1、第 章 測(cè)試系統(tǒng)基本單元模塊()傳感器與調(diào)理電路,. 傳感器概述,. 電參數(shù)型傳感器,. 電量型傳感器,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,. 放大器,. 傳感器概述,5.1.1傳感器的定義,()從輸入端來(lái)看，一個(gè)指定的傳感器只能感受或響應(yīng)規(guī)定的物理量，即傳感器對(duì)規(guī)定的被測(cè)量具有最大的靈敏度和最好的選擇性。,()從輸出端來(lái)看，傳感器的輸出信號(hào)為“可用信號(hào)”。,()從輸入與輸出關(guān)系來(lái)看，這種關(guān)系應(yīng)具有“一定規(guī)律”。,5.1.2傳感器的分類(lèi) )按被測(cè)量分類(lèi) ()機(jī)械量:位移、力、速度、加速度、重量等。 ()熱工量:溫度、壓力、流量、液位、物位、流速等。 ()化學(xué)量:濃度、黏度、濕度等。 ()光學(xué)量:光強(qiáng)、光

2、通量、輻射能量等。 ()生物量:血糖、血壓、酶等,)按輸出量的性質(zhì)分類(lèi) ()電參數(shù)型傳感器:傳感器的輸出量為電參量(電阻、電容、電感等)，如電阻式、電感式和電容式等。 ()電量型傳感器:傳感器輸出量為電量(電壓、電流、電荷)，如熱電式、光電式、壓電式、磁電式等。,. 傳感器概述,)按能源分類(lèi) ()有源傳感器:傳感器將從被測(cè)對(duì)象獲取的信息能量直接轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)能量。 ()無(wú)源傳感器:傳感器將從被測(cè)對(duì)象獲取的信息能量用于調(diào)制或控制外部激勵(lì)源，使外部激勵(lì)源的部分能量載運(yùn)信息而形成輸出信號(hào)。,)按照結(jié)構(gòu)性質(zhì)分類(lèi) ()結(jié)構(gòu)型:結(jié)構(gòu)型傳感器是依靠傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。 ()物性型:傳感器依

3、賴(lài)物理屬性的改變直接將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出信息。 它沒(méi)有中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，與結(jié)構(gòu)型對(duì)應(yīng)而言，它只有變換器。,. 電參數(shù)型傳感器,5.2.1電阻式傳感器,)應(yīng)變式傳感器,()工作原理 當(dāng)金屬絲在外力的作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。以一個(gè)長(zhǎng)度 、橫截面積、電阻率 的金屬電阻絲為例，當(dāng)有垂直于它的橫截面的拉力 存在時(shí)，則金屬電阻絲的尺寸發(fā)生變化。 長(zhǎng)度變?yōu)?，橫截面積變?yōu)?，電阻率變?yōu)?，使電阻 變化了。,無(wú) 作用(當(dāng) 時(shí))，電阻為:,. 電參數(shù)型傳感器,當(dāng) 時(shí)，電阻的相對(duì)變化為:,又因?yàn)?所以,. 電參數(shù)型傳感器,由材料力學(xué)可知，存在以下關(guān)系:,式中:泊松比

4、； 機(jī)械應(yīng)變，其值為材料的長(zhǎng)度相對(duì)變化量，即 ，通常將 =10-6 稱(chēng)為一個(gè)微應(yīng)變。,則式(-)可寫(xiě)成:,因?yàn)榻饘匐娮杪什蛔? / =0)，電阻變化僅由體積變化產(chǎn)生，即金屬電阻絲的 / 關(guān)系為:,式中:靈敏度系數(shù)， =1 +2，在塑性變形范圍內(nèi)泊松比 =0.5，故 =2。,. 電參數(shù)型傳感器,()應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)及測(cè)量 各種電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)大體相同，以圖- 所示絲繞式應(yīng)變片為例。通過(guò)彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可以用應(yīng)變片測(cè)量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。,式中:應(yīng)力； 彈性模量。,應(yīng)變片之所以應(yīng)用的比較廣泛，是由于其有如下優(yōu)點(diǎn): ()測(cè)量應(yīng)變的靈

5、敏度和精確度高，性能穩(wěn)定、可靠，可測(cè)12，誤差小于1； ()應(yīng)變片尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、響應(yīng)速度快，測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布影響較小，既可用于靜態(tài)測(cè)量，又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量； ()測(cè)量范圍大，既可測(cè)量彈性變形，也可測(cè)量塑性變形，變形范圍為1 2； ()適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、超低溫、高壓、水下、強(qiáng)磁場(chǎng)以及核輻射等惡劣環(huán)境下使用； ()便于多點(diǎn)測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和遙測(cè)。,. 電參數(shù)型傳感器,)滑變電阻式傳感器 工作原理是通過(guò)滑動(dòng)觸點(diǎn)改變電阻絲的長(zhǎng)度來(lái)改變電阻值的大小，進(jìn)而將電阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓?滑變電阻式傳感器主要用于位置、位移的測(cè)量，圖-)用于直線(xiàn)位移或者位置的測(cè)

6、量，稱(chēng)為線(xiàn)位移型滑變電阻式傳感器；圖-)用于角位移的測(cè)量，稱(chēng)為角位移型滑變電阻式傳感器。 圖- 中變阻器的活動(dòng)觸點(diǎn) 的滑動(dòng)量分別為 和 ，固定觸點(diǎn) 和活動(dòng)觸點(diǎn) 之間的電阻值分別為:,式中: 分別為線(xiàn)位移型和角位移型滑變電阻式傳感器的輸出電阻； 分別為單位長(zhǎng)度和單位弧度的電阻值； 是分別線(xiàn)位移和角位移。,. 電參數(shù)型傳感器,. 電參數(shù)型傳感器,滑變電阻式傳感器的輸出(電阻)與輸入(位移)呈線(xiàn)性關(guān)系。 傳感器的靈敏度 就是直線(xiàn)的斜率，即:,繞線(xiàn)式滑變電阻式傳感器存在如下兩大缺點(diǎn)。 ()電阻的變化呈臺(tái)階狀； ()呈現(xiàn)出電感式阻抗。,滑變電阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便，故在汽車(chē)領(lǐng)域得

7、到了廣泛的應(yīng)用。,. 電參數(shù)型傳感器,. . 電容式傳感器 )工作原理 電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化的傳感器，兩個(gè)金屬平板間的電容(如圖- 所示)為:,)類(lèi)型,電容式變換器就分為變間隙式、變面積式和變介電常數(shù)式三種。,電容式傳感器有 種結(jié)構(gòu)形式，它們又可按位移形式分為線(xiàn)位移和角位移兩種，每一種又依據(jù)傳感器極板形狀分為平板、圓板形和圓柱(圓筒)形，雖然還有球面形和鋸齒形等其他的形狀，但一般很少用。,. 電參數(shù)型傳感器,()變間隙式電容傳感器 由式(-)可知，當(dāng)其中一個(gè)極板在被測(cè)量作用下發(fā)生位移，使間隙 減小了 ，則電容0 將增加 有:,則電容的變化量為:,式中: 初始間隙； 初始

8、電容值。,. 電參數(shù)型傳感器,()變面積式電容傳感器 當(dāng)動(dòng)極板在被測(cè)參量作用下發(fā)生位移，使兩極板相對(duì)有效面積改變，則電容0 也將有相應(yīng)改變。,變面積式電容傳感器在理論上有理想的線(xiàn)性。,5.2.3電感式傳感器,電感式傳感器中的電感變換器應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，將輸入被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電感的變化量作為輸出量，配用不同的敏感元件可以測(cè)量位移、壓力、振動(dòng)等多種參量。 )自感式變換器 簡(jiǎn)單自感傳感器的工作原理如圖- 所示。 根據(jù)電感的定義，線(xiàn)圈的電感量可近似為:,. 電參數(shù)型傳感器,()變間隙式自感傳感器 當(dāng)銜鐵移動(dòng)使空氣隙減小了 時(shí)，電感將有一增量，根據(jù)式(-)有:,變間隙型結(jié)構(gòu)的電感傳感器的靈敏度高，但其靈敏度

9、隨氣隙的增大而減??；非線(xiàn)性誤差大，在使用中，為減小非線(xiàn)性誤差，量程必須限制在較小的范圍內(nèi)，一般為氣隙的/ 以下。 同時(shí)，這種傳感器在制作上難度比較大。,. 電參數(shù)型傳感器,()變面積式自感變換器 圖- 所示為角位移變面積式自感傳感器示意圖。 角位移 為輸入量引起銜鐵 與鐵芯 之間氣隙磁通截面積變化。,變面積自感傳感器在忽略氣隙磁通邊緣效應(yīng)的條件下有理想的線(xiàn)性關(guān)系，因此可望得到較大的線(xiàn)性范圍。 但是與變氣隙式自感傳感器相比，其靈敏度降低，但其為一常數(shù)，線(xiàn)性度好，量程較大，應(yīng)用比較廣泛。,. 電參數(shù)型傳感器,()差動(dòng)結(jié)構(gòu)自感變換器 圖-)和圖-)均為差動(dòng)結(jié)構(gòu)的自感變換器示意圖。當(dāng)有被測(cè)量 作用時(shí)，

10、其上下氣隙 的長(zhǎng)度分別由初始的 變?yōu)?， ，從而使線(xiàn)圈、線(xiàn)圈 的電感發(fā)生變化，即:,將上式進(jìn)行下列的運(yùn)算:,則有間隙的改變量 與 / 0 的理想線(xiàn)性關(guān)系。 測(cè)量電路的任務(wù)是將此式轉(zhuǎn)換為電壓或電流。,. 電參數(shù)型傳感器,. 電參數(shù)型傳感器,)互感式傳感器 互感式電感傳感器又稱(chēng)為變壓器式傳感器，它與自感式傳感器不同之處在于互感式傳感器是先把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)化成線(xiàn)圈相互的互感量的變化，然后再經(jīng)過(guò)變換，成為電壓信號(hào)輸出。其等效電路如圖- 所示。,根據(jù)變壓器工作原理，在兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，分別為e21和e22。,式中:1、2初級(jí)線(xiàn)圈W1 與次級(jí)線(xiàn)圈W21、W22的互感； 初級(jí)線(xiàn)圈交流電流復(fù)數(shù)

11、值； 初級(jí)線(xiàn)圈激勵(lì)電壓角頻率。,. 電參數(shù)型傳感器,)電感式傳感器的組成 當(dāng)自感式變換器(變間隙式、變面積式)與相應(yīng)的彈性元件相配合可以構(gòu)成相應(yīng)的位移(線(xiàn)位移、角位移)，壓力/ 壓差傳感器。 它們的組成框圖如圖- 所示。,電感式傳感器:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，輸出功率大，輸出阻抗小，但頻率響應(yīng)低，不宜用于快速測(cè)量。,. 電參數(shù)型傳感器,5.2.4電渦流傳感器 )電渦流傳感器的輸出形式,()以等效電感變化作為輸出量，這是最常見(jiàn)的一種輸出形式。 ()以等效電阻變化作為輸出量。 ()以等效 值變化作為輸出量。 ()以等效阻抗變化作為輸出量。,)工作原理 成塊的金屬至于變化著的磁場(chǎng)中或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬體內(nèi)

12、會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成電流，這種電流在金屬體內(nèi)是自己閉合的，呈類(lèi)似水渦形狀，故稱(chēng)為電渦流。圖-)所示為電渦流作用原理。,. 電參數(shù)型傳感器,5.2.5電參數(shù)型傳感器的應(yīng)用 表- 列出采用電阻式、電容式、電感式傳感器的分類(lèi)，以及可實(shí)現(xiàn)測(cè)量的非電量參數(shù)。,. 電參數(shù)型傳感器,. 電參數(shù)型傳感器,5.2.6參數(shù)型傳感器常用信號(hào)調(diào)理電路,)恒流源供電測(cè)量電壓降法 單恒流源測(cè)量法線(xiàn)路圖如圖- 所示，當(dāng)對(duì)電阻式傳感器用恒流源0 供電時(shí)，傳感器中電阻變換器的電阻參量T 將隨輸入的被測(cè)量 而變。 只要測(cè)得變換器兩端的電壓降RT，則RT 可由下式求得:,. 電參數(shù)型傳感器,)電橋法,()電橋的基本工作原理 圖-

13、 是電橋的基本形式。 、(若是直流電橋則為電阻)為 個(gè)橋臂阻抗。 、 兩端接電源，圖-)和圖-)所示電路分別采用電壓源 和恒流源 供電，則在、兩端輸出不平衡電壓 分別為:,(電壓源供電),(恒流源供電),. 電參數(shù)型傳感器,. 電參數(shù)型傳感器,()直流電橋 直流電橋的橋臂是由電阻構(gòu)成的，故可將電阻參量的變化轉(zhuǎn)換為輸出電壓的變化，圖-為其示意圖。,. 電參數(shù)型傳感器,直流電橋應(yīng)后配雙端浮地差動(dòng)放大器，如圖- 所示。,. 電量型傳感器,5.3.1磁電感應(yīng)式傳感器 磁電感應(yīng)式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)感應(yīng)式傳感器，也稱(chēng)電動(dòng)式傳感器，是典型的能量轉(zhuǎn)換型傳感器。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，對(duì)于一匝數(shù)為 的線(xiàn)圈，當(dāng)穿過(guò)該線(xiàn)圈的磁

14、通 發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電勢(shì),)變磁通式,圖-)為頻數(shù)傳感器，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在線(xiàn)圈中感應(yīng)出交流電勢(shì)，其頻率便等于齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積；圖-)為轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)數(shù)與感應(yīng)電勢(shì) 的脈沖數(shù)相等，故對(duì)感應(yīng)電勢(shì) 的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)則可知轉(zhuǎn) 速；圖-)為偏心度測(cè)量傳感器；圖-)振動(dòng)速度測(cè)量傳感器。,. 電量型傳感器,. 電量型傳感器,)恒定磁通式 恒定磁通式結(jié)構(gòu)有兩種:如圖-)所示為動(dòng)圈式，圖-)為動(dòng)鐵式。,當(dāng)線(xiàn)圈以速度 相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則每匝線(xiàn)圈都以速度 垂直切割磁 力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由下式計(jì)算:,. 電量型傳感器,5.3.2壓電式傳感器,)壓電效應(yīng) 壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)，沿一定方向受外力(

15、壓力或拉力)作用時(shí)，不僅發(fā)生形變，而且在其某兩個(gè)相對(duì)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反數(shù)值相等的電荷。,. 電量型傳感器,壓電材料的主要特性參數(shù)如下。 ()壓電常數(shù):表示產(chǎn)生電荷 與作用力 之間的關(guān)系，即機(jī)電轉(zhuǎn)換性能。 ()彈性模量:表示壓電元件的剛度。 大即剛度大，可獲得高的固有振動(dòng)頻率。 ()電阻率:當(dāng) 大，壓電元件具有高內(nèi)阻，凈減小電荷泄露， 也大，則傳感器固有電容大，參數(shù) 與 將影響傳感器頻率下限。 ()居里點(diǎn):在此溫度時(shí)，壓電材料的壓電性能將破壞。 居里點(diǎn)高，可得到寬的工作溫度范圍。,)壓電變換器的等效電路 當(dāng)壓電晶體片受力變形時(shí)，在晶體片的兩個(gè)表面上聚集等量的正、負(fù)電荷，晶體片兩表面相當(dāng)于一個(gè)電容

16、的兩個(gè)極板，兩極板間的物質(zhì)等效于一種介質(zhì)，因此壓電晶體片相當(dāng)于一只平行板電容器，其電容量 為:,式中:壓電片面積； 壓電片厚度； 壓電材料的介電常數(shù)。,. 電量型傳感器,盡管壓電材料是電介質(zhì)，致使其內(nèi)阻 很高。 但它不可能無(wú)窮大，故必須考慮。 這樣可以把壓電變換器等效為一個(gè)電壓源 / 和一個(gè)有泄漏電阻 的電容 串聯(lián)的電路，如圖-)所示；也可等效為一電荷源 與一個(gè)有泄漏電阻 的電容 的并聯(lián)電路，此時(shí)，該電容為一電荷發(fā)生器，如圖-)所示。,. 電量型傳感器,)壓電式傳感器的應(yīng)用舉例 ()壓電式力傳感器 如圖- 所示，被測(cè)力 通過(guò)鋼球及鋼板 和 傳遞給并聯(lián)的兩石英片1 和2，石英片受壓后產(chǎn)生的電荷由

17、導(dǎo)桿 與傳感器殼體引出，接入電路(電荷或電壓放大器)。,. 電量型傳感器,根據(jù)壓電效應(yīng)，在晶體片上積聚的電荷量 與作用力 成正比，即:, ,式中:電荷量()； 壓電常數(shù)(/ )，與壓電材料及切片方向有關(guān)； 作用力()。,()壓電式壓力傳感器 如圖- 所示，壓電元件由兩片壓電晶體片 并接。,. 電量型傳感器,絕對(duì)振動(dòng)加速度 的測(cè)量功能是由兩個(gè)組成環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。 壓電式變換器 實(shí)現(xiàn)質(zhì)量塊 相對(duì)基座位移 的檢測(cè)。, 力學(xué)系統(tǒng) 將外殼相對(duì)地球的絕對(duì)振動(dòng)加速度 轉(zhuǎn)換成質(zhì)量塊 相對(duì)基座的位移 ，力學(xué)系統(tǒng)是典型二階系統(tǒng)。,實(shí)現(xiàn)測(cè)量絕對(duì)加速度 的條件 應(yīng)將傳感器基座固定在被測(cè)物體上與被測(cè)物體一起作振動(dòng)加速度 的

18、振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)角頻率0 時(shí)，幅值比:,. 電量型傳感器,這時(shí)，質(zhì)量塊 相對(duì)基座的位移 就正比于振動(dòng)體的絕對(duì)加速度 ，即引起壓電元件的壓縮變形量，從而產(chǎn)生電荷 正比于絕對(duì)加速度 :,5.3.3熱電式傳感器 熱電式傳感器利用熱電效應(yīng)將被測(cè)物理量(溫度)直接轉(zhuǎn)換為電勢(shì)。 它屬于一種能量轉(zhuǎn)換型傳感器。 最典型的熱電式傳感器是熱電偶。 熱電偶是應(yīng)用最為廣泛的測(cè)溫手段。,. 電量型傳感器,將兩種不同的金屬導(dǎo)體、 串接成一個(gè)閉合回路，如圖-)所示。當(dāng)回路斷開(kāi)，在斷開(kāi)處的電壓差就等于熱電勢(shì)，如圖-)所示，熱電勢(shì)大小與構(gòu)成熱電偶的材料以及兩節(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān):,式中:EAB(T，T0)由A、B 兩種材料組成的熱電偶，

19、結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)、T0 時(shí) 的熱電勢(shì)。 、 多項(xiàng)式系數(shù)，對(duì)于A、B 材料一定時(shí)為一常量。,. 電量型傳感器,)接觸電動(dòng)勢(shì) 設(shè)導(dǎo)體 和 的自由電子密度為 和 ，且有 ，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體 失去電子帶正電，導(dǎo)體 則因或得電子帶負(fù)電，在接觸面形成電場(chǎng)。 這個(gè)電場(chǎng)阻礙了電子繼續(xù)擴(kuò)散，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，在接觸面形成一個(gè)穩(wěn)定的電位差，即接觸電動(dòng)勢(shì)，其大小可表示為:,. 電量型傳感器,)單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì),溫差電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，可表示為:,有關(guān)熱電偶回路的幾點(diǎn)結(jié)論: ()如果構(gòu)成熱電偶的兩個(gè)熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，即 = 、 =，則無(wú)論兩節(jié)點(diǎn)溫度如何，熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)為零。

20、因此，熱電偶必須采用兩種不同的材料作為熱電極。 ( )如果熱電偶兩節(jié)點(diǎn)溫度相等，即 = 0，即盡管導(dǎo)體、 的材料不同，熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)亦為零。,()熱電偶、 的熱電動(dòng)勢(shì)與、 材料的中間溫度無(wú)關(guān)，只與節(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。,. 電量型傳感器,5.3.4霍爾式傳感器,)霍爾效應(yīng) 將一塊金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片放在磁場(chǎng)中(如圖- 所示)，沿垂直于磁場(chǎng)的方向上通以電流，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上，所組成的兩個(gè)側(cè)面將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。,. 電量型傳感器,在圖- 中，構(gòu)成電流 的電子均以速度 按照?qǐng)D示方向運(yùn)動(dòng)，那么在磁場(chǎng) 的作用下，所受的洛侖磁力 為:,因此，在垂直于 軸的兩個(gè)側(cè)面必然有電荷積

21、累，從而形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)對(duì)電荷 又附加一個(gè)與洛侖茲力 相反的電場(chǎng)力 阻止電子的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng):,直至 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，垂直 軸兩側(cè)面的累積電荷形成穩(wěn)定的電勢(shì)。,. 電量型傳感器,設(shè)薄片長(zhǎng)、寬、厚分別為 ，又電流密度 。 為電子濃度。 因?yàn)?，于是 ，并代入式(-)，則有:,)霍爾元件及其主要特性參數(shù),()額定控制電流H:使霍爾片溫升10所施加的控制電流值，受限于散熱條件下的允許最高溫升值。 ()輸入電阻:指控制電流極間的電阻值。 ()輸出電阻:指霍爾電勢(shì)輸出極之間的電阻值。 ()不等位電勢(shì)H0與不等位電阻0:不等位電勢(shì)又稱(chēng)零位電勢(shì)。,電阻0 是不等位電勢(shì)H0與額定控制電流H 之比:,式中:H0零位電勢(shì)

22、； 0零位電阻。 零位電勢(shì)及零位電阻都是在直流下測(cè)得的。,. 電量型傳感器,基于霍爾效應(yīng)制作的霍爾變換器一般稱(chēng)為霍爾元件或霍爾器件，如圖- 所示。,. 電量型傳感器,()寄生直流電勢(shì):當(dāng)控制磁場(chǎng)為零，控制電流用額定交流電流時(shí)，霍爾電極間的空載電勢(shì)為直流電勢(shì)與交流電勢(shì)之和。 在此情況下，直流電勢(shì)稱(chēng)為寄生直流電勢(shì)，交流電勢(shì)稱(chēng)為交流不等位電勢(shì)。 產(chǎn)生交流不等位電勢(shì)原因與不等位電勢(shì)相同，而寄生直流電勢(shì)的產(chǎn)生原因是電極與基片間非歐姆接觸，以及兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)大小不同而導(dǎo)致的直流溫差電勢(shì)。 ()霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)及電阻溫度系數(shù):在磁感應(yīng)強(qiáng)度及控制電流恒定情況下，溫度變化1相應(yīng)霍爾電勢(shì)、電阻值變化的百分率，通

23、常在(10-2 10-4 ) / 量級(jí)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。,)霍爾線(xiàn)位移傳感器 傳感器結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖- 所示。,. 電量型傳感器,假設(shè)磁場(chǎng)只均勻集中在磁極氣隙中，并且無(wú)邊緣效應(yīng)。 霍爾器件在 方向上的長(zhǎng)度為 時(shí)，則當(dāng)在控制電流 作用下，產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與霍爾器件的位移 有如下關(guān)系:,式中: 霍爾器件在極下氣隙中的初始長(zhǎng)度。 實(shí)際使用的傳感器常做成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，如圖-)所示。,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,5.4.1計(jì)量光柵計(jì)數(shù)型數(shù)字傳感器,)透射式計(jì)量光柵的結(jié)構(gòu) 計(jì)量光柵的基本元件是光柵(運(yùn)動(dòng)光柵)和指示光柵(固定光柵)，它們?cè)谝粔K長(zhǎng)條形光學(xué)玻璃上被均勻刻上許多明暗相同、寬度相等的刻度。,若將

24、主光柵與指示光柵疊合在一起，并使它們的刻線(xiàn)之間成一個(gè)很小的交角，如圖-)所示。,莫爾條紋的間距 與柵距 和夾角 有如下關(guān)系:,可見(jiàn)，兩光柵刻線(xiàn)交角 越小，則莫爾條紋間距 越大。,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,)透射式計(jì)量光柵的工作原理 莫爾條紋與兩光柵刻線(xiàn)間的夾角 的平分線(xiàn) 近似垂直，當(dāng)兩塊光柵保持交角 不變而相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋將沿著刻線(xiàn)方向移動(dòng)。,如果指示光柵固定不動(dòng)，主光柵相對(duì)指示光柵移動(dòng)代表被測(cè)位移，那么每移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)間距，這意味著在指示光柵后的光電檢測(cè)器接收到一個(gè)光脈沖的照射，并相應(yīng)輸出一個(gè)電脈沖。 通過(guò)計(jì)數(shù)電脈沖的數(shù)目，就代表了被測(cè)位移移動(dòng)的

25、距離 :,式中:電脈沖的數(shù)目，也即光脈沖數(shù)。,5.4.2改變力學(xué)系統(tǒng)固有頻率型數(shù)字傳感器 剛度系數(shù)為，運(yùn)動(dòng)部分等效質(zhì)量為 的一維振動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其固有頻率 為:,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,)一個(gè)張緊的金屬絲的固有頻率 已知一根張緊的絲(如圖- 所示)的橫向剛度系數(shù) 為:,式中:1單位長(zhǎng)度金屬絲的質(zhì)量，又稱(chēng)線(xiàn)密度。 將式(-)、式(-)代入式(-)，則有:,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,)恒定磁場(chǎng)中通了電流的張緊金屬絲的等效電路 如圖- 所示，在磁場(chǎng) 中，通以電流 的一根長(zhǎng)為 的直導(dǎo)線(xiàn)可以等效為一個(gè)電感e與電容e 的并聯(lián)電路。,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,)應(yīng)用舉例EJA型差壓壓力智能變送器 ()硅諧振梁結(jié)構(gòu) 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖- 所示。,. 頻率輸出型數(shù)字傳感器,()硅諧振梁振動(dòng)原理 硅諧振器的自激振蕩電路如圖- 所示， 形硅諧振梁處于由永久磁鐵提供的磁場(chǎng)中，與耦合變壓器，放大器等組成一正反饋振蕩器，使諧振梁在回路中產(chǎn)生振動(dòng)。 諧振梁的機(jī)械振動(dòng)頻率與振蕩器的電脈沖