第6章 电参数型传感器

第6章电参数型传感器

①金属电阻应变片的应变效应

②电阻应变片的测量电路

◆单臂电桥

◆四臂电桥

作用力相同的情况下，信号强弱：

③电阻应变片的温度误差与补偿

◆温度误差（两个方面的原因）

◆温度补偿方法

④电阻应变片式传感器的应用

1、结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；

2、分辨力高，能测出极微小的应变；

3、灵敏度高，测且范围大，侧量速度快，适合静、动态测量；

4、易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；

5、价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。

因此，它在航空航天、机械、电力、化工、建筑、医学、汽车工业等多种领城有很广泛的应用。

1、具有非线性，愉出信号微弱，抗干扰能力较差，因此信号线需要采取屏蔽措施；

2、只能测量一点或应变栅范围内的平均应变，不能显示应力场中应力梯度的变化；

3、不能用于过高组度场合下的测量。

⑤半导体式应变传感器

半导体压阻效应：单晶半导体材料沿某一轴向受到作用力时，其电阻率发生变化的现象。

优点：(1)温度稳定性好；(2)结构简单；(3)动态响应好；（4）可以实现非接触测量。

缺点：（1）输出阻抗高，负载能力差；（2）寄生电容影响大。

①电容式传感器的结构与工作原理

◆工作原理：

最简单的平行极板电容器。在忽略边缘效应的情况下，平板电容器的电容量为 :

ε0 —真空的介电常数， ( ε0 =8.854 ×10 -12 F/m ）；

S —极板的遮盖面积（ m 2 ) ；

ε—极板间介质的相对介电系数，空气ε = 1 ；

δ—两平行极板间的距离（ m) 。

当被测量δ、 S 或ε发生变化时，都会引起电容的变化。

◆分类：

根据电容器参数变化的特性，可分为

极距变化型

介质变化型

面积变化型三种

其中极距变化型和面积变化型应用较广。

②电容式传感器的静态特性

（以极距变化型为例）

◆灵敏度：

◆面积变化型

③电容式传感器的应用

电子包装秤

◆双T电桥电路

◆差动脉冲调宽电路

6.3 电感式传感器

电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。

可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时。一般

优点：1.灵敏度高，分辨力高，位移：0.1mm ；

2.精度高，线性特性好，非线性误差：

0.05[%]~0.1 [%] ；

3.性能稳定，重复性好；

4.结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、寿命长

5.能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制等。

缺点：存在交流零位信号，不适于高频动态信号测量。

①自感式传感器

分类：

按接入电路的形式不同，分简单电感传感器和差动电感传感器。

按结构形式分变气隙式和螺管式。

1.简单自感式传感器

衔——xian

L=N2/R m

第一项为导磁体的磁阻，相对第二项可以忽略不计。

所以：

气隙长度与电感的关系曲线：

设衔铁位移增量为零时：

当衔铁上移时：

电感的变化量：

上式可以改写为：

当位移的增量远远小于1时，上式可以展开成级数：

同理，当衔铁想下移时：

展开成级数：

近似线性化：

一般取位移相对增量为0.1—0.2。

传感器灵敏度：

2.差动式自感式传感器

◆结构特点

◆带相敏检波的桥式电路

3.互感式传感器（差动变压器式传感器）