、振幅； 轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速； 表面裂紋、厚度；表面裂紋、厚度； 材料分選、表面不平度等，還可以進(jìn)行零件計(jì)數(shù)。材料分選、表面不平度等，還可以進(jìn)行零件計(jì)數(shù)。 2. 2. 應(yīng)用應(yīng)用3. 3. 應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)線圈厚度小，靈敏度高；線圈厚度小，靈敏度高；外徑大，測(cè)量范圍大，但靈敏度低外徑大，測(cè)量范圍大，但靈敏度低；被測(cè)對(duì)象的材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響：被測(cè)對(duì)象的材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響：電導(dǎo)率高，靈敏度高；磁導(dǎo)率高，靈敏電導(dǎo)率高，靈敏度高；磁導(dǎo)率高，靈敏度小，因而必須先進(jìn)行消磁處理。度小，因而必須先進(jìn)行消磁處理。被測(cè)體形狀對(duì)靈敏度的影響：被測(cè)體形狀

30、對(duì)靈敏度的影響：被測(cè)體的表面積應(yīng)大于線圈的表面積。被測(cè)體的表面積應(yīng)大于線圈的表面積。 2022-4-3355.3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器由物理學(xué)可知，導(dǎo)體電阻具有下列關(guān)系式：由物理學(xué)可知，導(dǎo)體電阻具有下列關(guān)系式： 式中式中 R 導(dǎo)體電阻；導(dǎo)體電阻； 導(dǎo)體電阻率；導(dǎo)體電阻率； L 導(dǎo)體長(zhǎng)度；導(dǎo)體長(zhǎng)度； A 導(dǎo)體截面積；導(dǎo)體截面積；因此被測(cè)量可以通過(guò)改變因此被測(cè)量可以通過(guò)改變L 、A、中任一個(gè)或多個(gè)兩來(lái)改變導(dǎo)體的中任一個(gè)或多個(gè)兩來(lái)改變導(dǎo)體的電阻。因此而構(gòu)成的傳感器稱為電阻式傳感器。電阻式傳感器有電位電阻。因此而構(gòu)成的傳感器稱為電阻式傳感器。電阻式傳感器有電位計(jì)式，應(yīng)變電阻式，金屬熱電阻式及半

31、導(dǎo)體敏感電阻式傳感器。本節(jié)計(jì)式，應(yīng)變電阻式，金屬熱電阻式及半導(dǎo)體敏感電阻式傳感器。本節(jié)中只介紹電位計(jì)式和應(yīng)變電阻式兩種。中只介紹電位計(jì)式和應(yīng)變電阻式兩種。 LRALRALRALRALRA2022-4-336電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器通常用電阻絲繞在框架上，改變電阻絲的接入長(zhǎng)度，通常用電阻絲繞在框架上，改變電阻絲的接入長(zhǎng)度，引起輸出電阻的改變。引起輸出電阻的改變。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠，但精度低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)差。且由于磨但精度低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)差。且由于磨損與塵埃等，引起接觸電阻變化，損與塵埃等，引起接觸電阻變化，引入噪聲。引入噪聲。 靈敏度：靈敏度： 應(yīng)用：應(yīng)用

32、：可用來(lái)測(cè)位移及可變成位移的物理量?？捎脕?lái)測(cè)位移及可變成位移的物理量。 一電位計(jì)式傳感器一電位計(jì)式傳感器1. 1. 工作原理工作原理：dRdRSkdxdL為常數(shù)，因此，具有良好的線性。為常數(shù)，因此，具有良好的線性。 LRALRA2022-4-337直線式電位計(jì)旋轉(zhuǎn)式電位計(jì) 當(dāng)被測(cè)量當(dāng)被測(cè)量x（或（或）發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致電刷移動(dòng)，從而改變電阻）發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致電刷移動(dòng)，從而改變電阻體的接入長(zhǎng)度，使輸出端電壓隨之改變。體的接入長(zhǎng)度，使輸出端電壓隨之改變。如果電阻體的電阻值沿位移如果電阻體的電阻值沿位移x（或（或）方向呈線形分布，則輸出）方向呈線形分布，則輸出電壓與位移電壓與位移 x（或（或）成正比；

33、如果電阻體的電阻值沿位移）成正比；如果電阻體的電阻值沿位移x（或（或）方向按某個(gè)非線形函數(shù)關(guān)系變化，則輸出電壓與位移方向按某個(gè)非線形函數(shù)關(guān)系變化，則輸出電壓與位移x（或（或）也是）也是某個(gè)非線形函數(shù)關(guān)系。這些函數(shù)關(guān)系由電阻體的骨架預(yù)先給定。也某個(gè)非線形函數(shù)關(guān)系。這些函數(shù)關(guān)系由電阻體的骨架預(yù)先給定。也可通過(guò)改變繞線節(jié)距的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的非線形函數(shù)特性。可通過(guò)改變繞線節(jié)距的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所要求的非線形函數(shù)特性。 2022-4-338 結(jié)構(gòu)及應(yīng)用結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，輸出功率大，可直接輸入電位計(jì)式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，輸出功率大，可直接輸入指示儀表，故工程上經(jīng)常用到。

34、但由于其分辨力有限，一般精度不高，指示儀表，故工程上經(jīng)常用到。但由于其分辨力有限，一般精度不高，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，故不適于測(cè)量快速變化過(guò)程。且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，故不適于測(cè)量快速變化過(guò)程。電位計(jì)式傳感器可直接用來(lái)測(cè)量位移及一切可通過(guò)相應(yīng)的敏感元件轉(zhuǎn)電位計(jì)式傳感器可直接用來(lái)測(cè)量位移及一切可通過(guò)相應(yīng)的敏感元件轉(zhuǎn)換成位移的非電量，如壓力、加速度等。換成位移的非電量，如壓力、加速度等。圖為一種電位計(jì)式壓力傳感器的工作原理。彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔圖為一種電位計(jì)式壓力傳感器的工作原理。彈性敏感元件膜盒的內(nèi)腔通入被測(cè)流體壓力。在此壓力的作用下，膜盒中心產(chǎn)生位移，通過(guò)連通入被測(cè)流體壓力。在此壓力的作用下，膜盒中心產(chǎn)生

35、位移，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電刷在電阻絲上滑動(dòng)，輸出與被測(cè)壓力成正比的電壓信號(hào)。桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)電刷在電阻絲上滑動(dòng)，輸出與被測(cè)壓力成正比的電壓信號(hào)。圖為電位計(jì)式加速度傳感器。慣性質(zhì)量塊在被測(cè)加速度的作用下，使圖為電位計(jì)式加速度傳感器。慣性質(zhì)量塊在被測(cè)加速度的作用下，使片狀彈簧產(chǎn)生正比與加速度的位移，而電位計(jì)將此位移轉(zhuǎn)換成與加速片狀彈簧產(chǎn)生正比與加速度的位移，而電位計(jì)將此位移轉(zhuǎn)換成與加速度成比例的電壓信號(hào)輸出。度成比例的電壓信號(hào)輸出。2022-4-339 二、應(yīng)變片式電阻傳感器二、應(yīng)變片式電阻傳感器1. 電阻的應(yīng)變效應(yīng)電阻的應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體的電阻值隨其變形而改變的一種物理現(xiàn)象。由應(yīng)變效應(yīng)是指金屬

36、導(dǎo)體的電阻值隨其變形而改變的一種物理現(xiàn)象。由式式 可知可知,當(dāng)電阻絲在被測(cè)量的作用下發(fā)生變形時(shí)，其長(zhǎng)度當(dāng)電阻絲在被測(cè)量的作用下發(fā)生變形時(shí)，其長(zhǎng)度L截面截面積積A電阻率電阻率都發(fā)生變化，因此，相應(yīng)的電阻值的變化量為都發(fā)生變化，因此，相應(yīng)的電阻值的變化量為L(zhǎng)RA2RRRLLdRdLdAddLdAdLAAAA2022-4-340 2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和類型應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和類型應(yīng)變片主要由四個(gè)部分組成，即敏感柵，引線，基底及覆蓋層，見下應(yīng)變片主要由四個(gè)部分組成，即敏感柵，引線，基底及覆蓋層，見下圖圖1-敏感柵；敏感柵； 2-覆蓋層；覆蓋層； 3-引線；引線； 4-基底基底2022-4-341敏感柵是應(yīng)變片的轉(zhuǎn)

37、換元件，根據(jù)其材料的不同，可將應(yīng)變片分為金敏感柵是應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換元件，根據(jù)其材料的不同，可將應(yīng)變片分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。（）金屬電阻應(yīng)變片（）金屬電阻應(yīng)變片 常用的金屬電阻應(yīng)變片有絲式，箔式和薄膜常用的金屬電阻應(yīng)變片有絲式，箔式和薄膜式三種。式三種。絲式應(yīng)變片的敏感柵由金屬絲構(gòu)成，見圖所示。這種應(yīng)變片使用最早，絲式應(yīng)變片的敏感柵由金屬絲構(gòu)成，見圖所示。這種應(yīng)變片使用最早，制造容易，價(jià)格低廉，目前仍在廣泛使用。制造容易，價(jià)格低廉，目前仍在廣泛使用。（a） (b) (c) 金屬絲式應(yīng)變片(a) U 型; (b) V型;(c) H型.2022-4-342

38、箔式應(yīng)變片的敏感柵是用金屬箔片經(jīng)光刻腐蝕而成。箔片厚度為箔式應(yīng)變片的敏感柵是用金屬箔片經(jīng)光刻腐蝕而成。箔片厚度為0.0010.01mm。這種應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)是敏感柵尺寸精確，線條均勻，。這種應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)是敏感柵尺寸精確，線條均勻，大批量生產(chǎn)時(shí)阻值離散度??；可以制成任意形狀以適應(yīng)各種測(cè)量要求；大批量生產(chǎn)時(shí)阻值離散度?。豢梢灾瞥扇我庑螤钜赃m應(yīng)各種測(cè)量要求；散熱好，允許通過(guò)較大電流；有較好的可撓性，蠕變小，疲勞壽命高。散熱好，允許通過(guò)較大電流；有較好的可撓性，蠕變小，疲勞壽命高。故目前箔式應(yīng)變片使用范圍日益擴(kuò)大，有逐漸取代絲式應(yīng)變片的趨勢(shì)。故目前箔式應(yīng)變片使用范圍日益擴(kuò)大，有逐漸取代絲式應(yīng)變片的趨勢(shì)。典

39、型的箔式應(yīng)變片如圖（典型的箔式應(yīng)變片如圖（a）（）（b）（）（c）所示）所示. 金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片金屬薄膜式應(yīng)變片是近代薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是采用真空蒸發(fā)或金屬薄膜式應(yīng)變片是近代薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是采用真空蒸發(fā)或真空沉積方法將金屬材料在基底材料（如表面有絕緣層的金屬，絕緣材料真空沉積方法將金屬材料在基底材料（如表面有絕緣層的金屬，絕緣材料或玻璃，石英，云母等無(wú)機(jī)材料）上制成一層敏感電阻膜而構(gòu)成的一種應(yīng)或玻璃，石英，云母等無(wú)機(jī)材料）上制成一層敏感電阻膜而構(gòu)成的一種應(yīng)變片。敏感膜的厚度在變片。敏感膜的厚度在0.1m以下。以下。2022-4-343（）半導(dǎo)體應(yīng)變片（）半導(dǎo)體應(yīng)變片 沿一塊

40、半導(dǎo)體材料軸向加載時(shí)，其電阻率回發(fā)生沿一塊半導(dǎo)體材料軸向加載時(shí)，其電阻率回發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。如果將應(yīng)變片的敏感柵改用半導(dǎo)體變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。如果將應(yīng)變片的敏感柵改用半導(dǎo)體材料，制成的應(yīng)變片稱為半導(dǎo)體應(yīng)變片。材料，制成的應(yīng)變片稱為半導(dǎo)體應(yīng)變片。對(duì)于半導(dǎo)體材料，公式仍然適用。因此，也可將半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈對(duì)于半導(dǎo)體材料，公式仍然適用。因此，也可將半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)寫作敏系數(shù)寫作 由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)對(duì)電阻變化率的影響遠(yuǎn)大于幾何形狀變化由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)對(duì)電阻變化率的影響遠(yuǎn)大于幾何形狀變化對(duì)電阻變化率的影響，故其靈敏系數(shù)近似為對(duì)電阻變化率的影響，故其靈敏系數(shù)近似為 半導(dǎo)體

41、應(yīng)變片的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)高，是金屬電阻應(yīng)變片的幾十半導(dǎo)體應(yīng)變片的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)高，是金屬電阻應(yīng)變片的幾十倍，機(jī)械滯后小，橫向效應(yīng)小，體積小。缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差，大倍，機(jī)械滯后小，橫向效應(yīng)小，體積小。缺點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性差，大應(yīng)變時(shí)非線形較嚴(yán)重，靈敏系數(shù)離散性大。隨著半導(dǎo)體集成電路工應(yīng)變時(shí)非線形較嚴(yán)重，靈敏系數(shù)離散性大。隨著半導(dǎo)體集成電路工藝的迅速發(fā)展，上述缺點(diǎn)相應(yīng)得到了克服。藝的迅速發(fā)展，上述缺點(diǎn)相應(yīng)得到了克服。半導(dǎo)體應(yīng)變片有體型，薄膜型及擴(kuò)散型三種。半導(dǎo)體應(yīng)變片有體型，薄膜型及擴(kuò)散型三種。(12)BedR RdR RKEdL LBeKE2022-4-344體型半導(dǎo)體應(yīng)變片的敏感元件是一條單

42、晶硅半導(dǎo)體，由單晶硅錠沿特體型半導(dǎo)體應(yīng)變片的敏感元件是一條單晶硅半導(dǎo)體，由單晶硅錠沿特定的晶軸方向切片，并經(jīng)研磨拋光和光刻腐蝕而成。圖為各種體型半定的晶軸方向切片，并經(jīng)研磨拋光和光刻腐蝕而成。圖為各種體型半導(dǎo)體應(yīng)變片導(dǎo)體應(yīng)變片。BeKE2022-4-345薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片（見圖）是用真空蒸發(fā)或沉積的方法，在薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片（見圖）是用真空蒸發(fā)或沉積的方法，在 表面表面覆有絕緣層的金屬箔片上形成半導(dǎo)體薄膜電阻并加上引線而構(gòu)成的。覆有絕緣層的金屬箔片上形成半導(dǎo)體薄膜電阻并加上引線而構(gòu)成的。擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片（見圖）是用固體擴(kuò)散技術(shù)，將擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片（見圖）是用固體擴(kuò)散技術(shù)，將p型雜質(zhì)擴(kuò)散到

43、型雜質(zhì)擴(kuò)散到一片一片n硅片上，形成一層極薄的硅片上，形成一層極薄的p型應(yīng)變電阻敏感層，再加上引線而型應(yīng)變電阻敏感層，再加上引線而構(gòu)成。構(gòu)成。 薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片2022-4-346 3 應(yīng)變傳感器及其應(yīng)用應(yīng)變傳感器及其應(yīng)用應(yīng)變片作為交換元件廣泛用于受力構(gòu)件的應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)量。它還可以應(yīng)變片作為交換元件廣泛用于受力構(gòu)件的應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)量。它還可以測(cè)量一起通過(guò)敏感元件可轉(zhuǎn)換成應(yīng)變的非電量，如力、位移、加速度測(cè)量一起通過(guò)敏感元件可轉(zhuǎn)換成應(yīng)變的非電量，如力、位移、加速度等。應(yīng)變片在使用時(shí)通常將其接入測(cè)量電橋，以便將電阻的變化量變等。應(yīng)變片在使用時(shí)通常將

44、其接入測(cè)量電橋，以便將電阻的變化量變成電壓輸出成電壓輸出 構(gòu)件的應(yīng)變測(cè)量構(gòu)件的應(yīng)變測(cè)量為一桿受拉的應(yīng)變測(cè)量示意圖。將應(yīng)變片貼于構(gòu)件被測(cè)點(diǎn)處，并作為測(cè)為一桿受拉的應(yīng)變測(cè)量示意圖。將應(yīng)變片貼于構(gòu)件被測(cè)點(diǎn)處，并作為測(cè)量電橋的一個(gè)工作臂。還可以在相鄰臂接入一應(yīng)變片進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此應(yīng)量電橋的一個(gè)工作臂。還可以在相鄰臂接入一應(yīng)變片進(jìn)行溫度補(bǔ)償，此應(yīng)變片參數(shù)與測(cè)量應(yīng)變片相同，貼在一處與被測(cè)件相同的材料上，并置于與變片參數(shù)與測(cè)量應(yīng)變片相同，貼在一處與被測(cè)件相同的材料上，并置于與被測(cè)點(diǎn)相同的溫度環(huán)境中。當(dāng)構(gòu)件受力時(shí)，應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，電橋失被測(cè)點(diǎn)相同的溫度環(huán)境中。當(dāng)構(gòu)件受力時(shí)，應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，電橋失去平衡

45、，電橋的輸出電壓與構(gòu)件的應(yīng)變成比例。去平衡，電橋的輸出電壓與構(gòu)件的應(yīng)變成比例。 2022-4-347為應(yīng)變式力傳感器，彈性敏感元件有柱形、梁形和環(huán)形，它們將為應(yīng)變式力傳感器，彈性敏感元件有柱形、梁形和環(huán)形，它們將被測(cè)力變換成應(yīng)變參量。貼在彈性元件上的應(yīng)變片將應(yīng)變參量轉(zhuǎn)換成被測(cè)力變換成應(yīng)變參量。貼在彈性元件上的應(yīng)變片將應(yīng)變參量轉(zhuǎn)換成電阻量的變化。這種力傳感器一般都由四個(gè)應(yīng)變片組成全等臂電橋電阻量的變化。這種力傳感器一般都由四個(gè)應(yīng)變片組成全等臂電橋（見圖），不須外接補(bǔ)償片，電橋輸出電壓的變化反映了被測(cè)力的大（見圖），不須外接補(bǔ)償片，電橋輸出電壓的變化反映了被測(cè)力的大小。小。 VoE2022-4-3

46、48圖為應(yīng)變式位移傳感器的原理圖。位移圖為應(yīng)變式位移傳感器的原理圖。位移x使板彈性變形。板上的應(yīng)使板彈性變形。板上的應(yīng)變片感受板的應(yīng)變并將其轉(zhuǎn)換成電阻的變化量。變片感受板的應(yīng)變并將其轉(zhuǎn)換成電阻的變化量。圖為應(yīng)變式加速度傳感器，其本質(zhì)上是一個(gè)慣性力傳感器。當(dāng)外殼圖為應(yīng)變式加速度傳感器，其本質(zhì)上是一個(gè)慣性力傳感器。當(dāng)外殼與被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊與被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊M的慣性力作用在懸臂梁上，梁的的慣性力作用在懸臂梁上，梁的應(yīng)變與加速度成正比，貼在梁上的應(yīng)變片將對(duì)應(yīng)的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的應(yīng)變與加速度成正比，貼在梁上的應(yīng)變片將對(duì)應(yīng)的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化量。變化量。應(yīng)變式位移傳感器應(yīng)變式位移傳

47、感器 應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器2022-4-3495.3.3.5.3.3.電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電感量的變化，按照電感的類電感式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電感量的變化，按照電感的類型，電感傳感器可分為自感系數(shù)變化型和互感系數(shù)變化型兩大類。本節(jié)型，電感傳感器可分為自感系數(shù)變化型和互感系數(shù)變化型兩大類。本節(jié)介紹的電感傳感器主要是自感傳感器和差動(dòng)變壓器。介紹的電感傳感器主要是自感傳感器和差動(dòng)變壓器。 一、自感式傳感器一、自感式傳感器一個(gè)帶有鐵芯的線圈，其電感量可以表示為一個(gè)帶有鐵芯的線圈，其電感量可以表示為式中式中 線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)； 線圈磁通；

48、線圈磁通； 電流。電流。代入：代入： 磁路磁阻。磁路磁阻。 得：WLIWImWIR mRmR2mWLR通常，鐵芯的磁阻遠(yuǎn)小于空氣隙的磁阻，故得 02mRA202WAL0A鐵芯和空氣的磁導(dǎo)率及空氣隙的面積和厚度 2022-4-350 （）工作原理（）工作原理這就是自感式傳感器的工作原理表達(dá)式。根據(jù)，被測(cè)這就是自感式傳感器的工作原理表達(dá)式。根據(jù)，被測(cè)量只要能夠改變空氣隙厚度或面積，就能改變線圈的自感系數(shù)量只要能夠改變空氣隙厚度或面積，就能改變線圈的自感系數(shù)L L，從，從而構(gòu)成各種類型的自感式電感傳感器。而構(gòu)成各種類型的自感式電感傳感器。 202WAL202WAL2022-4-351圖圖(a) (a

49、) 為空氣隙厚度式電感傳感器。由公式可知，為空氣隙厚度式電感傳感器。由公式可知，L L與與呈雙曲線關(guān)系呈雙曲線關(guān)系 在小在小的情況下，其靈敏度比較高。為了限制非線形誤差，這種傳感的情況下，其靈敏度比較高。為了限制非線形誤差，這種傳感器多用于微小位移測(cè)量。器多用于微小位移測(cè)量。圖圖(b)(b)為變氣隙截面式電感傳感器。這種傳感器的輸出特性為線性，并為變氣隙截面式電感傳感器。這種傳感器的輸出特性為線性，并且自由行程限制小，示值范圍大。如將銜鐵做成轉(zhuǎn)動(dòng)式，則可以用來(lái)且自由行程限制小，示值范圍大。如將銜鐵做成轉(zhuǎn)動(dòng)式，則可以用來(lái)測(cè)量角位移測(cè)量角位移圖圖 (c)(c)為螺管式電感傳感器。即在螺管線圈中插入

50、一個(gè)可移動(dòng)的鐵芯為螺管式電感傳感器。即在螺管線圈中插入一個(gè)可移動(dòng)的鐵芯而構(gòu)成。鐵芯移動(dòng)時(shí)，磁路磁阻發(fā)生變化，使線圈自感發(fā)生變化。這而構(gòu)成。鐵芯移動(dòng)時(shí)，磁路磁阻發(fā)生變化，使線圈自感發(fā)生變化。這種傳感器的靈敏度比較低，但由于螺管可以做的很長(zhǎng)，故宜于測(cè)量較種傳感器的靈敏度比較低，但由于螺管可以做的很長(zhǎng)，故宜于測(cè)量較大的位移量。大的位移量。2022-4-3522. 2. 差動(dòng)式電感傳感器差動(dòng)式電感傳感器差動(dòng)式電感傳感器是由兩個(gè)完全相同的傳感器線圈共用一個(gè)活動(dòng)銜鐵差動(dòng)式電感傳感器是由兩個(gè)完全相同的傳感器線圈共用一個(gè)活動(dòng)銜鐵而構(gòu)成的。這樣可以消除電磁力、溫度和電氣等共模干擾，提高傳感而構(gòu)成的。這樣可以消除

51、電磁力、溫度和電氣等共模干擾，提高傳感器的靈敏度，改善非線形，減小測(cè)量誤差。差動(dòng)變氣隙式比單邊變氣器的靈敏度，改善非線形，減小測(cè)量誤差。差動(dòng)變氣隙式比單邊變氣隙式的靈敏度提高約一倍，其輸出線形度也改善許多隙式的靈敏度提高約一倍，其輸出線形度也改善許多 。2022-4-353變氣隙截面式和螺管式電感傳感器也可構(gòu)成差動(dòng)式。圖（變氣隙截面式和螺管式電感傳感器也可構(gòu)成差動(dòng)式。圖（a a）為變面）為變面積式差動(dòng)電感傳感器原理圖，圖（積式差動(dòng)電感傳感器原理圖，圖（b b）為螺管式差動(dòng)電感傳感器原理）為螺管式差動(dòng)電感傳感器原理圖圖。差動(dòng)變氣隙截面和差動(dòng)螺管式電感傳感器差動(dòng)變氣隙截面和差動(dòng)螺管式電感傳感器（a

52、 a）差動(dòng)變氣隙截面式；（）差動(dòng)變氣隙截面式；（b b）螺管式。）螺管式。2022-4-354二、變壓器式（即互感式）電感傳感器二、變壓器式（即互感式）電感傳感器變壓器式電感傳感器是將被測(cè)量的變化變換成線圈的互感變化，變壓器式電感傳感器是將被測(cè)量的變化變換成線圈的互感變化，其本身如同一個(gè)變壓器，但因互感系數(shù)隨被測(cè)量的變化而變化，所以其本身如同一個(gè)變壓器，但因互感系數(shù)隨被測(cè)量的變化而變化，所以當(dāng)初級(jí)線圈接入電源后，次級(jí)線圈便輸出一個(gè)隨被測(cè)量的變化而變化當(dāng)初級(jí)線圈接入電源后，次級(jí)線圈便輸出一個(gè)隨被測(cè)量的變化而變化的電壓。這種傳感器常采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故稱為差動(dòng)變的電壓。這種傳感器常采用兩

53、個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器壓器式電感傳感器。2022-4-355 三電感傳感器及其應(yīng)用三電感傳感器及其應(yīng)用 電感傳感器的基本測(cè)量量是位移量，也可測(cè)量那些能夠轉(zhuǎn)換成電感傳感器的基本測(cè)量量是位移量，也可測(cè)量那些能夠轉(zhuǎn)換成位移的變化的參數(shù)，如力、加速度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)矩等。位移的變化的參數(shù)，如力、加速度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)矩等。圖為電感傳感器測(cè)量軸的圓跳動(dòng)量的實(shí)例。圖中傳遞支架將軸的圓圖為電感傳感器測(cè)量軸的圓跳動(dòng)量的實(shí)例。圖中傳遞支架將軸的圓跳動(dòng)量傳遞到電感傳感器的測(cè)量桿上。跳動(dòng)量傳遞到電感傳感器的測(cè)量桿上。圖為一種測(cè)量角位移的旋轉(zhuǎn)式差動(dòng)變壓器示意圖。鐵芯做成旋轉(zhuǎn)式圖為一種測(cè)量角位移的旋轉(zhuǎn)式

54、差動(dòng)變壓器示意圖。鐵芯做成旋轉(zhuǎn)式的，當(dāng)鐵芯旋轉(zhuǎn)不同的角度時(shí)，初級(jí)線圈與兩次級(jí)線圈的耦合情況不的，當(dāng)鐵芯旋轉(zhuǎn)不同的角度時(shí)，初級(jí)線圈與兩次級(jí)線圈的耦合情況不同，輸出電壓的變化與角位移相對(duì)應(yīng)?？蓽y(cè)的角位移線形范圍為同，輸出電壓的變化與角位移相對(duì)應(yīng)?？蓽y(cè)的角位移線形范圍為4040。軸的圓跳動(dòng)量測(cè)量圖軸的圓跳動(dòng)量測(cè)量圖 旋轉(zhuǎn)式差動(dòng)變壓器旋轉(zhuǎn)式差動(dòng)變壓器2022-4-356下圖是電感式測(cè)力傳感器。圖中（下圖是電感式測(cè)力傳感器。圖中（A A）的彈性元件為兩個(gè)圓片狀彈簧，）的彈性元件為兩個(gè)圓片狀彈簧，它將被測(cè)力它將被測(cè)力 變換成差動(dòng)變壓器鐵芯的位移。圖中（變換成差動(dòng)變壓器鐵芯的位移。圖中（B B）的彈性元件做

55、）的彈性元件做成圓環(huán)，它將被測(cè)力變成鐵芯的位移。成圓環(huán)，它將被測(cè)力變成鐵芯的位移。 (A) (B) 電感式測(cè)力傳感器電感式測(cè)力傳感器 2022-4-357下圖是差動(dòng)變壓器式加速度計(jì)。銜鐵為固定在彈簧片上的質(zhì)量塊，外下圖是差動(dòng)變壓器式加速度計(jì)。銜鐵為固定在彈簧片上的質(zhì)量塊，外殼可固定在振動(dòng)物體上，隨振動(dòng)物體一起振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于質(zhì)殼可固定在振動(dòng)物體上，隨振動(dòng)物體一起振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于質(zhì)量量- -彈簧系數(shù)的自振頻率時(shí)，質(zhì)量塊可視為靜止不動(dòng)。這時(shí)，隨著殼彈簧系數(shù)的自振頻率時(shí)，質(zhì)量塊可視為靜止不動(dòng)。這時(shí)，隨著殼體的振動(dòng)，質(zhì)量塊兩側(cè)的氣隙發(fā)生變化，導(dǎo)致次級(jí)線圈輸出與加速度體的振動(dòng)，質(zhì)量塊兩側(cè)的氣

56、隙發(fā)生變化，導(dǎo)致次級(jí)線圈輸出與加速度成正比例的電壓信號(hào)。成正比例的電壓信號(hào)。2022-4-358. . .電容式傳感器電容式傳感器 0rAAC r0A電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化的一種電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化的一種傳感器。實(shí)際上，它就是一個(gè)可變參變量的電容器。對(duì)于平板電容器，傳感器。實(shí)際上，它就是一個(gè)可變參變量的電容器。對(duì)于平板電容器，在不考慮邊界效應(yīng)時(shí)，它的電容量為在不考慮邊界效應(yīng)時(shí)，它的電容量為 式中：式中： 極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；極板間介質(zhì)的介電常數(shù)； 相對(duì)介電常數(shù)；相對(duì)介電常數(shù)；真空的介電常數(shù)；真空的介電常數(shù)；兩平行板的覆蓋面積；兩平行板的覆蓋面

57、積；兩平行極板間的距離。兩平行極板間的距離。這就是電容傳感器的基本關(guān)系式。當(dāng)被測(cè)量使公式中的任一個(gè)參數(shù)變這就是電容傳感器的基本關(guān)系式。當(dāng)被測(cè)量使公式中的任一個(gè)參數(shù)變化時(shí)，都能使電容量改變。因此，電容傳感器有三種類型，即變極距化時(shí)，都能使電容量改變。因此，電容傳感器有三種類型，即變極距（）型，變面積（）型，變面積（A A）型和變介電常數(shù)（）型和變介電常數(shù)（）型。）型。2022-4-359一、極距型電容傳感器一、極距型電容傳感器下圖是變極距型電容傳感器的原理結(jié)構(gòu)及輸出特性曲線。下圖是變極距型電容傳感器的原理結(jié)構(gòu)及輸出特性曲線。 可求出這種傳感器的靈敏度。公式表明，靈敏度與極距可求出這種傳感器的靈敏

58、度。公式表明，靈敏度與極距 成反比，成反比，所以輸出特性非線性嚴(yán)重，為了減小非線性度，通常規(guī)定這種傳所以輸出特性非線性嚴(yán)重，為了減小非線性度，通常規(guī)定這種傳感器在小范圍內(nèi)工作時(shí)，以獲得近似線性關(guān)系。同時(shí)為感器在小范圍內(nèi)工作時(shí)，以獲得近似線性關(guān)系。同時(shí)為 了獲得了獲得較高的靈敏度，原始極距往往取得很小，使其用于小位移測(cè)量時(shí)較高的靈敏度，原始極距往往取得很小，使其用于小位移測(cè)量時(shí)有較高的靈敏度有較高的靈敏度 21dCSAd 2022-4-360二、變面積型電容傳感器二、變面積型電容傳感器下圖為各種類型的變面積型電容傳感器。與變極距型相比，其測(cè)量下圖為各種類型的變面積型電容傳感器。與變極距型相比，其

59、測(cè)量范圍大，可以測(cè)量較大的線位移和角位移。圖中給出了單邊，差動(dòng)及齒范圍大，可以測(cè)量較大的線位移和角位移。圖中給出了單邊，差動(dòng)及齒形極板等多種形式。差動(dòng)結(jié)構(gòu)比單邊結(jié)構(gòu)的靈敏度提高約一倍。齒形極形極板等多種形式。差動(dòng)結(jié)構(gòu)比單邊結(jié)構(gòu)的靈敏度提高約一倍。齒形極板結(jié)構(gòu)由于受齒的大小的限制，只能測(cè)較小的位移。板結(jié)構(gòu)由于受齒的大小的限制，只能測(cè)較小的位移。平板單邊線位移式、平板單邊線位移式、單邊圓柱型線位移式、角位移式、齒形極板式。單邊圓柱型線位移式、角位移式、齒形極板式。 2022-4-361三、變介電常數(shù)型電容傳感器三、變介電常數(shù)型電容傳感器 這種電容變換元件結(jié)構(gòu)形式也有許多種，它們大多用來(lái)測(cè)量材料的厚

60、這種電容變換元件結(jié)構(gòu)形式也有許多種，它們大多用來(lái)測(cè)量材料的厚度、液體的液面、容量及溫度、濕度等能導(dǎo)致極板間介電常數(shù)變化的物度、液體的液面、容量及溫度、濕度等能導(dǎo)致極板間介電常數(shù)變化的物理量理量。圖（圖（a a）為極間介電質(zhì)的厚度變化導(dǎo)致極間介電常數(shù)改變，可以）為極間介電質(zhì)的厚度變化導(dǎo)致極間介電常數(shù)改變，可以用來(lái)測(cè)量紙張等固體電介質(zhì)厚度；（用來(lái)測(cè)量紙張等固體電介質(zhì)厚度；（b b），（），（c c）所示為固體或液體電介）所示為固體或液體電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度和高度變化而導(dǎo)致極間介電常數(shù)的改變，可以用來(lái)質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度和高度變化而導(dǎo)致極間介電常數(shù)的改變，可以用來(lái)測(cè)量位移、液位、液量；（測(cè)量位移、液

61、位、液量；（d d）為極間介質(zhì)本身的介電常數(shù)在溫度、濕）為極間介質(zhì)本身的介電常數(shù)在溫度、濕度或容量改變時(shí)發(fā)生變化，可以用于測(cè)量溫度、濕度或容量。度或容量改變時(shí)發(fā)生變化，可以用于測(cè)量溫度、濕度或容量。 （a a） (b) (c) (d)(b) (c) (d)2022-4-362四、電容傳感器及其應(yīng)用四、電容傳感器及其應(yīng)用由電容式傳感器的原理可知，除變介電常數(shù)電容式傳感器外，其基由電容式傳感器的原理可知，除變介電常數(shù)電容式傳感器外，其基本測(cè)量是線位移或角位移，因此，電容變換元件多用來(lái)構(gòu)成位移傳感器本測(cè)量是線位移或角位移，因此，電容變換元件多用來(lái)構(gòu)成位移傳感器及振動(dòng)計(jì)等，由于電容式傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，

62、故特別適合于測(cè)量高頻振及振動(dòng)計(jì)等，由于電容式傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，故特別適合于測(cè)量高頻振動(dòng)下的微小位移。動(dòng)下的微小位移。用于測(cè)量金屬導(dǎo)體表面位移的電容式傳感器往往只含一個(gè)電極，而用于測(cè)量金屬導(dǎo)體表面位移的電容式傳感器往往只含一個(gè)電極，而把被測(cè)對(duì)象作為另一個(gè)電極使用。下圖（把被測(cè)對(duì)象作為另一個(gè)電極使用。下圖（a a）即為一種單電極的電容式）即為一種單電極的電容式傳感器，這種位移傳感器的幾中應(yīng)用情況見圖傳感器，這種位移傳感器的幾中應(yīng)用情況見圖(b)(b)所示是振動(dòng)體的振動(dòng)所示是振動(dòng)體的振動(dòng)測(cè)量，圖中（測(cè)量，圖中（c c）是轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)精度測(cè)量，利用垂直安放的兩個(gè)電容式位）是轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)精度測(cè)量，利用垂直安放的

63、兩個(gè)電容式位移傳感器，可測(cè)出軸心的動(dòng)態(tài)偏擺情況。移傳感器，可測(cè)出軸心的動(dòng)態(tài)偏擺情況。 (a) (b) (c)(a) (b) (c)2022-4-363 利用電容變換元件還可構(gòu)成壓力、壓差、加速度、荷重、液壓、料利用電容變換元件還可構(gòu)成壓力、壓差、加速度、荷重、液壓、料位等多種傳感器。圖位等多種傳感器。圖(a)(a)是一種壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。電容壓力傳感器是一種壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。電容壓力傳感器一般都有兩個(gè)極板，其中一個(gè)極板為彈性元件，將被測(cè)壓力變換為極板一般都有兩個(gè)極板，其中一個(gè)極板為彈性元件，將被測(cè)壓力變換為極板的位移。圖的位移。圖(b)(b)是一種電容式壓差傳感器。電容極板構(gòu)成差動(dòng)形式，由

64、是一種電容式壓差傳感器。電容極板構(gòu)成差動(dòng)形式，由膜片和兩個(gè)鍍金的玻璃圓盤組成。當(dāng)兩個(gè)腔的壓差增加時(shí)，膜片彎向低膜片和兩個(gè)鍍金的玻璃圓盤組成。當(dāng)兩個(gè)腔的壓差增加時(shí)，膜片彎向低壓的一邊，從而改變了每個(gè)玻璃圓盤與中間膜片之間的電容，是其中一壓的一邊，從而改變了每個(gè)玻璃圓盤與中間膜片之間的電容，是其中一個(gè)電容增加，另一個(gè)電容減小。將這兩個(gè)電容接入圖中測(cè)量電橋的相鄰個(gè)電容增加，另一個(gè)電容減小。將這兩個(gè)電容接入圖中測(cè)量電橋的相鄰臂，電橋輸出電壓的大小便反映了壓差的大小。并且在膜片左移或右移臂，電橋輸出電壓的大小便反映了壓差的大小。并且在膜片左移或右移時(shí)，輸出電壓的相位相反，從而可以辨別壓差的正負(fù)時(shí)，輸出電

65、壓的相位相反，從而可以辨別壓差的正負(fù) ( a) (b)( a) (b)2022-4-3645.3.5 5.3.5 半導(dǎo)體磁電效應(yīng)傳感器半導(dǎo)體磁電效應(yīng)傳感器 XIZBHV、原理：如下圖所示，厚度t為的n型半導(dǎo)體，a,b兩端通以電流 ,當(dāng)在與半導(dǎo)體垂直的方向上加以磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁場(chǎng)時(shí)，在半導(dǎo)體的c,d兩端將出現(xiàn)霍爾電勢(shì),這是由于載流子在 磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到洛倫茲力作用的緣故。此力與載流子運(yùn)動(dòng)方向垂直，在它的作用下，載流子向一測(cè)偏轉(zhuǎn)，從而在半導(dǎo)體的橫向形成霍爾電勢(shì) ，2022-4-365、磁場(chǎng)效應(yīng)傳感器極其應(yīng)用、磁場(chǎng)效應(yīng)傳感器極其應(yīng)用霍爾元件，磁敏電阻及磁敏二極管都可以直接用于磁場(chǎng)測(cè)量。這類霍爾元件

66、，磁敏電阻及磁敏二極管都可以直接用于磁場(chǎng)測(cè)量。這類元件都具有在靜止?fàn)顟B(tài)下感受磁場(chǎng)的能力，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)寬、元件都具有在靜止?fàn)顟B(tài)下感受磁場(chǎng)的能力，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率響應(yīng)寬、壽命長(zhǎng)、可靠性高。利用霍爾元件或磁阻元件的磁電特性，還可以構(gòu)成壽命長(zhǎng)、可靠性高。利用霍爾元件或磁阻元件的磁電特性，還可以構(gòu)成各種壓力、轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器。磁阻效應(yīng)位移傳感器將磁阻元件各種壓力、轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器。磁阻效應(yīng)位移傳感器將磁阻元件置于磁場(chǎng)中，當(dāng)它相對(duì)于磁場(chǎng)發(fā)生位移時(shí)，元件內(nèi)阻置于磁場(chǎng)中，當(dāng)它相對(duì)于磁場(chǎng)發(fā)生位移時(shí)，元件內(nèi)阻 發(fā)生變化。如發(fā)生變化。如果將其接入電橋，則電橋的輸出電壓與電阻的變化成一定的比例關(guān)系。果將其接入電橋，則電橋的輸出電壓與電阻的變化成一定的比例關(guān)系。 2022-4-366 5.3.6 5.3.6 光纖式傳感器光纖式傳感器 1原理：原理：光纖位移傳感器光纜的后部被分為兩支，一支用于光發(fā)射，一支用于光纖位移傳感器光纜的后部被分為兩支，一支用于光發(fā)射，一支用于光接收。光纜的前部為探頭，如圖所示。當(dāng)光纖探頭緊貼被測(cè)件時(shí)，光接收。光纜的前部為探頭，如圖所示。當(dāng)光纖探頭緊貼被測(cè)件時(shí)，發(fā)射光纖