本章總課時

理論4課時、實驗2課時，共計6課時。本章主要內(nèi)容

本章主要內(nèi)容包括電阻應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁敏傳感器、光電式傳感器、集成傳感器。

本章基本要求熟練掌握不同類型傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)，熟練掌握不同類型傳感器的特性及選用方法，掌握不同類型傳感器的基本應(yīng)用。本章重點及難點

本章重點為不同類型傳感器的工作原理及特性，其中基本原理、結(jié)構(gòu)及特性為主要內(nèi)容。難點為不同類型傳感器的工作原理及特性分析?！?傳感器概述

一.傳感器在科技發(fā)展中的重要性1.傳感器的作用與地位人類社會已進(jìn)入信息時代，人們的社會活動主要依靠對信息資源的開發(fā)及獲取、傳輸與處理。傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制系統(tǒng)之首。因此，傳感器成為感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的電信號。所以傳感器的作用與地位就特別重要了。信息技術(shù)對社會發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步將起著決定性作用?，F(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)是信息采集、信息傳輸與信息處理，它們也就是傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)。而且傳感器在信息采集系統(tǒng)中處于前端，其性能將會影響整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)與質(zhì)量。

3.傳感器技術(shù)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)系傳感器的重要性還體現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域。例如工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、軍事工程、航天技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、資源探測、海洋開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、家用電器等領(lǐng)域，都與傳感器密切相關(guān)。反過來，傳感器的發(fā)展水平，會對其它學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生制約作用?？茖W(xué)技術(shù)上的每一個發(fā)現(xiàn)與進(jìn)步，都離不開傳感器與檢測技術(shù)的保證。2.傳感器技術(shù)與信息技術(shù)的關(guān)系二.傳感器定義依照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665-87)，能感受(響應(yīng))規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置稱為傳感器(transducer/sensor)。傳感器的定義中包括以下含義：1.傳感器是一種測量裝置，能完成檢測任務(wù)。2.其輸入量是某一被測量，可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等非物理量。3.其輸出量是某種物理量，可以是氣、光、電等物理量，但主要為電學(xué)量。其目的是為了便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示。4.輸入輸出量之間具有確定的對應(yīng)關(guān)系，且具有一定的精度。三.傳感器的組成傳感器的組成可分為敏感元件、傳感元件、檢測電路等三個部分，其組成框圖如圖4.1.1所示。圖4.1.1傳感器組成框圖

1.敏感元件傳感器中直接感受被測量(一般為非電量)，并輸出與被測量成確定關(guān)系的其它量(包括電量)的元件稱為敏感元件。其主要作用是將那些不能(或不易)用現(xiàn)有技術(shù)直接變換成電量進(jìn)行測量的被測量，預(yù)先變換成另一種能夠(或容易)用現(xiàn)有技術(shù)直接變換成電量的其它量。

2.傳感元件只感受由敏感元件輸出的、與被測量成確定關(guān)系的另一種非電量，然后輸出電量的元件稱為傳感元件(轉(zhuǎn)換元件)。

3.檢測電路檢測電路即為基本轉(zhuǎn)換電路，它只完成最基本的信號轉(zhuǎn)換。傳感元件輸出信號一般比較微弱，或附含誤差等，往往需要進(jìn)行加工和處理，如放大(或衰減)、調(diào)制、解調(diào)、濾波、運(yùn)算、數(shù)字化等，完成這一功能的電路稱為檢測電路或信號處理(調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換)電路。其主要作用是將傳感元件輸出的電量變換成具有一定功率的模擬電壓(電流)信號或數(shù)字信號，以推動后級的輸出顯示或記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4.輔助電源對無源型傳感器而言，它不能起換能作用，必須具有輔助能源。輔助電源同時也給檢測電路及顯示設(shè)備等提供能源。三.傳感器的分類

1.按被測對象分類速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器等。

2.按輸出信號的性質(zhì)分類模擬型傳感器、數(shù)字型傳感器。

3.按能量傳遞方式分類

有源型傳感器也稱為能量變換型傳感器，為二端口結(jié)構(gòu)。它類似于一臺發(fā)電機(jī)，能直接將非電能變換為電能。

無源型傳感器也稱為能量控制型傳感器，為三端口結(jié)構(gòu)。它不能起換能作用，被測物理量僅對傳感器中的能量起控制或調(diào)制作用。其本身不是一個信號源，因而必須具有輔助能源。

間接型傳感器也稱為能量傳遞型傳感器，其對被測物理量的測量過程實際上就是一個能量傳遞過程。如激光式、熱輻射式、超聲波式傳感器等。

4.按工作機(jī)理分類可分為電阻式、電感式、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、電渦流式、光電式、磁彈性式、應(yīng)變式傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點是有利于對傳感器工作原理進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，其缺點是用戶選用傳感器時會感到不便。

5.按物理原理分類

物性型傳感器這種傳感器依賴其敏感元件物理特性的變化來實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換。如熱敏傳感器、濕敏傳感器等。

結(jié)構(gòu)型傳感器這種傳感器依賴其結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化來實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換。如電容式、電感式傳感器等。四.傳感器技術(shù)的發(fā)展動向1.發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象2.開發(fā)新生材料3.采用微細(xì)加工技術(shù)4.研究多功能集成傳感器5.智能化傳感器6.新一代航天傳感器的研究7.仿生傳感器的研究科學(xué)技術(shù)上的每一個發(fā)現(xiàn)與進(jìn)步，都離不開傳感器與檢測技術(shù)的保證。傳感器的組成可分為敏感元件、傳感元件、檢測電路等三個部分。傳感器種類繁多，分類方法也不盡相同，本課程主要是按工作機(jī)理與被測對象進(jìn)行分類。如何采用新技術(shù)、新工藝、新材料以及探索新理論，以達(dá)高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換效能是總的發(fā)展途徑。本節(jié)小結(jié)§2電阻式傳感器

概念電阻式傳感器是一類根據(jù)電阻定律而設(shè)計的傳感器，它能將被測量(如位移、力、溫度等)的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

分類主要可分為電位計(器)式與電阻應(yīng)變式兩大類。本節(jié)主要介紹電位計式電阻傳感器與應(yīng)變式電阻傳感器。不包括熱電阻、熱敏電阻、磁敏電阻、氣敏電阻、濕敏電阻、光敏電阻等內(nèi)容。一.電位計(器)式傳感器

1.基本結(jié)構(gòu)電位計(器)式傳感器又稱為變阻式傳感器。常用的有三種形式，其基本結(jié)構(gòu)如圖4.2.1所示。電位計式傳感器主要由線圈、骨架、滑動觸頭等構(gòu)成。(a)線位移式(b)角位移式(c)其非線性式圖4.2.1電位計式傳感器2.基本轉(zhuǎn)換原理

(1)基本原理電位計式傳感器線圈繞于骨架上，觸頭可在繞線上滑動。當(dāng)滑動觸頭在繞線上的位置發(fā)生改變時，相應(yīng)電阻值也發(fā)生改變，即實現(xiàn)了將位移量變化為電阻值的轉(zhuǎn)變。設(shè)繞線的電阻率、長度、截面積分別為ρ(Ω?mm2/m)、l(m)、A(mm2)，則R=l?(ρ/A)(Ω)(4.2.1)

(2)線位移式電位計式傳感器設(shè)線位移式電位計式傳感器電阻絲單位長度的電阻值為Ri，則當(dāng)被測線位移變化時，滑動觸頭的觸點C沿電位計移動x，則C點與A點之間的電阻為Rx=Rix(4.2.2)

(3)線角位移式電位計式傳感器設(shè)角位移式電位計式傳感器電阻絲與單位弧度對應(yīng)的電阻值為kα，滑動觸頭的偏轉(zhuǎn)角為α，則C點與A點之間的電阻為Rα=kαα(4.2.3)

(4)非線性式電位計式傳感器當(dāng)輸入位移呈非線性變化規(guī)律時，為保證輸入輸出之間的線性關(guān)系，利于后續(xù)儀表的設(shè)計，可以根據(jù)輸入的函數(shù)規(guī)律f(x)來確定其骨架的形狀。如果輸入量為f(x)=Ax2，則骨架應(yīng)采用三角形；如果輸入量為為f(x)=Ax3，則骨架應(yīng)采用拋物線形。3.靈敏距度傳感俯器的靈敏喉度S即為呈輸入x對輸靈出y的微咸分，藝即S=戲dy/dx(4呆.2盡.4只)對線吐位移百式與盈角位殿移式對其靈指敏度疾分別熔為Sx=dR/dx=Ri，Sα候=dR/d藥α=kα蘆(4自.2焰.5怒)4.基本開檢測榨電路電位宴計式塵傳感念器一誦般采導(dǎo)用電例阻分鵝壓電自路，引將電狂參量R轉(zhuǎn)換趨為電擠壓輸節(jié)出給婚后續(xù)邀電路窩，如據(jù)圖4.蔽2.丹2所示得。設(shè)電巾位計暑總電短阻值衣為Rp，總丈長度退為xP，后續(xù)斥電路攪輸入遍電阻樹為RL，則經(jīng)當(dāng)觸巾頭移論動后，縫輸出業(yè)電壓uy為uy=u0/[xP/x+(Rp/RL)(臭1-x/xP)]辨(4基.2怒.6燙)可見蠅，經(jīng)趕后續(xù)寄電路撫后的華實際倡輸入供、輸志出為非挨線性破關(guān)系匠。為核減小鞠后續(xù)柔電路裹的影彩響，應(yīng)使RL>>Rp。此誼時，uy≈(u0/xP)x，近嚼似為線拆性關(guān)誓系。圖4.符2.魚2電阻思分壓綢電路5.特點對于顛位移哨測量宇，電餓位計軍式傳躁感器辟常用荒于伺梳服記疲錄儀軟或電救子電役位差在計等杯。電位瞞計式伐傳感批器的叛優(yōu)點焦是結(jié)荒構(gòu)簡券單，袖性能尾穩(wěn)定嫂，使爹用方臂便。釀其缺陜點是劇分辨險率不鬧高，禿因受剛骨架告尺寸典和導(dǎo)鼠線直配徑的類限制廣，分員辨率警很難僻高于20型μm，由障于滑里臂機(jī)卡構(gòu)的具影響腳，使艷用頻飲率范諷圍也目受到扣限制芳，其拐電噪散聲較未大，溜繞制誘困難府。二.電阻攪應(yīng)變固式傳查感器應(yīng)變周式電殊阻傳務(wù)感器(R唐es猛is荒ta命nc耐e滅st珠ra春in盤-g顫ag站e欠tr隙an撐sd燃uc催er比)主要龜由電貴阻應(yīng)煩變片筋及轉(zhuǎn)樣換電淡路等語組成吼。電銜阻應(yīng)嘩變片施主要改分為蘆金屬梨應(yīng)變金片和勇半導(dǎo)蘿體應(yīng)薯變片館，它架們工確作的朋物理起基礎(chǔ)磚分別搜為應(yīng)亮變效內(nèi)應(yīng)與頃壓阻擴(kuò)效應(yīng)類。1.應(yīng)變迎效應(yīng)金屬補(bǔ)導(dǎo)體慰的應(yīng)透變—電阻旬效應(yīng)：金慶屬導(dǎo)顆體在喘承受捕機(jī)械負(fù)變形旨時，單其電版阻值臥將相御應(yīng)地書發(fā)生吳變化派。導(dǎo)至體的覽應(yīng)變萍效應(yīng)俗用應(yīng)軍變靈去敏系流數(shù)Ｋ揀來描局述，惑它決梁定于逼導(dǎo)體進(jìn)電阻憲的相徒對變韻化ΔR/R與其史長度被的相帳對變稅化Δl/l之比搞值，店即K=(糊ΔR/R)/今(Δl/l)=施(ΔR/R)/秩ε怖(容4.暮2.輕7)其中ε=雕Δl/l，在具材料物力學(xué)堤中稱艙之為應(yīng)變，單驕位為με殘(溫1μ役ε=嗎1緣瑞×1階0-6mm棍/m圾m)。設(shè)有擱一長雹度為l，截臭面積鼠為Ｓ風(fēng)，電光阻率隨為ρ的金萬屬絲京，則惰其電趁阻為R=ρ?(l/S濫)。若沃有均燒勻應(yīng)販力σ作用俊于金遠(yuǎn)屬絲誰，則趨其尺未寸將汪發(fā)生驗變化芳，比催如受崖均勻胞拉力扁時，孤其機(jī)驗械變尺形為洞長度穴伸長感而橫墓截面鑰減小訴，一姿般其ρ值也柴將發(fā)激生變球化，晉由微嫂分關(guān)存系可摸得其頸相對錫變化嬌量為ΔR/R=Δl/l-Δ齊S/爹S+壁Δρ/ρ(4渾.2鍬.8么)對于濁直徑仆為d的圓眠形截詠面金寸屬絲唉有ΔS渠/S喉=2灶(Δl/l)換(像4.寄2.匙9)運(yùn)用婚材料纖的泊松角系數(shù)μ(即：撫橫向浮變形啞與縱崇向變遣形之賊間成欲正比虜系數(shù)境，而撞變形疼符號耀相反——逝μ=塊-(加Δd/d)/騾(Δl/l))可得ΔR/R=Δl/l(1誦+2苦μ)脾+Δρ/ρ=k(Δl/l)美(盞4.疊2.避10靈)第一填，受丹力后裹由于滿材料遍的幾鈴何形蝕狀發(fā)疲生變拔化而沾引起痛的，考即1+繭2μ項，原對某祥種材撲料而佩言，棵它是襖常數(shù)暫。第二棒，受為力后今由于玩材料酬的電群阻率缸發(fā)生絲式變化種而引瘋起的鵲，即(Δρ/ρ)/姓ε項，儀該項忍與材覽料的若物理矮特性幕有關(guān)于。對金而屬材番料而絡(luò)言，(Δρ/ρ)/交ε<鄭<1裳+2松μ，K≈1皺+2符μ。對半姑導(dǎo)體握材料鐵而言晴，(Δρ/ρ)/謎ε>錯>1悼+2骨μ，K≈(秘Δρ/ρ)/犁ε。金屬監(jiān)材料亦在彈功性范須圍內(nèi)左，μ=猴0.祖2~驚0.韻4。在它塑性補(bǔ)變形越范圍撕內(nèi)μ≈某0.袍5。實順測表貧明K=1擠.7愁~3行.6。這批樣(Δρ/ρ)/劍ε項對部金屬脆材料畜的靈自敏系墓數(shù)還勞是有查一定雹影響播的。K=1通+2溪μ+協(xié)(Δρ/ρ)/哪(Δl/l)=泊1叨+2超μ+營(Δρ/ρ)/混ε(4該.2媽.1抗1)上式掘中k稱為散金屬谷電阻族的靈敏妖系數(shù)，它罷受以危下兩別個因撿素的酸影響醬。2.壓阻羨效應(yīng)半導(dǎo)悲體的紙壓阻可效應(yīng)即指雞：半厚導(dǎo)體纖晶體資受應(yīng)寧力作抓用時冤，其奸電阻未率隨慌應(yīng)變電而變親化。對一繼條形繼半導(dǎo)糕體壓付阻元箱件而裝言，恒其電測阻變嶼化仍落可用(4穗.2必.1資0鍬)式來寨描述殺，且棒其中棄由壓黑阻效較應(yīng)引廟起的呢第三楚項比拍由材手料幾館何尺東寸變簡化引掩起的流第一篇、二狹項要淡大得因多，踢即兩嘴項的50廈~7象0倍，陵即ΔR/R=Δl/l(1板+2刑μ)餃+Δρ/ρ≈Δρ/ρ(4勵.2習(xí).1替2)3.金屬嚴(yán)電阻結(jié)應(yīng)變迎片(1列)金屬給電阻追應(yīng)變紗片的疤結(jié)構(gòu)為使裁應(yīng)變?nèi)悠蕊h具有淹一定褲的電受阻值寧，又蘋不太煩長，狀應(yīng)變失片均汁做成上柵狀狠。這盯樣，吹金屬憶導(dǎo)體延的軸慈向長事度縮講短了蒜，集環(huán)中在散一小畝塊面劣積上謙，因熄而能婚近似懲地反異映這量一面統(tǒng)積上押的平閉均應(yīng)節(jié)變。圖4.聰2.雨3所示逐為電轟阻應(yīng)叼變片蟲的典膜型結(jié)跪構(gòu)。線它主敢要由爭敏感揚(yáng)柵(合金子電阻請絲)、基負(fù)片、緒蓋片億及引盛線組懶成。圖4.消2.漢3電阻饒應(yīng)變嘗片典競型結(jié)莖構(gòu)示保意圖金屬納絲式務(wù)電阻蒜應(yīng)變魯片的逐敏感跡柵(線柵)是一者根具連有很點高電孔阻率P的金草屬絲漢線。朝其直圾徑約摟為0.墨01瀉~0蓄.0織5m喝m，以有曲折謝柵狀逝形式柜放置勵在基話片上壯。其防基本牽形狀另又可術(shù)分為U型、V型和H型，趟如圖4.奶2.嶺4所示陣。(2奶)金屬壩絲式殘電阻片應(yīng)變析片圖4.百2.若4金屬幻玉絲電虛阻應(yīng)悶變片營典型沈結(jié)構(gòu)缸示意蓬圖(3縱)金屬僵箔式爽電阻擁應(yīng)變五片箔式揉應(yīng)變賀片的獨工作察原理男與金毫屬絲瓦式應(yīng)欣變片祥完全你相同融。只灑是它霉敏感葬柵是割由很皂薄的撕金屬槍箔片稿制成櫻，箔映厚公批有約0.桌00胳3~行0.湖01魯mm。圖4.質(zhì)2.爛5為兩清種形元狀各巡壽異的曬箔式殲應(yīng)變付片。圖4.扔2.趕5金屬即箔式敲電阻槐應(yīng)變磚片典啊型結(jié)害構(gòu)示既意圖(4博)金屬扶薄膜輪式電腿阻應(yīng)藝變片金屬軋薄膜很應(yīng)變壟片是仙薄膜研技術(shù)驢發(fā)展課的產(chǎn)舒物(所謂薄膜是指順厚度雞在0.江1μ超m以下乏的膜謙，厚訊度在25捷μm左右禍的稱四為厚薄隸膜，箔艱式應(yīng)戚變片透即屬萬厚模自型)。薄膜凝應(yīng)變顫片用蠶真空膽蒸鍍讓、沉繡積或晶濺射繳的方紹法，偷將金蔬屬材筋料在反絕緣絡(luò)基底劉上制秤成一掙定形財狀的仗薄膜悲而形驚成敏認(rèn)感柵否。膜貿(mào)的厚五度從塊零點驗幾nm到幾漏百nm不等隊。當(dāng)膜僑的厚代度很焰小時績，薄解膜實愚際上度是由繳無數(shù)蓮彼此呢不相肢連的厭微小服膜片挑所組目成，貪稱為不連慈續(xù)膜。此陶時的中電傳放導(dǎo)是困基于惰膜片寫之間別的電壘子隧經(jīng)道效刮應(yīng)，狠具有森較高券的電遵阻率爺。類航似于只半導(dǎo)除體的映特性韻，其島應(yīng)變搬靈敏惰系數(shù)結(jié)比絲鼻式或察箔式波應(yīng)變詢片高瘦一個貫或兩撕個數(shù)照量級技。隨億著膜軍厚的柔增加雷，膜客片之亞間逐沫漸連駐接而炸形成句整體蠟，稱拔為連續(xù)鴨膜，它芹的電幼傳導(dǎo)肥特性逐與整暢體金恥屬相無同，宴其應(yīng)尺變靈這敏系桌數(shù)與老一般萌的箔沉式應(yīng)劣變片港相近救。4.半導(dǎo)柳體應(yīng)石變片半導(dǎo)件體應(yīng)艇變片飾是利礙用半水導(dǎo)體只材料蠻的壓議阻效載應(yīng)而組制成辮的一帶種純彈電阻曲性元疏件。仗其類會型主啟要有技體型涌、薄演膜型泄及擴(kuò)塔散型坐三大傘類。(1樓)體型似半導(dǎo)蔬體應(yīng)糧變片由前駱述結(jié)暈論知拿，可下將單佩晶體羅半導(dǎo)吊體元偉件按雁一定擊晶向[a削bc遣]用切敞片機(jī)歌切成鞏薄片蓄，再環(huán)進(jìn)行陣研磨浮加工創(chuàng)，爾稀后切朗成細(xì)釣條，織經(jīng)光吵刻腐姜蝕工逮藝加擊工成科敏感危柵，山經(jīng)壓乳焊安惡裝內(nèi)籍引線躬，粘隊貼于針有接譽(yù)頭的哪基片破上，劍最后院安裝匠外引灑線，陰即制弱成體督型半角導(dǎo)體赴應(yīng)變伙片。(2北)薄膜昌型應(yīng)秒變片這種治應(yīng)變芬片是嫁利用騰真空湖沉積退技術(shù)霞將半形導(dǎo)體娛材料領(lǐng)沉積檔在帶腸有絕淹緣層巷的試遷件上耕而制嘴成，診其結(jié)挨構(gòu)如胞圖4.丈2.敵6所示笛。(3萬)擴(kuò)散煎型半量導(dǎo)體鳳應(yīng)變搭片這種繩應(yīng)變扭片是樓在單足晶硅箏或單毫晶鍺煉等半胡導(dǎo)體六基片稍上擴(kuò)紀(jì)散雜抄質(zhì)而魯形成臂敏感徐柵的恩。圖4.岸2.水7為其趨示意偏圖。圖4.蜓2.昌6薄膜窯型半即導(dǎo)體開應(yīng)變腿片結(jié)同構(gòu)示曉意圖圖4.牲2.標(biāo)7擴(kuò)散丘型半恭導(dǎo)體有應(yīng)變?nèi)てY(jié)堡構(gòu)示們意圖5.轉(zhuǎn)換列電路應(yīng)變僑片將呢應(yīng)變猜的變聯(lián)化轉(zhuǎn)違換成悼電阻失相對剛變化ΔR/R，通頌常還敢需要翅把電誼阻的昆變化頓再轉(zhuǎn)淹換為魯電壓鉆或電凡流的隱變化狗，才準(zhǔn)能用霸電測屆儀表繪進(jìn)行府測量赴。一臥般采曲用電巖橋電衣路實況現(xiàn)微碌小阻扮值變寺化的氣轉(zhuǎn)換絹。電福橋電袍路在鼠第五桿章作肯介紹哪。6.電阻脹應(yīng)變架片的薪應(yīng)用電阻屈應(yīng)變旨片的寺應(yīng)用傲很廣敘，可株概括打為以露下兩篇個方直面。(1聞)應(yīng)變市片直突接粘瞎貼在糕彈性擁元件賀上，川用于綿直接點測量進(jìn)工程帆構(gòu)件匹受力抗后的辮應(yīng)力臺分布薯或所盒產(chǎn)生發(fā)的應(yīng)筍變。(2鑒)將應(yīng)諸變片械粘貼胸在彈習(xí)性元徐件上趁，進(jìn)衫行標(biāo)匪定后吊作為嘗測量趨力、那壓力雁、位洗移等栗物理統(tǒng)量的丟傳感銀器。禍為了鍋保證科測量鑼的精份確度赤，一瘋般要優(yōu)采取伴溫度坐補(bǔ)償中措施鄙，以例消除刊溫度仙變化局所造夫成的眼誤差顆。本節(jié)軍小結(jié)電阻另式傳堅感器藍(lán)是一謝類根能據(jù)電塊阻定考律而酸設(shè)計噸的傳鬧感器紅，它辰能將桃被測標(biāo)量(如位患移、未力、名溫度痛等)的變右化轉(zhuǎn)哀換為搬電阻手的變墨化。勿電位溝計式顛傳感基器常左用的并有三亦種形僑式，厘即線匯位移外式、型角位示移式互、非催線性粘式。桃電阻國應(yīng)變賽片主維要分狀為金球?qū)賾?yīng)鞏變片勾和半培導(dǎo)體慚應(yīng)變蝴片，紀(jì)它們瓣工作寫的物鴿理基擊礎(chǔ)分弱別為寧應(yīng)變場效應(yīng)憲與壓溝阻效解應(yīng)。注意疼：本節(jié)鳴未介乓紹磁毅敏電腰阻、量濕敏停電阻灣等其扶它類叉型的倡電阻繭式傳鐮感器慎?！?電感武式傳字感器一.概述1.概念電感毫式傳賺感器(I延nd孝uc固ta稠nc袋e-峽ty濃pe磁t吵ra脊ns這du探ce燥r)是利搞用被頂測量勢的變鋸化引貸起線枯圈自秀感或波互感扯系數(shù)周的變該化，拋從而蹦導(dǎo)致恰線圈給電感清量變慰化這感一物旅理現(xiàn)杠象來烘實現(xiàn)嗎測量肉的。逗利用攤這種菜轉(zhuǎn)換墾原理責(zé)可測蓄量位吧移、美振動尊、壓園力、繳應(yīng)變屈、流垂量密祥度(比重)等參街?jǐn)?shù)，恨既可純用于躁靜態(tài)泳測量冊，又必可用姜于動傳態(tài)測答量。2.單分躁類根據(jù)敘轉(zhuǎn)換攤原理挪不同琴，可尋分為自感喚式和互感云式兩大燃類。人們擊習(xí)慣劃上講牧電感誼式傳鵝感器召常指矛自感孤式傳高感器少，而槐互感葉式傳旦感器擾，則壓由于域它是謎利用注變壓談器原察理，孩又往祝往做桿成差襖動式領(lǐng)，故擺常稱草為差動題變壓窄器式古傳感數(shù)器(簡掃稱為差動甜變壓腿器)。按照拼其結(jié)世構(gòu)形叛式，電感式扮傳感萌器又證可分坑為變氣塑隙式、變截際面積谷式和螺管酒式等形獵式，似互感透式傳輪感器融也可修分為忠變氣繭隙式德和螺盡管式田等形連式。3.衰電埋感式汁傳感溜器的抓優(yōu)缺柄點(1地)傲優(yōu)點A.儉結(jié)欲構(gòu)簡司單、械可靠篩、測迎量力洲小。頓如當(dāng)帽銜鐵壩重為葉(0.評5～果20使0)訂×1紀(jì)0-4N時，愛電磁垂吸力兆為(1終～1件0)盟×1伶0-4N。B.肢分文辨率饒高。垃能測繞量0.來1μ踐m甚至腳更小病的機(jī)賊械位屯移，晨能感賣受0忘.1艱角秒辭的微烈小位翁移。C.需輸崖出功箱率較育大，仔不使洲用放狠大器情時，柏其輸訪出電戚壓靈吹敏度得一般摸可達(dá)(0品.1種～5蝕)V愁/m她m，因徐此有險利于過信號豪的傳笛輸與這放大藍(lán)。D.貸零櫻點穩(wěn)朗定，尊其漂雨移最蹤蝶小可夾達(dá)0野.1μm。E.謝測矛量精畏度高共，線使性度從優(yōu)良撤，重凡復(fù)性射好。扭在一候定位填移范柿圍(肆最小虛幾十μm，最板大達(dá)認(rèn)數(shù)十耍甚至絞數(shù)百mm)內(nèi)森，輸購出特肝性的投線性掉度好圖，且鑰比較逼穩(wěn)定煎，輸釀出線某性度他可達(dá)奧±0砌.1晴%。(2叢)灑缺點A.侍頻哄率響軋應(yīng)較無低，火不宜糊于快天速動括態(tài)信堪號的女測量呀。B.幫存仍在交些流零分位信禮號。C.形分報辨率雷與測巴量范療圍有敬關(guān)，傳測量偵范圍椒愈大炎，分司辨率愿愈低六。二.循自還感式壯電感抖傳感說器1.覺變縱氣隙孕式電盈感傳續(xù)感器變氣惰隙式柴電感蹤蝶傳感垮器從劍結(jié)構(gòu)憂上可攪分為緊簡單蹦變氣辰隙式等(單衰線圈墻)及紹差動喝變氣邊隙式鋪(雙費(fèi)線圈俯)兩道種。(1陪)曬結(jié)構(gòu)掉及原衫理圖4.劃3.痰1變氣和隙式嘉電感僚傳感臣器A.時簡足單變誰氣隙趣式電咸感傳硬感器變氣軌隙式樸電感袖傳感伶器的羊結(jié)構(gòu)懇原理但圖如且圖4.渾3.處1(a)所蝕示。理論勾分析設(shè)線狡圈匝對數(shù)為N、磁否路總抹磁阻拼為Rm，則厭線圈飲電感珍為L=N2/Rm(4繳.3躲.1菊)設(shè)鐵然芯與椒銜鐵插的磁鏈路長虎分別材為l1與l2；氣嚴(yán)隙磁唱通、挽鐵芯設(shè)、銜追鐵的奏截面添積分涌別為A、波A1、A2；鐵恨芯、皇銜鐵鐵、真叔空的竭磁導(dǎo)鮮率分呼別為μ1、μ2、μ0(=4π×籃10-7Hm囑)；空上氣隙張總長暴為lδ=δ，則護(hù)對于標(biāo)變氣呀隙式溫電感胖傳感夫器，桶因為輛氣隙其較小嬸(一導(dǎo)般lδ=δ為0.胖1～洗1m還m)，籍所施以可房誠將氣經(jīng)隙磁先場視叮為均傻勻磁詢場，套若忽腿略磁狗路鐵懂損，研則磁牛路總殘磁阻嘩為(4室.3戒.2棗)(4亮.3吊.3)由于稠電感和式傳陽感器逮的鐵探芯一場般工禽作在藥非飽叔和狀蹲態(tài)下樂，其品導(dǎo)磁耍率μr遠(yuǎn)大宜于空反氣導(dǎo)差磁率霧μ0，因框此鐵俘芯磁襯阻遠(yuǎn)橋較氣明隙磁充阻小寨，所繡以式(4.3注.3)可簡控化為當(dāng)鐵析芯、辮銜鐵叫的材慚料與菊結(jié)構(gòu)到確定嘉后，揪電感L為A與lδ的函耐數(shù)。尖如果A保持脅不變鴨，則L為lδ的單揭值函許數(shù)，霉即可素構(gòu)成剛變氣知隙電哈感式長傳感鍛器。注意蜻：以A為變欄量時L與A為線末性關(guān)臉系，享以lδ=δ為變剛量時L與lδ=δ為非痰線性隊關(guān)系溝。(4接.3咱.4)B.差動落變氣擴(kuò)隙式本電感雜傳感血器圖4.亦3.喪1(頂b)為差暑動變呈氣隙真式電抱感傳知感器摟結(jié)構(gòu)窩示意香圖，召它由鋸兩個陰完全萌相同郵的線傘圈和旗磁路邪組成她，共番用一謹(jǐn)個活術(shù)動銜離鐵。攻當(dāng)銜臟鐵移躬動時粘，一準(zhǔn)個線白圈的拾電感承增加瞎，而挪另一賀個線蔥圈的損電感優(yōu)減少腹，形茶成差離動形鄭式。差動香式電引感傳剝感器裝的結(jié)撈構(gòu)要頂求是往兩個恭導(dǎo)磁枕體的盜幾何單尺寸昌完全淺相同汽，材烏料性樸能完鹽全相焰同，節(jié)兩個煌線圈爆的電規(guī)氣參矩數(shù)(合如電鎮(zhèn)感、淺匝數(shù)值、電鵝阻、惱分布鳳電容扒等)詢和幾駝何尺綿寸也迅完全盾相同驚。(2提)特性辣分析A.單線舟圈式貫特性倆分析變氣傘隙式自電感滅傳感租器的朽主要妙特性穩(wěn)是靈境敏度蒙和線僵性度翻。一般椒情況露下，奪鐵芯坐與銜崖鐵材惠料相厭同，護(hù)其截幟面(旨幾何瞧尺寸被)也協(xié)相同罵，由盟于lδ=δ一般煮較小聯(lián)，故扎可視腹為A=凈A1=A2，μr=μ1=μ2。設(shè)日磁路粗總長后為l，K=μ0N2A=4πN2A×租10-7為一灶常數(shù)煮，則演分析甚可得(4急.3溜.5師)設(shè)起業(yè)始位肌置氣餃隙為δ0電感拐為L0，銜鐵釀移動僵時，詠若氣墳隙改變Δlδ=Δδ，則蕩電感改變ΔL，利脫用式(4寄.3鵝.5聰)可導(dǎo)殼出ΔL/L的表跌達(dá)式仙，展陶開成麥級數(shù)帶得(4匆.3路.6)忽略梳高次猴項，瓶即可域得電鮮感變粗化靈刊敏度苗與線柳性度及分別呢為，(4班.3糠.7)單線叼圈電祥感式層傳感短器的編特性虎如圖4.鄰3.版2所示糞。圖4.轎3.撒2電感惕式傳輛感器刊的L-δ特性注意頑：單線豬圈電江感式堪傳感撐器具有非線言性性(不論擠氣隙額減少鋤或增柜加電禁感變雞化與奔?xì)庀痘刈兓ぞ蕢蔷€上性的債關(guān)系)、非對栗稱性(氣肚隙減床少與正增加含同樣暖的Δδ所引句起的眉電感久變化ΔL與-ΔL并不妥相等院)。因此欄，變把氣隙斯式電剝感傳抗感器桑只能于工作橋在一陰個很聲小的蔬區(qū)域陽，即頭只能霜用于望微小田位移沾的測輛量。B.差動襲式特?fù)P性分耕析如圖4.戚3.進(jìn)1所示鐘，通常滲將兩曠個差佛動線亡圈分世別接認(rèn)入測蒜量電技橋的銅相鄰勻臂，貪兩線釣圈的插磁路附與電雜氣參獻(xiàn)數(shù)完怖全相錢同，呢并使秋兩電道感疊耐加，索不考居慮兩冒線圈錯的互街感，塌則當(dāng)課磁路頭總氣策隙改卡變Δδ時，兩電扎感氣鹿隙分傾別Δδ改變與-Δδ，電值感改耍變量客分別莖為ΔL與-ΔL，由(4引.3牽.6惠)展開蔽并將兩式搬相加晶，即截可導(dǎo)紛出電椅感相魂對變乖化量癥的展甜開式(4堆.3辟.8)忽略紹高次現(xiàn)項，跡可得洽其靈膏敏度娃與線哭性度賽分別戴為，(4遇.3俱.9)可見瞎：差動糾式靈惕敏度臉比單嫩線圈鴿式提盒高一勿倍，且差動儲式非掠線性弟失真銷比單災(zāi)線圈已式小泳。2.變截閱面積梁式電丑感傳超感器變截教面積搞式電淹感傳表感器酬從結(jié)番構(gòu)上儲可分父為簡單勇變截苗面積葛式(單普線圈特)與差動蹲變截瓶面積完式(雙悉線圈塊)電宣感傳機(jī)感器類兩種膛。(1仆)結(jié)構(gòu)是及原堤理變截窯面積視式電魯感傳狠感器糞的結(jié)岔構(gòu)原壤理如有圖4.愛3.麗4所示框。由之式(4揪.3室.3烤)與式(4芝.3闖.4忌)知，絲式電感L為A的單慕值線槍性函私數(shù)。圖4.切3.鉛4變面單積式啦電感盾傳感鵲器(2謀)特性糊分析如圖4.竭3.形5所示獄。圖艙中，挑虛線顫為實己際輸遙出特探性，影實線掙為理版想輸斃出特棚性。圖4.疫3.約5L-δ與L-A特性準(zhǔn)曲線(3婆)差動索變截鈔面積巡壽式電戶感式滅電傳剩感器不難董證明撕，不錫考慮溪互感謹(jǐn)時，酬兩個撫差動確變截亞面積敲式電頁感式穩(wěn)電傳獲感器聽在接逗成串羨聯(lián)對并稱形怨式電偽橋時霸，其夠輸入失輸出個特性殖關(guān)系抬恒為查線性拉。這膜樣，艦變截貿(mào)面積咽式電場感傳把感器傲在理社想條賴件下暈其靈長敏度等為常塞數(shù)，脾且差懸動式軌的靈奪敏度臘為單悄線圈狗的2大倍。3.螺管獸式電刊感傳芝感器螺管脂式電咱感傳限感器諷有簡豈單螺甜管式持(單龜線圈汪)與絹差動山螺管臂式(擦雙線經(jīng)圈)奧電感幕傳感感器兩采類。(1怎)結(jié)構(gòu)扔及原若理螺管劍式電艱感傳熔感器利的結(jié)策構(gòu)如客圖4.派3.扶6所示蹈。圖4.液3.武6螺管毫式電帖感傳罪感器(2夸)測量位原理單線通圈螺悲管式僚電感亭傳感目器結(jié)撒構(gòu)很狐簡單獵，主叼要元轟件為醋一只慣螺管悠線圈晝和一腰根圓嚇柱形環(huán)銜鐵引。傳夫感器包工作東時，釣銜鐵罰隨被擁測對截象移擦動，片螺管塊磁力縮慧線路軋徑上問的磁宜阻發(fā)暫生變肢化，跳引起懂螺管耍線圈暴電感笑值的替變化鑒，當(dāng)卡用恒沃流源宋激勵翠時，磨線圈糟的輸汽出電挺壓就加與銜樹鐵的價位移顆量有遭關(guān)。對于代差動健螺管禮式電伶感傳御感器上，為酸獲得底較好閥的線躍性特喘性，世銜鐵劈燕總長慕為線或圈總塵長的傭0.鄭6倍饒左右際，差然動線充圈I牛與Ⅱ析作為墾電橋胸的兩排個相刷鄰臂啄。4.自感確式電衫感傳待感器架檢測丸電路自感改式電框感傳僻感器慮主要勝利用囑交流濤電橋塔電路枯將電佩感變耳化轉(zhuǎn)續(xù)換為面電壓述(或家電流數(shù))變餃化，概再送遠(yuǎn)入下街一級店電路溫進(jìn)行翼處理么。三.橡互女感式索電感尸傳感論器1.基本盜結(jié)構(gòu)差動島變壓廉器的炎結(jié)構(gòu)預(yù)形式儉較多同，主慌要有弊變氣乞隙式耐、變級面積睬式、拋螺線踢管式捧，其赴結(jié)構(gòu)給如圖4.寺3.慈7所示籮。在泊非電湖量測之量中仰，就腸用最復(fù)為廣疫泛的紛是螺情線管冠式，僚其次迎是變焦氣隙閃式。圖4.腰3.廁7差動返電感衛(wèi)式傳刪感器2.基本防原理互感荒式傳傍感器傅是利億用被步測非葬電量駝的變尤化引奸起線躁圈互莊感系釋數(shù)的娛變化什，從腎而導(dǎo)懇致線舅圈電喂感量什變化巴這一滿物理繼現(xiàn)象茄來實宰現(xiàn)測啞量的悟。由夾于這輪種傳全感器筐是根起據(jù)變象壓器隔的基陷本原味理設(shè)障計的輸，并減且其炎次級釘繞組斑都采述用差邁動形嫩式聯(lián)禍接，波所以英又稱晝?yōu)椴顒犹O變壓樓器式艙傳感門器，簡告稱為差動憂變壓居器。一叨般變棚壓器鑒都是曬閉合爹磁路耀，其得互感海系數(shù)畫為常襪數(shù)，冷而差羞動變牌壓器兇則是叔開磁拘路，豎其互盤感系捕數(shù)為絨變量暖，這摩一變比量即抹為被涂測量同的函疊數(shù)，續(xù)因而暈其輸膜出電升壓為委被測器量的每函數(shù)挪。四.電渦取流式菌傳感誼器1.脹電子渦流擁式傳落感器價的工遲作原銷理(1綢)密電渦優(yōu)流效訴應(yīng)當(dāng)導(dǎo)綁體處稱在變視化的增磁場袖中或鉗相對牽于磁匹場運(yùn)碰動時脈，在疾它們齊的內(nèi)陷部會裙產(chǎn)生娃感應(yīng)煉電流廟。如弟圖4.畝3.韻8所示訓(xùn)，如偏果有娛一塊減電導(dǎo)瀉率為獎σ，筐磁導(dǎo)息率為用μ，句厚度極為a、溫替度為T的金眼屬板莖，離檔此金匪屬板d處有軟一個明半徑佩為r的線套圈，送當(dāng)線匠圈中莫通以姻正弦叢交變罩電流羨時，巴線圈難的周濁圍空風(fēng)間就湊產(chǎn)生吩了正駁弦交秘變磁術(shù)場H1。此氣時，受置于搏此磁喉場中蠅的金望屬板軟(被廣測試?yán)ゼ?殿中將伶產(chǎn)生息感應(yīng)匯電動套勢，喊從而塑，導(dǎo)擠體中剩將會耕產(chǎn)生牽感生稻電流心，從忘導(dǎo)體慣的上址方垂混直俯昌視，富電流和的形膽狀呈裝閉合擁的渦千旋狀個，所她以這跪種感蜘應(yīng)電判流被青叫做渦電擴(kuò)流，簡欺稱渦流。(2盛)電渦會流與汽被測廳試件賄的關(guān)騰系在圖4.巨3.培8中，瀉電渦脹流必肢然引覺起線擴(kuò)圈的陣阻抗沖Z變軍化。假定金葵屬導(dǎo)比體是女均質(zhì)括的，婚其性綱能是電線性抱和各休向同距性的樹，則廣線圈領(lǐng)—金懲屬導(dǎo)叮體系擠統(tǒng)的多物理替性質(zhì)咸通常融可由片磁導(dǎo)圍率μ倘、電遮導(dǎo)率滴σ、鬼尺寸升因子r、a及x、激南勵電炊流I和頻銷率ω跡等參后數(shù)來坑描述裳，線廣圈的展阻抗Z可用跑如下爛函數(shù)級表示Z=盡F(杏μ,搶σ遲,r,a,x,I,ω甘)蔑(4夜.3符.1霜5)如果偽控制室上式趕中的涼某些沒參數(shù)晴恒定省不變雜，而甜只改軍變其斧中的厭一個挪參數(shù)彼，這筐樣阻頌抗就氏成為枯這個賤參數(shù)者的單壓值函度數(shù)。圖4.需3.撐8電渦和流效因應(yīng)原脊理2.電渦吼流式佳傳感核器的飄分類3.捕電搞渦流亞式傳朗感器新的測美量電取路主要含有交流掩電橋和諧振氧法兩種鍬。交流揀電橋予是電與渦流翻式傳捷感器窄的主闖要測碑量電婦路，貼其作閃用是底將線漏圈電頃感的芬變化浮轉(zhuǎn)換立為橋相路的歪電壓溪或電稼流輸煤出。蔽其原豬理圖充如圖4.誕3.團(tuán)9所示鞋，其枕中A、B為傳土感器色線圈士。當(dāng)蕩傳感證器約賓束力止的阻訓(xùn)抗變巖化時志，電榴橋失守去平瘋衡，淘其不慰平衡倒輸出儲經(jīng)線刪性放鋪大器電和檢欺波，光即可脆得到犯與被左測量蜜(距遇離)缺成比叢例的部輸出富。這端種方毯法電薯路簡都單，耽主要且用于趴電渦虛流差斗動式執(zhí)傳感煌器。電渦至流的池軸向回貫穿座深度喉與電幟渦流陸的頻洲率有都關(guān)，歡由此相可將鉤電渦殺流式撿傳感賤器分熔為高攔頻反蛋射式暈、低脈頻透嚼射式翻兩大驢類。圖4.謹(jǐn)3.譜9電橋特法測執(zhí)量原謹(jǐn)理五.電感顫式傳冤感器紙的應(yīng)然用圖4.