第三章常用的傳感器本章學(xué)習(xí)要求：1.了解傳感器的分類2.掌握常用傳感器測(cè)量原理3.了解傳感器測(cè)量電路3.1概述3.2電阻傳感器

3.3電容傳感器3.4電感傳感器3.5磁電傳感器3.6壓電傳感器3.7磁敏傳感器3.8傳感器選用原則▼▼▼▼▼▼▼▼3.1概述1.傳感器(Sensor)定義

傳感器是指能感受被測(cè)物理量的變化，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。敏感元件：感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)轉(zhuǎn)換元件：被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)2.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感元件與轉(zhuǎn)換元件組成。3.傳感器的分類1)按被測(cè)物理量分類常見的被測(cè)物理量：機(jī)械量:長(zhǎng)度,厚度,位移,速度,加速度,旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場(chǎng).溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩位移傳感器、流量傳感器、溫度傳感器等。機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、流體式等.2)按傳感器的工作原理分類:能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型.3)按信號(hào)變換特征:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計(jì),壓電式加速度計(jì).能量控制型:從外部供給能量并由被測(cè)量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.dV4)按敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系:物性型:依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換.如:水銀溫度計(jì).結(jié)構(gòu)型:依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變.例如:電容式和電感式傳感器.電阻式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器。按工作的原理可分為:熱敏式電阻應(yīng)變式光敏式濕敏式3.2電阻式傳感器變阻器式1變阻器式傳感器

(1)工作原理(2)等效電路分析:Rp-總電阻;xp-變阻總長(zhǎng);RL負(fù)載電阻;x-電刷移動(dòng)量.132xxpEinEoutRxRLRp-Rx0x100%100%Output0負(fù)載效應(yīng)(3)變阻器式傳感器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便；缺點(diǎn)：分辨力不高，容易產(chǎn)生噪聲，適合于測(cè)量變化較緩慢的量。(4)應(yīng)用案例：重量的自動(dòng)檢測(cè)--配料設(shè)備重量設(shè)定原材料

比較原理用彈簧將力轉(zhuǎn)換為位移;再用變阻器將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化案例：玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼）原理直接將關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化轉(zhuǎn)換為電阻器阻值變化可調(diào)電位器為輸出電壓(V)；為外加固定電壓(V);為材料的總電阻();為固定端至滑塊的電阻()(1).應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形而引起導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值發(fā)生變化的物理現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。傳感元件：電阻應(yīng)變片，它是一種把被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的傳感元件。應(yīng)變片受力

應(yīng)變

比例關(guān)系

比例關(guān)系

應(yīng)變片電阻的變化

2.電阻應(yīng)變式傳感器絲式應(yīng)變片

箔式應(yīng)變片

金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片

金屬電阻應(yīng)變片:由金屬電阻絲、基片和覆蓋層、引出線組成。①由直徑為0.025mm左右的高電阻率的合金電阻絲繞成柵欄形的敏感柵，它的作用是敏感應(yīng)變量的變化。②基片用作定位和保護(hù)電阻絲，它與粘結(jié)劑一起把機(jī)械應(yīng)變傳遞給電阻絲，并使電阻絲和被測(cè)構(gòu)件之間絕緣。③引出線（0.15~0.30mm鍍錫銅線），用以連接導(dǎo)線。箔式應(yīng)變片:金屬箔式應(yīng)變片的敏感柵則是用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。金屬箔柵采用光刻技術(shù)制造，適用于大批量生產(chǎn)。由于金屬箔式應(yīng)變片具有線條均勻、尺寸準(zhǔn)確、阻值一致性好、傳遞試件應(yīng)變性能好等優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體應(yīng)變片:典型結(jié)構(gòu)如圖所示：電阻值的改變是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。

壓阻效應(yīng)：?jiǎn)尉О雽?dǎo)體材料在沿某一軸向受力時(shí)，其電阻率ρ發(fā)生改變的現(xiàn)象。單晶半導(dǎo)體在外力作用下，原子點(diǎn)陣排列規(guī)律發(fā)生變化，導(dǎo)致載流子遷移率及載流子濃度的變化，從而引起電阻率的變化。(2).工作原理式中，ρ——導(dǎo)線的電阻率，又稱為電阻系數(shù)金屬導(dǎo)線的應(yīng)變電阻效應(yīng)：當(dāng)金屬絲由于受到軸向力P而伸長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，截面積減小，其電阻值就增大；反之，如細(xì)絲因受壓力而縮短，即長(zhǎng)度變短，截面積變粗時(shí)，則電阻就減小。應(yīng)變片受力后，電阻的變化dR

則兩邊同除以R，同時(shí)R=ρL/A，則dL/L=ε——金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度的相對(duì)變化，稱縱向應(yīng)變。dρ/ρ——導(dǎo)線電阻率的相對(duì)變化。dA/A——導(dǎo)線截面積的相對(duì)變化，稱為橫向應(yīng)變。

對(duì)于圓形截面積的導(dǎo)線，若其直徑為D，則橫向應(yīng)變dr/r和縱向應(yīng)變dL/L之比稱為泊桑比，即故E為導(dǎo)線材料的彈性模量，λ為壓阻系數(shù)，與材料有關(guān)。則已知當(dāng)導(dǎo)體材料確定后，μ、λ、E均為常數(shù)，則(1+2μ+λE)為常數(shù)。靈敏度為：應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化率dR/R與應(yīng)變?chǔ)胖g是線性關(guān)系S由兩部分組成：前一部分(1+2μ)是由金屬導(dǎo)線的幾何尺寸變化引起的；后一部分λE是由于電阻率變化而引起的。μ：泊松系數(shù)，E:彈性模量，ε:縱向應(yīng)變，λ:壓阻系數(shù)

推導(dǎo)<1>金屬應(yīng)變片（不變）金屬應(yīng)變計(jì)<2>

半導(dǎo)體應(yīng)變片（變化）半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)(3).應(yīng)變片的主要參數(shù)

1)幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用b×L表示。2)電阻值：應(yīng)變計(jì)的原始電阻值。

3)靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計(jì)變換性能的重要參數(shù)。4)其它表示應(yīng)變計(jì)性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。

(4).金屬應(yīng)變計(jì)金屬應(yīng)變計(jì)有:

1、絲式

2、箔式

3、薄膜式優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性和溫度特性好.缺點(diǎn):靈敏度系數(shù)小.應(yīng)變計(jì)(5).半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)變靈敏度大;體積小;能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件.缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。應(yīng)變計(jì)體型薄膜型擴(kuò)散型(6).應(yīng)變式電阻傳感器的應(yīng)用

1）將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)構(gòu)件上，直接用來(lái)測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變和應(yīng)力。2）將應(yīng)變片貼于彈性元件上，與彈性元件一起構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。這種傳感器常用來(lái)測(cè)量力、位移、加速度等物理參數(shù)。立柱應(yīng)力

橋梁應(yīng)力

德國(guó)HBM電阻應(yīng)變式傳感器

原理將物品重量通過(guò)懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。重量傳感器

位移傳感器

加速度計(jì)

壓力傳感器

壓力傳感器

轉(zhuǎn)矩傳感器

3.其他電阻傳感器

(1).熱電阻傳感器

利用導(dǎo)電物體電阻率隨本身溫度變化而變化的溫度電阻效應(yīng)制成的傳感器。溫度(熱量)的變化電阻的變化溫度檢測(cè):-200℃～+500℃(2).熱敏電阻傳感器

圓形熱敏電阻柱形熱敏電阻珠形熱敏電阻熱敏電阻在電路中的符號(hào)非線性元件:它的溫度-電阻關(guān)系是指數(shù)關(guān)系

溫度為-50℃～＋350℃

(3).光敏電阻傳感器

(4).濕敏電阻傳感器

▲3.3電容式傳感器

1.變換原理

將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化。兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++A

當(dāng)被測(cè)量δ、A或ε發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。2.分類

a)極距變化型+++c)介質(zhì)變化型b)面積變化型:平面線位移型,角位移型,柱面線位移型3.靈敏度

a)極距變化型傳感器的靈敏度近似為：變極距電容傳感器

平板電容器傳感器靈敏度b)面積變化型a)直線位移型

直線位移型b)角位移型

傳感器靈敏度角位移型c)介質(zhì)變化型介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度(圖a)、位移(圖b)、液位(圖c)根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量(圖d)等。4.電容式傳感器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量

旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測(cè)量

電容式氫液高度傳感器

紗條均勻度測(cè)試儀

▲3.4電感式傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類:電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型1.可變磁阻式(自感型)原理:電磁感應(yīng)可變磁阻式傳感器基本原理1．線圈2.鐵芯3.銜鐵磁阻Rm包括有三部分：鐵心、銜鐵、氣隙中的磁阻。總磁阻：

l——鐵心與銜鐵的導(dǎo)磁長(zhǎng)度[m]；μ——鐵心與銜鐵的磁導(dǎo)率[H/m]；A——鐵心與銜鐵的導(dǎo)磁面積[m2]；μ0——空氣磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7[H/m]；A0——空氣隙導(dǎo)磁橫截面積[m2]；因?yàn)殍F心磁阻與空氣隙的磁阻相比很小，可忽略所以代入式得特性分析:上式表明，自感系數(shù)L與氣隙成δ成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積A0成正比，因此改變氣隙長(zhǎng)度和改變氣隙導(dǎo)磁截面積都能使電感量發(fā)生變化。(1).間隙變化型當(dāng)μ0、A0固定不變，改變?chǔ)臅r(shí)，L與δ呈非線形（雙曲線）關(guān)系。L與δ的雙曲線關(guān)系

傳感器靈敏度：（1）靈敏度：δ越小，靈敏度越高。（2）線性誤差：為使傳感器具有較好的線性，必須限制銜鐵的位移變化量，一般取△δ/δ≤0.1，此時(shí)S可近似為常數(shù)。特點(diǎn)：靈敏度較高，非線性嚴(yán)重，自由行程小，只適用于0.001-1mm范圍的小位移測(cè)量。差動(dòng)式:銜鐵處于中間位置：L1=L2銜鐵右移Δδ：L1=L-ΔL1

L2=L+ΔL2若將兩線圈接于電橋相鄰兩橋臂：ΔL=│L1-L2│輸出靈敏度可提高一倍,且可改善其非線性特性。變間隙型差動(dòng)變壓器輸出特性傳感器靈敏度(2).面積變化型面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)當(dāng)μ0、δ

固定不變，改變A0時(shí)，L與A0呈線形關(guān)系，L與A0的線形關(guān)系傳感器靈敏度=常數(shù)(3).螺管線圈型當(dāng)其它參數(shù)不變，僅改變L1，使Rm變化，從而產(chǎn)生電感的變化。雙螺管線圈差動(dòng)型傳感器及測(cè)量電路變換原理:金屬體在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。渦電流：把一個(gè)線圈放到一塊金屬導(dǎo)體板附近，相距為δ，當(dāng)線圈通以高頻交流電流i時(shí)，便產(chǎn)生磁通Φ，此交變磁通通過(guò)鄰近的金屬板，金屬板上便產(chǎn)生感應(yīng)電流i1，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱之為“渦電流”或“渦流”。

2.渦流式電感傳感器

渦電流也會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)Φ1，根據(jù)楞次定律，渦電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)Φ1與線圈的磁場(chǎng)Φ變化方向相反，Φ1總是抵抗Φ的變化，由于渦電流磁場(chǎng)的作用，使原線圈的等效阻抗Z發(fā)生變化。例：應(yīng)用廣泛的渦電流位移傳感器，就是固定ρ、μ、h、I、ω不變，只使阻抗Z與距離δ成單值的函數(shù)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)分析得知，線圈阻抗Z的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、厚度h、線圈的激勵(lì)電流I和激勵(lì)角頻率ω及線圈與導(dǎo)體之間的距離δ等參數(shù)有關(guān)。

所以線圈阻抗可表示為：

渦流式傳感器的應(yīng)用案例：位移、振幅、軸心軌跡的測(cè)量徑向振動(dòng)的測(cè)量構(gòu)件振幅的測(cè)量構(gòu)件振型的測(cè)量軸心軌跡的測(cè)量其中，n為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；f為脈沖頻率；z為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。案例:轉(zhuǎn)速的測(cè)量案例：測(cè)厚案例：零件計(jì)數(shù)案例：無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化。火車輪檢測(cè)油管檢測(cè)工作原理:互感現(xiàn)象.如圖所示，當(dāng)線圈W1輸入交流電流i，線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e12，其大小與電流i的變化率成正比：M——比例系數(shù)，稱為互感，其大小與兩線圈相對(duì)位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等因素有關(guān)，表明兩線圈之間的耦合程度。

3.互感型--差動(dòng)變壓器螺管式差動(dòng)變壓器：變壓器由初級(jí)線圈W和兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的次級(jí)線圈W1、W2組成，線圈中心插入圓柱形鐵心P，次級(jí)線圈W1和W2反極性串聯(lián)，當(dāng)初級(jí)線圈W加上交流電壓時(shí)，次級(jí)線圈分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2，其大小與鐵心位置有關(guān)，當(dāng)鐵心在中心位置時(shí)，e1=e2，輸出電壓e0=e1-e2=0；鐵心偏離中心位置時(shí)，（上）e1>e2(或（下）e1<e2)，其輸出特性如圖所示。注：（1）差動(dòng)變壓器的輸出電壓是交流量，其幅值與位移成正比，若用交流電壓表指示，輸出值只能反映鐵心的位移大小，而不能反映移動(dòng)方向。零點(diǎn)殘余電壓：由于兩次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，以及初級(jí)線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻，線圈間分布電容等原因形成。（2）交流電壓輸出存在零點(diǎn)殘余電壓（即鐵心處于中間位置時(shí)，其輸出亦不為零）。差動(dòng)變壓器式傳感器的后接測(cè)量電路應(yīng)該采用既能反映鐵心位移方向，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的直流輸出電路。如圖為用于小位移測(cè)量的差動(dòng)相敏檢波電路。沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，鐵心處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻R使零點(diǎn)殘余電壓減少；輸入信號(hào)時(shí)，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后直流輸出，由表頭指示位移量大小和方向。應(yīng)用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩,應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度;振動(dòng),速度,加速度;等.案例：板的厚度測(cè)量~案例：張力測(cè)量▲3.5磁電傳感器

1.變換原理

磁電式傳感器是把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為

磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2.分類

磁電式動(dòng)圈式磁阻式線速度型角速度型N3.動(dòng)圈式傳感器

l:每匝線圈的平均長(zhǎng)度；B:線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；A:每匝線圈的截面積；θ:線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；k:傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)。4磁阻式傳感器

磁阻式傳感器又稱為變磁通式傳感器或變氣隙式傳感器，常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。圖a為開路變磁通式傳感器，線圈和磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪由導(dǎo)磁材料制成，安裝在被測(cè)旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率等于測(cè)量齒輪上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。5.磁電傳感器的應(yīng)用測(cè)速電機(jī)磁電式測(cè)速傳感器測(cè)頻數(shù)測(cè)轉(zhuǎn)速偏心測(cè)量振動(dòng)測(cè)量▲一、壓電效應(yīng):

某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部也會(huì)被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。F+q=DF壓電式傳感器是一種可逆型換能器，其工作原理是基于某些電介質(zhì)所具有的壓電效應(yīng)。

逆壓電效應(yīng)：若將這些物質(zhì)置于電場(chǎng)中，其幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，這種由于外電場(chǎng)作用導(dǎo)致物質(zhì)的機(jī)械變形的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。3.6壓電傳感器

二、壓電材料:凡是具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。1、性能要求壓電常數(shù)、介電常數(shù)和電阻率大，機(jī)械強(qiáng)度和剛度高，耐濕和耐高溫，且居里點(diǎn)（失去壓電效應(yīng)的溫度）高和時(shí)間穩(wěn)定性好。2、常用的壓電材料:壓電晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體、有機(jī)高分子壓電材料①壓電晶體:單晶體(石英晶體SiO2)，其具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，時(shí)間和溫度穩(wěn)定性好，居里點(diǎn)高；但壓電常數(shù)不太高，且資源較少，價(jià)格高，多用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)傳感器或精度要求很高的傳感器。②壓電陶瓷:一種人工制造的多晶體壓電材料(鈦酸鋇BatiO3、鋯鈦酸鉛系列PZT等)，壓電常數(shù)、介電常數(shù)和電阻率高。與石英晶體相比，壓電陶瓷的壓電常數(shù)很高，制作方便，成本較低，現(xiàn)在壓電元件絕大多數(shù)采用壓電陶瓷。③壓電半導(dǎo)體(ZnS)：它具有壓電特性又有半導(dǎo)體特性，便于制成新型集成壓電傳感器系統(tǒng)。④有機(jī)高分子壓電材料:質(zhì)輕柔軟，耐沖擊，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，如聚偏二氟乙烯（PVdF），可批量生產(chǎn)和制成較大面積的壓電薄膜，是一種很有發(fā)展前途的壓電材料。三、石英晶體的壓電特性:石英晶體的晶體結(jié)晶形狀:六角形晶柱(六棱柱)光軸:晶體縱軸線的Z-Z軸。電軸:通過(guò)六角棱線而垂直于光軸軸線的X-X軸。機(jī)械軸:垂直于棱面的軸稱為機(jī)械軸Y-Y。從晶體上切下一個(gè)平行六面體，并使其晶面分別平衡于Z-Z，Y-Y，X-X軸線，這個(gè)晶片在正常狀態(tài)下，不呈電性；(1)若沿電軸X軸方向施加外力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)。①在與電軸(X)垂直的平面上將產(chǎn)生電荷qx；②其大小(2)若沿機(jī)械軸(Y)方向施加外力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生橫向壓電效應(yīng)。①在與電軸（X）垂直的平面上產(chǎn)生電荷qx；②其大小：（與晶片的幾何尺寸有關(guān)）a、b分別為晶體片的長(zhǎng)度和厚度。四、壓電陶瓷的壓電特性:壓電陶瓷為人工經(jīng)過(guò)極化處理后的多晶體壓電材料，壓電陶瓷在極化面上受到垂直于它的均勻分布作用力時(shí)，則在這兩個(gè)鍍銀極化面上分別出現(xiàn)正負(fù)電荷；若在兩側(cè)面均勻分布作用力時(shí)：Sx:受力面面積，Sy:極化面面積F+q=DF五、壓電式傳感器及其等效電路:壓電傳感器的敏感元件是由壓電材料按特定方向切成的長(zhǎng)方體壓電晶片，其上兩個(gè)產(chǎn)生電荷的面上鍍有金屬膜，形成兩個(gè)金屬平面電極，因此:電容器上的開路電壓U、電荷q與電容C三者之間的關(guān)系為:1、壓電式傳感器既可以看作電荷發(fā)生器，又可看作電容器。壓電式傳感器是一個(gè)具有一定電容的電荷源。2、壓電式傳感器可等效為一個(gè)與電容并聯(lián)的電荷源或等效為一個(gè)與電容串聯(lián)的電壓源，如圖所示：等效電荷源

Cc:分布電容；Ri:輸入電阻；Ra:漏電阻；Ci:輸入電容ea：開路電壓；q:壓電晶片表面上的電荷；Ca為壓電晶片的電容。3、為提高傳感器的靈敏度，實(shí)際使用壓電式傳感器時(shí)常用多片性能相同的晶片串接或并接。①并接：

輸出電荷量大，時(shí)間常數(shù)大，宜于作緩變量的測(cè)量，適宜于以電荷量作為輸出的場(chǎng)合；+－－+②串接：輸出電壓大，適用于電壓輸出，且要求測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。++－－六、測(cè)量電路

壓電式傳感器輸出電荷q很少，內(nèi)阻Ra很大，輸出信號(hào)很弱小，因此要進(jìn)行處理，通常應(yīng)把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過(guò)阻抗變換后，方可輸入到后續(xù)顯示儀表中。

前置放大器的作用:①放大傳感器輸出的微弱信號(hào)；②將傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。前置放大器的形式:①電壓放大器②電荷放大器如圖所示，其輸出電壓:其中C=Ca+Cc+Ci當(dāng)開環(huán)增益足夠大時(shí):電荷放大器輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并且與電纜對(duì)地電容無(wú)關(guān)。七、應(yīng)用b)壓力變送器a)加速度計(jì)，力傳感器

典型應(yīng)用：在機(jī)床動(dòng)態(tài)切削力測(cè)試中作壓力傳感器；在表面粗糙度測(cè)量?jī)x中作力傳感器；在測(cè)軸承支座反力時(shí)作壓力傳感器。壓電式壓力傳感

壓電式壓力傳感器特性

3.7磁敏傳感器1.霍爾元件霍爾效應(yīng):

霍爾效應(yīng)原理圖

將霍耳元件置于磁場(chǎng)B中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)