现代检测技术导论-3电参量检测

1、现代检测技术导论现代检测技术导论第三章电参量检测l电参量检测系统中的传感器属于能量控制型传感器，传感器需要外加电源才能工作。l工作原理：先由转换元件将被测量转换为电参量（电阻、电感、电容等），然后由转换电路进一步转换为电压或电流信号后输出。l主要有电阻式、电感式和电容式等。3.1电阻式传感器3.2电感式传感器3.3电容式传感器l电阻式传感器是通过转换元件将被测量转变为电阻值，通过转换电路将电阻值转换为电信号，通过测量电信号达到测量非电量的目的。l主要有电位器式、电阻应变式、压阻式、热电阻式、磁电式、光敏电阻式等l可以用来测量位移、形变、压力、加速度、温度等l把机械位移转换成与其成一定函数关系的

2、电阻把机械位移转换成与其成一定函数关系的电阻l可用于测量线位移、角位移和液位等可用于测量线位移、角位移和液位等l结构：结构：电位器由电阻器和电刷两部分组成电位器由电阻器和电刷两部分组成l原理：原理：当电刷触电当电刷触电C在电阻器在电阻器RAB上移动时，上移动时，AC间的间的阻值会发生变化。且阻值会发生变化。且RAC与触点的直线位移或角位移成与触点的直线位移或角位移成一定的函数关系。一定的函数关系。 xfRLLRRABABACACx xLUxfRURRUUUABACABACxl特点：特点：结构简单、受环境因素（温湿度、电磁干扰等）影响结构简单、受环境因素（温湿度、电磁干扰等）影响小、稳定性好、输

3、出信号大小、稳定性好、输出信号大易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性特性曲线呈阶梯状特性曲线呈阶梯状阶梯误差、分辨率低、耐磨性差阶梯误差、分辨率低、耐磨性差l由弹性元件、电阻应变片和测量电路构成l当弹性元件感受到被测量（力）时，其表面产生形变，粘贴在弹性元件表面的电阻应变片的阻值随之发生变化，通过电桥进一步将电阻的变化转换为电压或电流的变化l通过检测电压或电流的变化实现测量的目的l应变电阻效应：导体或半导体在受到外界力（拉力应变电阻效应：导体或半导体在受到外界力（拉力或压力）作用时，产生机械形变，机械形变会导致或压力）作用时，产生机械形变，机械形变会

4、导致阻值的变化，这种因形变使阻值发生变化的现象称阻值的变化，这种因形变使阻值发生变化的现象称为为“应变电阻效应应变电阻效应”00KllKRRSSllRRSLR应变片的基本结构l金属应变片主要有丝式、箔式等金属应变片主要有丝式、箔式等l箔式电阻应变片箔式电阻应变片采用照相制版或光刻腐蚀技术，将电阻箔材（采用照相制版或光刻腐蚀技术，将电阻箔材（1-10um）制在绝缘基地上制成，易于批量制造）制在绝缘基地上制成，易于批量制造传递应变性能好、横向效应小、散热性能好、允许通传递应变性能好、横向效应小、散热性能好、允许通过电流大过电流大l电阻应变片的测量电阻应变片的测量l电桥平衡条件电桥平衡条件 当当R1

5、R4=R2R3， 即即R1/R2=R3/R4时时 电桥处于平衡状态，电桥处于平衡状态， U0=0l不平衡电桥的工作原理不平衡电桥的工作原理当当4个桥臂均接入应变片，且都有变化时个桥臂均接入应变片，且都有变化时当当R1=R2=R3=R4=R时时因为因为Ri Ri ，忽略高阶增量，忽略高阶增量单臂桥：单臂桥： R1为应变片，为应变片，R2 、R3、R4为固定电阻为固定电阻差动半桥：差动半桥：R1、R2为应变片，为应变片，R3、R4为固定电阻为固定电阻 R1受拉，受拉， R2受压受压差动全桥：差动全桥：R1、R2 、R3、R4均为应变片均为应变片 R1 、R4受拉，受拉， R2 、R3受压受压l温度

6、误差和补偿温度误差和补偿l产生温度误差的因素：电产生温度误差的因素：电阻温度系数，材料热膨胀阻温度系数，材料热膨胀l温度补偿可分为自补偿和温度补偿可分为自补偿和电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法R1和和RB为特性一致的应变为特性一致的应变片，其中，片，其中， R1为工作应变为工作应变片，片，B为补偿应变片，他们为补偿应变片，他们处于同一温度场中，且仅处于同一温度场中，且仅R1承受应变。承受应变。当温度变化当温度变化T时，时， R1和和RB因温度变化引起的阻值变因温度变化引起的阻值变化相同，电桥仍处于平衡状态化相同，电桥仍处于平衡状态若此时有应变若此时有应变，则工作应变片电阻，则工作应变片

7、电阻R1有新的增量有新的增量R1 R1K，而补偿应变片不承受应变，电阻不变，而补偿应变片不承受应变，电阻不变，则电桥的输出为：则电桥的输出为：可见，电桥输出只与轴向应变可见，电桥输出只与轴向应变有关，而与温度变化有关，而与温度变化无关。无关。l电阻应变片式传感器的应用电阻应变片式传感器的应用l结构形式：柱式、悬臂梁式等结构形式：柱式、悬臂梁式等l柱（筒）式力传感器柱（筒）式力传感器布片：布片：围绕柱（筒）轴线均匀分布，纵向横向各贴围绕柱（筒）轴线均匀分布，纵向横向各贴4片应变片片应变片组桥：组桥：纵向对称的纵向对称的R1和和R3串联串联，R2和和R4串联，横向的串联，横向的R5和和R7串联串联

8、，R6和和R8串联，并置于电桥相对桥臂上串联，并置于电桥相对桥臂上纵向对称两两串接为了减小偏心载荷和弯矩的影响，纵向对称两两串接为了减小偏心载荷和弯矩的影响，横向贴片作温度补偿用横向贴片作温度补偿用l悬臂梁式力传感器悬臂梁式力传感器R1和和R2贴在悬臂梁的上表面，贴在悬臂梁的上表面，R3和和R4贴在悬臂梁的下贴在悬臂梁的下表面表面接成全桥时，接成全桥时， R1和和R2接在对边，接在对边， R3和和R4接在对边接在对边l金属电阻应变片性能稳定、测量精度高，但灵敏度系金属电阻应变片性能稳定、测量精度高，但灵敏度系数低、阻值小数低、阻值小l半导体应变片灵敏度系数是金属应变片的几十倍，在半导体应变片灵

9、敏度系数是金属应变片的几十倍，在微变测量中应用广泛微变测量中应用广泛l半导体应变片的工作原理是基于半导体的压阻效应半导体应变片的工作原理是基于半导体的压阻效应l压阻效应：半导体材料受到应力作用时，其电阻率会压阻效应：半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为发生变化，这种现象称为“压阻效应压阻效应”l半导体应变片的特点：半导体应变片的特点： 优点：灵敏度系数大，横向效应和机械滞后小优点：灵敏度系数大，横向效应和机械滞后小 缺点：非线性大，温度稳定性差缺点：非线性大，温度稳定性差l测量电路与温度补偿测量电路与温度补偿4片应变片组成全桥片应变片组成全桥其中，一对对角电阻受拉，另一对

10、对角电阻其中，一对对角电阻受拉，另一对对角电阻受压，电桥输出电压最大受压，电桥输出电压最大l电桥供电采用恒压源或恒流源电桥供电采用恒压源或恒流源对于恒压源对于恒压源设设4个桥臂由于应变引起的电阻变化为个桥臂由于应变引起的电阻变化为R，由于温度，由于温度变化引起的电阻变化为变化引起的电阻变化为Rt， 桥路输出受到环境温度变化的影响，但由于桥路输出受到环境温度变化的影响，但由于Rt R，影响甚微影响甚微对于恒流源对于恒流源 桥路输出与电阻的变化成正比，与恒流源的电流成正比，桥路输出与电阻的变化成正比，与恒流源的电流成正比，与温度无关，消除了环境温度的影响与温度无关，消除了环境温度的影响l半导体电阻

11、式传感器的应用半导体电阻式传感器的应用l压阻式气体压力传感器压阻式气体压力传感器核心是一块圆形硅膜片，膜片四周用一个圆环（硅杯核心是一块圆形硅膜片，膜片四周用一个圆环（硅杯）固定）固定在膜片上利用集成电路工艺制作在膜片上利用集成电路工艺制作4个阻值相等的电阻个阻值相等的电阻，用低阻导线连接成平衡电桥，用低阻导线连接成平衡电桥膜片两边有两个压力腔，一个是与被测系统相连的高膜片两边有两个压力腔，一个是与被测系统相连的高压腔，一个是与大气相通的低压腔压腔，一个是与大气相通的低压腔当膜片两边存在压力差时，膜片产生形变，膜片上各当膜片两边存在压力差时，膜片产生形变，膜片上各点产生应力点产生应力4个电阻的

12、配置位置按膜片上的径向应力和切向应力的个电阻的配置位置按膜片上的径向应力和切向应力的分布情况：分布情况：当当r=0.635r0时，径向应力为零；当时，径向应力为零；当r0.635r0时，径向应力为压力时，径向应力为压力设计时，根据应力分布，合理安排电阻位置，组成差动设计时，根据应力分布，合理安排电阻位置，组成差动电桥，可输出较高电压电桥，可输出较高电压沿径向对称于沿径向对称于0.635r0两侧制作两侧制作4个电阻，其中、个电阻，其中、R1、R4接于电桥对角线上，接于电桥对角线上，R2、R3接于电桥另一对角线上接于电桥另一对角线上当膜片两边存在压力差时，膜片上各点产生应力，电阻当膜片两边存在压力

13、差时，膜片上各点产生应力，电阻在应力作用下阻值发生变化，电桥失衡，产生电压输出在应力作用下阻值发生变化，电桥失衡，产生电压输出输出的电压与膜片两边的压力差成正比输出的电压与膜片两边的压力差成正比l热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化的特性而制成的温度敏感元件l测温范围主要在中低温区（200630）l主要金属热电阻和半导体热敏电阻两大类l铂热电阻铂热电阻优点：物理、化学性能及其稳定，测温精度高优点：物理、化学性能及其稳定，测温精度高缺点：温度系数小，不能在还原性介质中使用缺点：温度系数小，不能在还原性介质中使用热电特性热电特性铂热电阻使用范围铂热电阻使用范围200630A、B、C为与纯

14、度有关的常数为与纯度有关的常数工业用铂热电阻有工业用铂热电阻有Pt100 （R0=100欧姆）欧姆） Pt1000 （R0=1000欧姆）欧姆） Pt500 （R0=500欧姆）欧姆） l铜热电阻铜热电阻在测量精度要求不高且温度较低的场合可使用在测量精度要求不高且温度较低的场合可使用铜热电阻铜热电阻铜热电阻使用范围铜热电阻使用范围50150热电特性热电特性工业用铜热电阻有工业用铜热电阻有Cu50 （R0=50欧姆）欧姆） Cu100 （R0=100欧姆）欧姆）适用于在无水分及非腐蚀性介质中使用适用于在无水分及非腐蚀性介质中使用l热电阻的结构热电阻的结构由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒组

15、成由电阻体、绝缘管、保护套管、引线和接线盒组成电阻体由电阻丝和电阻支架组成电阻体由电阻丝和电阻支架组成电阻丝采用电阻丝采用双线无感绕法双线无感绕法绕制在具有一定形状的云母、绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷塑料支架上石英或陶瓷塑料支架上l半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体与金属有完全不同的导电机理。半导体与金属有完全不同的导电机理。由于半导体中参与导电的载流子比金属中的自由电子的由于半导体中参与导电的载流子比金属中的自由电子的密度小得多。所以半导体的电阻率大。密度小得多。所以半导体的电阻率大。随温度的升高，随温度的升高， 一方面半导体的价电子受热激发产生新的电子空穴一方面半导体的价电子受热激

16、发产生新的电子空穴对，使载流子数增加，电阻率减小；对，使载流子数增加，电阻率减小； 另一方面，半导体载流子运动速度升高，阻碍载流另一方面，半导体载流子运动速度升高，阻碍载流子定向运动能力增强，电阻率增大。子定向运动能力增强，电阻率增大。因此，半导体热敏电阻有正温度系数（因此，半导体热敏电阻有正温度系数（PTC）热敏电阻）热敏电阻和正温度系数（和正温度系数（NTC）热敏电阻）热敏电阻l热电特性：热电特性：半导体热敏电阻的温度系数远高于半导体热敏电阻的温度系数远高于金属丝的温度系数金属丝的温度系数半导体热敏电阻的阻值与温度关系半导体热敏电阻的阻值与温度关系近似成指数规律近似成指数规律l伏安特性：加

17、在热敏电阻两端的电伏安特性：加在热敏电阻两端的电压与流过的电流之间的关系压与流过的电流之间的关系当流过热敏电阻的电流较小时，其当流过热敏电阻的电流较小时，其伏安特性符合欧姆定律伏安特性符合欧姆定律当电流增大到一定值时，电流引起当电流增大到一定值时，电流引起热敏电阻自身温度升高，出现负阻热敏电阻自身温度升高，出现负阻特性特性使用时，应尽量减小流过它的电流使用时，应尽量减小流过它的电流，减少自热效应的影响，减少自热效应的影响l热敏电阻传感器的应用：热敏电阻传感器的应用：测量电流采用电桥测量电流采用电桥为了减小引线电阻带来的误差为了减小引线电阻带来的误差，常采用三线制或四线制测量，常采用三线制或四线

18、制测量电路电路l三线制测量电路三线制测量电路热敏电阻一端接一根引线，连热敏电阻一端接一根引线，连接电桥的一个臂；另一端接两接电桥的一个臂；另一端接两根引线，分别接于干路（电源根引线，分别接于干路（电源）和电桥的另一个臂）和电桥的另一个臂采用恒流源或恒压源供电采用恒流源或恒压源供电由于电桥相邻的那个臂增加了由于电桥相邻的那个臂增加了相同的导线电阻，差动输出后相同的导线电阻，差动输出后，可消除导线电阻的影响，可消除导线电阻的影响R、R0、Rtr消除了导线电阻的影响消除了导线电阻的影响l四线制测量电路四线制测量电路热敏电阻两端各接两根引线热敏电阻两端各接两根引线两根引线通过电阻接于恒流源两根引线通过

19、电阻接于恒流源另两根接于运算放大器的输入另两根接于运算放大器的输入端端热敏电阻将温度的变化转换为热敏电阻将温度的变化转换为电阻的变化，流过热敏电阻的电阻的变化，流过热敏电阻的恒定电流将电阻变化转换为电恒定电流将电阻变化转换为电压的变化，输入到差动运放，压的变化，输入到差动运放，放大后输出放大后输出输出与导线电阻无关输出与导线电阻无关l典型应用：温度控制典型应用：温度控制lRt负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻低于设定温度低于设定温度Rt阻值大阻值大VTVT1 、VTVT2导通导通继电器线圈继电器线圈K K得电、得电、LEDLED点亮点亮触点触点K K1吸合吸合电热丝加热电热丝加热高于设定温度

20、高于设定温度Rt阻值小阻值小VTVT1 、VTVT2截止截止继电器线圈继电器线圈K K失电、失电、LEDLED熄灭熄灭触点触点K K1断开断开电热丝断电电热丝断电l光敏电阻传感器是基于半导体光电效应制成的敏感元件光敏电阻传感器是基于半导体光电效应制成的敏感元件l光敏电阻的结构光敏电阻的结构在玻璃基板上均匀涂上一层半导体材料（硫化镉等），在玻璃基板上均匀涂上一层半导体材料（硫化镉等），然后在半导体两端装上电极，封装在塑料壳体内然后在半导体两端装上电极，封装在塑料壳体内为了增大光照面积，获得更高的灵敏度，一般采用梳状为了增大光照面积，获得更高的灵敏度，一般采用梳状结构结构l无光照时，光敏电阻的阻值

21、很大，在兆欧级以无光照时，光敏电阻的阻值很大，在兆欧级以上，将光敏电阻接入电路，电路的暗电流很小上，将光敏电阻接入电路，电路的暗电流很小l当受到一定波长范围的光照射时，其阻值急剧当受到一定波长范围的光照射时，其阻值急剧下降，可达千欧级一下，电路中的电流增大下降，可达千欧级一下，电路中的电流增大l选用时，光敏电阻的暗电阻越大、亮电阻越小选用时，光敏电阻的暗电阻越大、亮电阻越小，性能越好，性能越好l光敏电阻有很高的灵敏度和很好的光谱特性，光敏电阻有很高的灵敏度和很好的光谱特性，光谱响应从紫外一直到红外，广泛应用于防盗光谱响应从紫外一直到红外，广泛应用于防盗报警和火灾报警中报警和火灾报警中l伏安特性

22、：一定的光照下，光敏电阻两端的电压与电流伏安特性：一定的光照下，光敏电阻两端的电压与电流之间的关系，称为伏安特性之间的关系，称为伏安特性在给定偏压下，光照度越大，光电流越大在给定偏压下，光照度越大，光电流越大当光照一定时，偏压越大，光电流也越大，且没有饱和当光照一定时，偏压越大，光电流也越大，且没有饱和现象现象 但使用时，要注意所加偏压不能大于最大工作电压但使用时，要注意所加偏压不能大于最大工作电压l光照特性：光敏电阻的光电流（亮电流和暗电光照特性：光敏电阻的光电流（亮电流和暗电流之差）与光通量（光照度）之间的关系流之差）与光通量（光照度）之间的关系光敏电阻的光照特性是非线性的，不宜作检测光敏

23、电阻的光照特性是非线性的，不宜作检测元件元件一般作为开关式传感器，如被动式人体红外检一般作为开关式传感器，如被动式人体红外检测、路灯开关测、路灯开关l光谱特性：光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称光谱特性：光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性为光谱特性l不同材料，峰值波长不同，光谱特性不同不同材料，峰值波长不同，光谱特性不同硫化镉的峰值波长在可见光区硫化镉的峰值波长在可见光区硫化铅的峰值波长在红外光区硫化铅的峰值波长在红外光区l使用时应根据光源性质选择合适的光电器件使用时应根据光源性质选择合适的光电器件l温度特性：作为半导体器件的光敏电阻，受温度影响较温度特性：作为半导体器件的光

24、敏电阻，受温度影响较大大温度升高暗电流和灵敏度下降温度升高暗电流和灵敏度下降峰值波长随温度上升向波长短的方向移动峰值波长随温度上升向波长短的方向移动使用时，为了提高灵敏度或保持光谱特性（能够接受红使用时，为了提高灵敏度或保持光谱特性（能够接受红外辐射），需要采取降温措施外辐射），需要采取降温措施l电感式传感器是利用电磁感应原理将被测量的电感式传感器是利用电磁感应原理将被测量的变化转换为线圈的自感或互感变化的器件变化转换为线圈的自感或互感变化的器件l常用来测量位移、压力、振动、应变、流量、常用来测量位移、压力、振动、应变、流量、比重等比重等l按原理可分为自感式、互感式等按原理可分为自感式、互感式

25、等l优点：结构简单、工作可靠，灵敏度高、线性优点：结构简单、工作可靠，灵敏度高、线性好、精度高、性能稳定，输出电阻小、输出功好、精度高、性能稳定，输出电阻小、输出功率大，抗干扰能力强，适用于恶劣环境率大，抗干扰能力强，适用于恶劣环境l缺点：频响低，不宜快速动态测量缺点：频响低，不宜快速动态测量l结构：结构：自感式传感器由线圈、铁心和活动衔铁组成自感式传感器由线圈、铁心和活动衔铁组成铁心和衔铁由导磁材料（如硅钢片或坡莫合金）制成铁心和衔铁由导磁材料（如硅钢片或坡莫合金）制成线圈绕在铁心上，并加交流激励线圈绕在铁心上，并加交流激励l工作原理：工作原理：铁心与衔铁之间有空气隙，铁心与衔铁之间有空气隙

26、， 当衔铁上下移动时，气隙改变，当衔铁上下移动时，气隙改变， 磁路磁阻发生变化，磁路磁阻发生变化， 从而引起线圈自感的变化从而引起线圈自感的变化自感量的变化与衔铁位置有关，自感量的变化与衔铁位置有关， 只要测出自感量的变化，就能只要测出自感量的变化，就能 获得衔铁位移量的大小获得衔铁位移量的大小l自感式传感器基本特征方程：自感式传感器基本特征方程：当线圈的匝数当线圈的匝数N N确定后，只要气隙确定后，只要气隙或气隙截面积或气隙截面积S S0 0发发生变化，电感即发生变化，即生变化，电感即发生变化，即L=L=f f( (，S S0 0) )因此电感式传感器结构形式上有变气隙式和变面积式因此电感式

27、传感器结构形式上有变气隙式和变面积式在圆筒型线圈中放圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，电在圆筒型线圈中放圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，电感量也发生变化，可构成螺线管式电感传感器。感量也发生变化，可构成螺线管式电感传感器。l为了减小非线性误差，提高灵敏度，常采用差动式变气为了减小非线性误差，提高灵敏度，常采用差动式变气隙传感器隙传感器差动电感传感器的结构特点是两个完全对称的简单电感差动电感传感器的结构特点是两个完全对称的简单电感传感元件合用一个活动衔铁传感元件合用一个活动衔铁测量时，衔铁通过导杆与被测位移量相连，当被测体上测量时，衔铁通过导杆与被测位移量相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同

28、的位移上下移动下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动从而使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变从而使两个磁回路中磁阻发生大小相等，方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动减小，形成差动l与简单式电感传感器相比与简单式电感传感器相比，差动式电感传感器，差动式电感传感器灵敏度提高一倍灵敏度提高一倍非线性误差由非线性误差由/ /减小减小为为( (/ /) )2 2克服温度等外界共模影响克服温度等外界共模影响l电感式传感器测量电路电感式传感器测量电路l变压器电桥电路变压器电桥电路( (Z Z= =jwLjwL

29、) )：Z Z1 1、Z Z2 2是自感传感器的两个是自感传感器的两个线圈的阻抗，另两臂是电源变压器二次侧线圈线圈的阻抗，另两臂是电源变压器二次侧线圈初始时，初始时，Z Z1 1=Z=Z2 2=Z=Z 当电感变化量为当电感变化量为L L时，时， 输出电压与电感的变化成线性关系输出电压与电感的变化成线性关系 由于输出为交流电压所以电路只能确定衔铁位移的大小由于输出为交流电压所以电路只能确定衔铁位移的大小，不能判断位移的方向，不能判断位移的方向 为了判断位移的方向，要在后续电路中配置相敏检波电路为了判断位移的方向，要在后续电路中配置相敏检波电路l带带相敏检波电路的相敏检波电路的电桥电路电桥电路电桥

30、由差动电感传感器线圈电桥由差动电感传感器线圈Z Z1 1、Z Z2 2和平衡电阻和平衡电阻R R1 1、R R2 2组成，组成，R R1 1=R=R2 2，VDVD1 1-VD-VD4 4构成相敏整流器构成相敏整流器电桥的一个对角线加交流激励电压，另一个对角线输出电压电桥的一个对角线加交流激励电压，另一个对角线输出电压设衔铁下移时，设衔铁下移时，Z Z1 1增大，增大，Z Z2 2减小减小当电源当电源U U为为A A正正B B负时，负时，VDVD1 1、VDVD4 4导通，导通，VDVD2 2、VDVD3 3截止，电阻截止，电阻R R1 1上的电压大于电阻上的电压大于电阻R R2 2上的电压，

31、上的电压，u u0 000当电源当电源U U为为A A负负B B正时，正时，VDVD1 1、VDVD4 4截止，截止，VDVD2 2、VDVD3 3导通，电阻导通，电阻R R1 1上的电压小于电阻上的电压小于电阻R R2 2上的电压，上的电压，u u0 000在一个电源周期内输出电压始终为正在一个电源周期内输出电压始终为正同理，当衔铁上移时，在一个电源周期内输出电压始终同理，当衔铁上移时，在一个电源周期内输出电压始终为负为负使用使用相敏检波电路，相敏检波电路，输出电压的大小反映衔铁位移大小输出电压的大小反映衔铁位移大小，极性反映位移方向，极性反映位移方向由于二极管的整流作用，由于二极管的整流作

32、用，相敏检波电路还相敏检波电路还能够消除零点能够消除零点残余电压影响残余电压影响l电感式传感器的应用电感式传感器的应用l压力测量压力测量采用变气隙差动传感器采用变气隙差动传感器当被测压力当被测压力p变化时，弹簧管的自由端产生位移，带动变化时，弹簧管的自由端产生位移，带动与自由端刚性相连的自感传感器衔铁发生移动，使差动与自由端刚性相连的自感传感器衔铁发生移动，使差动自感传感器电感值一个增加，一个减小。自感传感器电感值一个增加，一个减小。传感器采用变压器电桥供电，传感器采用变压器电桥供电，输出电压的大小反映衔铁输出电压的大小反映衔铁位移大小位移大小l差动式电感测厚仪差动式电感测厚仪开始测量之前，先

33、调节测微螺杆至给定厚度（由度盘读出）开始测量之前，先调节测微螺杆至给定厚度（由度盘读出）测量时，被测带材在上下测量滚轮之间通过测量时，被测带材在上下测量滚轮之间通过当刚带厚度偏离给定厚度时，上测量滚轮将带动测微螺杆上当刚带厚度偏离给定厚度时，上测量滚轮将带动测微螺杆上下移动，通过杠杆将位移传递给衔铁，使下移动，通过杠杆将位移传递给衔铁，使L1、L2变化变化电感传感器的两个线圈电感传感器的两个线圈L1、L2 构成电桥的两个桥臂，构成电桥的两个桥臂，C1、C2 构成电桥的另两个桥臂构成电桥的另两个桥臂4个二极管个二极管VD1-VD4和和4个电阻组成相敏检波电路，输出电流个电阻组成相敏检波电路，输出

34、电流由电流表指示由电流表指示R5是调零电位器，是调零电位器，R6用于调节电流表的满刻度，用于调节电流表的满刻度，R7、C3、C4起滤波作用，起滤波作用，HL为工作指示灯为工作指示灯l互感式传感器是根据变压器原理制成的，也称差动变压器互感式传感器是根据变压器原理制成的，也称差动变压器l主要有变气隙武、变面积式和螺线管式主要有变气隙武、变面积式和螺线管式l应用较多的是螺管式，可测量应用较多的是螺管式，可测量1-100mm的位移的位移l结构简单、性能可靠、灵敏度高、精度高结构简单、性能可靠、灵敏度高、精度高l螺线管式差动变压器的结构螺线管式差动变压器的结构由绝缘骨架、绕在骨架上的一个一次初级侧线圈、

35、对称于由绝缘骨架、绕在骨架上的一个一次初级侧线圈、对称于初级线圈的两个二次侧线圈和插在线框中的圆柱铁心组成初级线圈的两个二次侧线圈和插在线框中的圆柱铁心组成两个二次侧线圈反向串联（差动连接）两个二次侧线圈反向串联（差动连接）在一次侧线圈加交流激励，根据变压器原理，两个二次侧在一次侧线圈加交流激励，根据变压器原理，两个二次侧线圈产生感应电动势线圈产生感应电动势由于两个二次侧线圈对称，当衔铁处于中间时，产生的感由于两个二次侧线圈对称，当衔铁处于中间时，产生的感应电动势相等应电动势相等由于两个二次侧线圈反接，故输出为零由于两个二次侧线圈反接，故输出为零当被测量带得衔铁移动时，两个二次侧线圈的感应电动

36、势当被测量带得衔铁移动时，两个二次侧线圈的感应电动势随衔铁移动的位移而变化随衔铁移动的位移而变化差动输出电压为两个二次侧线圈输出电压的合成，呈差动输出电压为两个二次侧线圈输出电压的合成，呈V V字形字形l由于两个二次侧线圈实际参数不对称，使两个二次输出由于两个二次侧线圈实际参数不对称，使两个二次输出的感应电动势不能完全抵消，从而存在零点残余电压的感应电动势不能完全抵消，从而存在零点残余电压l减小零点残余电压减小零点残余电压在制作工艺上力求结构对称、磁路对称、线圈对称、铁在制作工艺上力求结构对称、磁路对称、线圈对称、铁心和材料均匀心和材料均匀采用电阻、电容补偿电路、差动整流电路采用电阻、电容补偿

37、电路、差动整流电路电阻可以改变二次侧线圈输出电压的大小，对基波正交电阻可以改变二次侧线圈输出电压的大小，对基波正交分量有很好的补偿效果分量有很好的补偿效果并联电容对高次谐波有很好的滤波和抑制作用并联电容对高次谐波有很好的滤波和抑制作用l差动整流电路差动整流电路一次侧线圈激励电压正半周时，两个二次侧线圈输出电一次侧线圈激励电压正半周时，两个二次侧线圈输出电压压a a正正b b负，负，c c正正d d负，经电桥整流后，负，经电桥整流后，2 2正正4 4负，负，6 6正正8 8负负一次侧线圈激励电压负半周时，两个二次侧线圈输出电一次侧线圈激励电压负半周时，两个二次侧线圈输出电压压a a负负b b正，

38、正，c c负负d d正，经电桥整流后，正，经电桥整流后，2 2正正4 4负，负，6 6正正8 8负。负。极性不变极性不变衔铁在零位时，衔铁在零位时，U U2424=U=U6868，U U2 2=0=0衔铁上移时，衔铁上移时， U U2424UU6868，U U2 200衔铁下移时，衔铁下移时， U U2424UU6868，U U2 200所以，输出电压的大小反映衔铁位移的大小，极性反映所以，输出电压的大小反映衔铁位移的大小，极性反映位移的方向。位移的方向。R R0 0用于零点残余电压调零用于零点残余电压调零l测量电路测量电路差动变压器只能反映位移大小，不能反映位移反方向差动变压器只能反映位移大小，不能反映位移反方向为了能够分辨位移方向，消除零点残余电压，测量中采为了能够分辨位移方向，消除零点残余电压，测量中采用差动整流电路和相敏检波电路用差动整流电路和相敏检波电路l相敏检波电路相敏检波电路4