汽車試驗方法

1、.：.； 汽車實驗方法概述 機械量的電丈量技術 汽車整車性能實驗 汽車總成與零部件實驗概述根本概念所謂“汽車測試，簡單地說,就是經(jīng)過實踐測試的手段確定汽車的某個些參數(shù)。這里的“參數(shù)，普通是指物理量的定量數(shù)值；個別情況下也能夠是定性評價。普通來說，汽車實驗所采用的儀器設備、實驗場所、實驗環(huán)境和實驗工況等，都應該遵照國家或者相關部門、行業(yè)或企業(yè)發(fā)布的正規(guī)規(guī)范文件。規(guī)范可以確保實驗操作規(guī)范、平安，數(shù)據(jù)結(jié)果準確、可信、具有典型性、代表性和可比性。而有些探求性、創(chuàng)新性實驗，也可以由研討人員自行制定實驗規(guī)范和操作規(guī)范，這也是對汽車根底實際、設計制造技術和汽車實驗方法的有力推進。實驗與實際的關系、實驗的必要

2、性實際分析不能完全取代實踐測試，尤其是對于現(xiàn)代汽車行業(yè)來說，汽車實驗的必要性主要表達在以下幾方面。1作為一種室外交通工具，汽車的運用條件復雜，整車、各系統(tǒng)、機構(gòu)和零部件會遇到各種難以預料的載荷、任務條件和行駛環(huán)境。2.汽車是一種高度普及的社會化的民用商品軍用和專業(yè)競賽車輛不在此列，研討、制造單位之間的競爭異常猛烈。廠商為了爭奪市場，勢必要在產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和本錢之間做出平衡，“不惜血本的方式是走不通的，過分的“精益求精也是不符合商業(yè)規(guī)律的。一個研發(fā)義務，要在有限的人力、物力和時間條件下，尋求在法規(guī)允許和市場稱心框架下的利益最大化，勢必要經(jīng)過科學、合理的實驗手段，定量、可靠地確定產(chǎn)品的設計參數(shù)，

3、達成研發(fā)和制造效費比的最優(yōu)化。而在深層次的實際分析和機了解釋方面，暫時有所欠缺是可以接受的。3.汽車研討和設計的許多問題，曾經(jīng)有了實際模型，但是這些模型并非普遍適用，或者模型中的某些參數(shù)不易確定。4.由上述幾點可以看出，實際不能替代實驗，歸根結(jié)底，在于現(xiàn)有實際的不準確性或者局限性。因此，進展汽車實驗，以及對汽車實驗的方法進展研討，對于優(yōu)化汽車產(chǎn)品的設計、推進汽車工業(yè)的開展、完善汽車根底實際研討以及刺激和帶動相關技術實際如，傳感技術、信號分析實際和技術、電子設備制造技術等等的開展，都具有重要意義。汽車實驗的分類汽車實驗的研討范圍廣泛、工程繁雜，可以從不同角度進展分類。按實驗目的分類1質(zhì)量檢查實驗

4、2新產(chǎn)品定型鑒定實驗 有時將質(zhì)量檢查實驗和新產(chǎn)品定型實驗統(tǒng)稱為產(chǎn)品檢驗性實驗。3科研探求類實驗 科研探求類實驗，所涉及的大都是目前尚未成熟的技術或者尚未普遍成立的實際，實驗工程的深度、廣度較大，實驗規(guī)范和操作實施方法可以由實驗者根據(jù)詳細的實驗工程靈敏確定，對實驗數(shù)據(jù)的準確度要求很高，采用的設備非常先進，手段通常較復雜。與之相比，產(chǎn)品檢驗性實驗在實驗工程、規(guī)范、過程和操作方法等方面必需根據(jù)國家和部門、行業(yè)的有關規(guī)范來進展，確保實驗任務有章可循，實驗對象之間的定量分析具有可比性。按實驗對象分類就是按車輛構(gòu)造層次劃分為三類：整車實驗、機構(gòu)及總成實驗和零部件實驗。按實驗場所分類主要就是室內(nèi)和室外兩個場

5、所。兩類實驗各有優(yōu)劣、互為補充。1室外道路實驗 由于實驗環(huán)境條件真實，駕駛操作真實，通常不需求對車輛進展解體，可以進展幾乎一切整車性能實驗，而且其結(jié)果可信度較高。但室外條件不易控制，實驗過程易受無關要素干擾，數(shù)據(jù)反復性較差。車載條件也對測試儀器設備提出了更高的要求。而且室外道路實驗的組織和實施耗時較長，動用人員較多。對于有越野性能要求的車輛，“道路也可以包括田間、沙地、冰雪地等非鋪裝地面。2室內(nèi)臺架實驗 可以消除天氣、道路情況和交通流量等不確定要素的影響，有利于組織和安排實驗，縮短實驗周期，實驗數(shù)據(jù)精細度高、反復性好、可比性強。但真實行駛工況的模擬是一個需求注重的問題，否那么實驗結(jié)果是不可信的

6、。臺架本身搭建時間能夠較長，但實驗操作本身過程較短對于疲勞類實驗，臺架運轉(zhuǎn)的時間很長，但并不需求全程人工操作和監(jiān)控，儀器設備大多是固定式的，比較容易布置和操控。3實驗場實驗 這是又一類室外道路實驗。4運用實驗 顧名思義，運用實驗就是在實踐運用中對車輛或車輛的某部分的某個目的進展測試，對于道路和氣候條件、車輛載荷、駕駛操作習慣、車輛技術情況和維修調(diào)整作業(yè)等不做任何特殊規(guī)定，完全按駕駛員意圖和實踐行駛環(huán)境操作。得到的結(jié)果最為真實可信；但是實驗數(shù)據(jù)的典型性和反復性不好，且可操作性很差。可以采用運用實驗方式的汽車實驗工程并不多。汽車實驗的根本步驟總體而言，可以劃分為四個根本步驟。制定實驗大綱 它是指點

7、實驗的綱領性技術文件，它的編制能否科學、合理，將影響整個實驗的成敗。實驗儀器設備和人員的預備詳細實施操作編寫實驗報告機械量的電丈量技術在現(xiàn)代社會，實驗測試手段和方法廣泛運用于國民經(jīng)濟和社會生活的各個領域。包括汽車實驗在內(nèi)，現(xiàn)代測試技術普遍具有兩大特點：從測試安裝的組織和構(gòu)成的角度看，采用的是“模塊化；在信號丈量的實現(xiàn)手段上，采用的是“電測法。 測試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換特性測試系統(tǒng)的根本組成從“模塊化的觀念出發(fā)，一個完好的測試系統(tǒng)，從被測信號變換和傳輸?shù)倪^程來看，主要包括三部分：傳感器、信號調(diào)理器、記錄與顯示安裝。另外還能夠有定度、校準安裝和數(shù)據(jù)處置設備等。如圖2-1所示。傳感器：將被丈量通常是非電量轉(zhuǎn)換

8、成電信號的安裝。也稱為感應器或變送器。信號調(diào)理器：也稱信號調(diào)理器，指的是信號的中間變換與傳輸。傳感器的信號，經(jīng)過中間處置后，才干成為能量足夠、不易失真、干擾少、便于傳輸?shù)碾娦盘?，供記錄或顯示。記錄與顯示安裝：也就是測試系統(tǒng)的輸出端，或稱“負載。同時，為了使測試系統(tǒng)本身任務正常、結(jié)果可靠，還需求有定度和校準等安裝。定度：也叫標定，就是確定測試安裝的輸出-輸入關系，比如圖2-6顯示的定度曲線。校準：校準，就是在同一信號的作用下，用該任務安裝和更高精度等級的規(guī)范安裝的輸出信號進展比較，找出任務安裝的誤差，進展修正。此處的“測試系統(tǒng)，僅是直接效力于被測物理量的丈量。而整個汽車實驗的硬件體系還要包括被試

9、件、動力輸入安裝、加載安裝和其他聯(lián)接支承設備等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的功用，就是產(chǎn)生、并向測試系統(tǒng)提供一個或幾個被測物理量。對測試系統(tǒng)的根本要求一個理想的測試系統(tǒng)，要滿足兩點根本要求：具有單值、確定的輸出-輸入關系。最好是線性的。滿足單向性。所謂“單向性，是指被測系統(tǒng)的運作可以對測試系統(tǒng)施加影響、而測試系統(tǒng)對被測系統(tǒng)沒有反作用或者反作用盡量小。系統(tǒng)的根本思想我們暫時不調(diào)查測試系統(tǒng)內(nèi)部的詳細構(gòu)造和物理原理，將其視作一個“黑箱，那么這個黑箱的根本功能就是將輸入量x按某種關系轉(zhuǎn)換成輸出量y。顯然，在輸入、系統(tǒng)和輸出三個環(huán)節(jié)中，知兩個，就可以求解另一個。知系統(tǒng)特性h和輸出y，就可以推斷輸入信號x，這就是丈量。

10、知輸入x和輸出y，可以確定系統(tǒng)特性h，這就是定度標定。假設知輸入x和系統(tǒng)特性h，那么可以在不進展實測的條件下確定輸出y。這稱為輸出信號預測。測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性靜態(tài)，指的就是測試系統(tǒng)的輸入和輸出都不隨時間變化或非常緩慢。在這個定義中，“輸入和輸出改成“輸入或輸出是一樣的。測試系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學模型，用輸出輸入關系式表達為： 2-1式中x為系統(tǒng)的輸入量、y為輸出量；、等為常數(shù)。系統(tǒng)及其特性，就取決于、等的數(shù)值。假設系統(tǒng)是絕對理想的，滿足單值、單向和線性的條件，那么其輸出輸入關系式應該是一條過原點的直線：。系統(tǒng)的實踐特性曲線與上述理想直線之間存在著各方面的偏向，就構(gòu)成了系統(tǒng)的靜態(tài)特性。曲線的截距零點漂移

11、零點漂移的含義是，當測試系統(tǒng)的輸入為零時，輸出不為零。顯然，當a0不等于零時，就會呵斥零點漂移。曲線的斜率靈敏度靈敏度S是系統(tǒng)的輸出增量y與輸入增量x之比，也就是輸出輸入關系曲線上各點的斜率。普通來說，測試安裝的靈敏度以高些為好，但靈敏度過高，往往會引起丈量范圍變窄、安裝的穩(wěn)定性下降。由于系統(tǒng)本身特性的改動或者環(huán)境條件改動等要素的影響，呵斥公式2-1中的、等數(shù)值的變化，就表現(xiàn)為靈敏度的改動，或者叫“靈敏度漂移。靈敏度漂移常以在輸入不變的情況下每小時輸出的變化量來衡量，越小越好。 圖2-5 零點漂移、靈敏度及其漂移曲線與直線的偏向非線性度非線性度是指測試系統(tǒng)的實踐輸出輸入關系與理想線性關系的偏向

12、。 圖中實線為定度曲線，也就是系統(tǒng)輸出輸入關系實踐特性；虛線是根據(jù)實踐特性進展擬合得到的實際直線。B是實踐曲線與實際直線的最大差值，A是儀器的標稱輸出范圍即，滿量程。定量評價：非線性度曲線上行和下行的差別回程誤差同一輸入量下，正向輸入輸入量由小到大，即加載和反向輸入輸入量由大到小，即卸載時，所對應的輸出量不同，這就是回程誤差。如圖2-7所示。圖中h是正向輸入與反向輸入的差值，稱滯后量。回程誤差=回程誤差的產(chǎn)生，主要來源于各種滯后的物理效應，以及儀器設備存在不任務區(qū)死區(qū)。滯后效應包括磁性資料的磁化與退磁、彈性資料的變形與恢復等，機械運動構(gòu)造中的摩擦和間隙自在行程那么是產(chǎn)生不任務區(qū)的主要緣由。測試

13、系統(tǒng)的動態(tài)特性動態(tài)指的是系統(tǒng)的輸入和/或輸出隨時間變化的形狀。測試系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型微分方程大多數(shù)測試系統(tǒng)都是線性的，而且系統(tǒng)參數(shù)為常數(shù)，所以其數(shù)學模型是常系數(shù)線性微分方程。其通式可以寫作： 2-2式中x為系統(tǒng)的輸入量、y為輸出量；、為常數(shù)。也就是說，要寫出微分方程，必需知道系統(tǒng)的構(gòu)造參數(shù)。線性系統(tǒng)的主要性質(zhì)疊加特性：幾個輸入同時作用于系統(tǒng)所引起的輸出，等于幾個輸入單獨作用于系統(tǒng)所引起的輸出之和。比例特性：某輸入的假設干倍作用于系統(tǒng)所引起的輸出，等于該輸入單獨作用于系統(tǒng)所引起的輸出的假設干倍。微分特性：某輸入先求微分、然后作用于系統(tǒng)所引起的輸出，等于該輸入直接作用于系統(tǒng)所引起的輸出、再求微分。

14、積分特性：某輸入先求積分、然后作用于系統(tǒng)所引起的輸出，等于該輸入直接作用于系統(tǒng)所引起的輸出、再求積分。頻率堅持性：線性系統(tǒng)，假設輸入為某一頻率的正弦信號，那么其穩(wěn)態(tài)輸出將堅持同一頻率。 頻率堅持性的重要意義在于，對于線性測試系統(tǒng)，假設知道輸入的頻率，那么系統(tǒng)的輸出信號中就只需該頻率的成分才有能夠是這個輸入引起的，其他頻率分量都是噪聲干擾。傳送函數(shù)由數(shù)學分析可知，對微分方程進展拉普拉斯變換拉氏變換，可以建立傳送函數(shù)H(s)。我們定義：傳送函數(shù)=。經(jīng)計算可得： 2-3頻率呼應函數(shù)頻率呼應特性頻率呼應函數(shù)的數(shù)學定義當系統(tǒng)的輸入為簡諧輸入時，可以取，那么傳送函數(shù)就變成頻率呼應函數(shù) ，簡稱頻響函數(shù)或頻響

15、。 2-4式中，即虛單位。頻率呼應特性的根本思想頻率呼應函數(shù)的工程解釋對于一個線性系統(tǒng)，令其輸入為恣意正弦信號，那么穩(wěn)態(tài)輸出可寫作：。可見，系統(tǒng)的特性轉(zhuǎn)換關系就表現(xiàn)為將轉(zhuǎn)換成、將轉(zhuǎn)換成。 于是定義頻率呼應函數(shù): 系統(tǒng)的輸出量與輸入量之比， 。經(jīng)過詳細數(shù)學推證，我們定義：幅頻函數(shù)幅頻特性：頻率呼應函數(shù)的模，又稱幅值比，為輸出幅值與輸入幅值之比。即 。相頻函數(shù)相頻特性：頻率呼應函數(shù)的相角，為輸出向量與輸入向量的相位差。 即。一階系統(tǒng)其微分方程的普通式可以寫作。稍加變形，即： 2-5其中，稱為時間常數(shù)；，就是靈敏度。由微分方程2-5可以得出傳送函數(shù)： (2-6)當系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度S=1時，傳送函數(shù)化

16、為： 2-7將改作，就可由傳送函數(shù)寫出頻率呼應函數(shù)： 2-8分別計算其模和相角，得到幅頻特性和相頻特性： 2-9 2-10一階系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性曲線如圖2-9所示。 圖2-9 一階系統(tǒng)的頻率呼應特性一階系統(tǒng)的實例，有忽略質(zhì)量的彈簧阻尼系統(tǒng)和忽略電感的簡單RC電路等。如圖2-10所示。 圖2-10 一階系統(tǒng)的機械實例和電工實例二階系統(tǒng)無論是測試系統(tǒng)還是其他運用的任務系統(tǒng)，以二階系統(tǒng)最為常見。其微分方程的普通式可以寫作。對二階系統(tǒng)，做如下特性參數(shù)的定義：靈敏度；固有頻率； 2-11阻尼比。那么二階系統(tǒng)的頻率呼應函數(shù)表達為： 2-12做靈敏度歸一化，令S=1，那么幅頻特性A()和相頻特性()為

17、： 2-13 2-14二階系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性曲線如圖2-11所示。 圖2-11 二階系統(tǒng)的頻率呼應特性信號頻率等于固有頻率n、也就是頻率比為1，就是共振。二階系統(tǒng)的實例，有彈簧阻尼質(zhì)量系統(tǒng)和簡單LRC電路等。如圖2-12所示。 圖2-12 二階系統(tǒng)的機械實例和電工實例5.不失真丈量的條件不失真丈量：輸出與輸入波形準確地類似，幅值和相位允許有差別。如圖2-13所示。圖2-13 波形不失真地復現(xiàn)由數(shù)學分析可知，對于線性系統(tǒng)，要實現(xiàn)不失真丈量，必需同時滿足兩個條件：幅頻特性為常數(shù)、相頻特性成線性。對于一階系統(tǒng)，由相關公式和曲線可以看出，為滿足公式2-15，就要求盡能夠小。其中是輸入信號的頻率，

18、無法預測和限制；所以一階系統(tǒng)不失真丈量的條件就是時間常數(shù)越小越好。二階系統(tǒng)不失真丈量的要求有如下三點：阻尼比0.7普通以為取0.60.8之間比較適宜；頻率比或者固有頻率n足夠高；固有頻率n也不能太高，否那么會導致靈敏度降低。在本節(jié)分析中，以為系統(tǒng)的頻率呼應特性取決于系統(tǒng)參數(shù)，即、等參數(shù)，這種思緒適用于系統(tǒng)的原理分析、設計和選擇等任務。但是，假設該系統(tǒng)是測試研討的對象，任務目的是確定某個給定系統(tǒng)的特性，那么上述參數(shù)很能夠是不知道的。此時，就需求采用實驗的方法，利用輸出和輸入的關系來求解系統(tǒng)的頻率呼應函數(shù)。 傳感器含義：傳感器是將被測物理量通常是非電量轉(zhuǎn)換成電信號的安裝，也稱為感應器或變送器。傳感

19、器的根本構(gòu)造可以分為兩部分：敏感元件和輔助元件。敏感元件是傳感器的中心，直接擔任將被測非電量轉(zhuǎn)換為輸出的電信號；其它輔助元件那么為敏感元件提供必要的機械聯(lián)接、支承與定位、防護以及信號傳送等。傳感器種類繁多，根據(jù)輸出電信號的性質(zhì)，可以分為兩類：發(fā)電式和參量式。發(fā)電式傳感器輸出的是電動勢此處的“電動勢泛指具有電能、可以自動驅(qū)動丈量儀表運轉(zhuǎn)或顯示的電學量，包括電壓、電流和電荷等，由于本身輸出電動勢，所以發(fā)電式傳感器不需求外電源。參量式傳感器的輸出是各種電參量，包括電阻、電容和電感等。電參量本身不具有電場能，需求外加電源才干表達其電學特性。電阻式傳感器凡是能將被測非電量轉(zhuǎn)化為電阻變化的傳感器，都可稱為

20、電阻式傳感器。電阻式傳感器是一種參量式傳感器。根據(jù)產(chǎn)生電阻變化的機理不同，又可分為電阻應變片式傳感器和滑變電阻式傳感器。電阻應變片式傳感器電阻應變片，簡稱應變片，任何物理量，只需能設法轉(zhuǎn)換成應變，都可以由應變片來丈量。應變片的根本構(gòu)造和任務原理電阻應變片的根本構(gòu)造如圖2-14所示。其任務原理是基于金屬導線的電阻應變效應金屬導體在外力作用下，不僅發(fā)活力械變形，其電阻也會發(fā)生改動。 圖2-14 電阻應變片的根本構(gòu)造由電阻定律可知，一根金屬導線的電阻R與其長度L、截面積A和電阻率有關。 2-16 兩側(cè)取自然對數(shù)、再微分，易得： 2-17其中，是單位電阻的電阻變化量，稱為電阻變化率，就是應變片的輸出。

21、是電阻率的變化率。是金屬導線長度的變化率，也就是線應變，按資料力學通常記作。，為泊松比。得。代入式2-17: 2-18這就是金屬資料的電阻變化率與應變之間的關系。將電阻變化率與應變之比稱作導線資料的靈敏系數(shù)，記作，即： 2-19應變片的種類金屬絲式應變片金屬絲式應變片制造簡單，性能普通。金屬箔式應變片經(jīng)過光刻、腐蝕等工藝，把構(gòu)成線柵的合金資料制成金屬箔，“印刷在應變片的基底上。因此可以制成各種復雜的外形。金屬箔式應變片優(yōu)點很多，運用非常廣泛，根本上取代了金屬絲式應變片。半導體應變片半導體應變片的任務原理是半導體資料的壓阻效應當半導體遭到應力作用時，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的景

22、象。半導體應變片最大的優(yōu)點在于靈敏系數(shù)高。其缺陷是價錢較高，而且半導體資料對溫度的變化非常敏感，丈量大應變時非線性度也較大。應變片的主要特性靈敏系數(shù)K當試件在一維應力作用下，應變片主軸線與主應力方向一致時，應變片的電阻變化率與試件主應變的比值，稱為應變片的靈敏系數(shù)。 2-21由于存在橫向效應和膠層傳送應變失真，應變片的靈敏系數(shù)略小于導線資料的靈敏系數(shù)。其詳細數(shù)值需求做標定實驗來確定。橫向效應應變片對于垂直于其主軸線方向應變的呼應，稱為橫向效應。金屬箔式應變片經(jīng)過將橫向部分做得很粗，其初始電阻就很小，橫向效應就幾乎沒有了。溫度特性指的是在應變不變的條件下，隨著溫度的變化，應變片的輸出電阻變化率發(fā)

23、生變化。顯然，這對于丈量任務來說是一種干擾。溫度特性來源于兩方面：敏感線柵的電阻率隨溫度發(fā)生變化；試件、應變片基底和敏感線柵的熱膨脹系數(shù)不同，當溫度改動時會產(chǎn)生熱應變。應變片的阻值指的是應變片未粘貼、不受力、處于室溫20C環(huán)境下的電阻值。有60、120、200、1000等多種規(guī)格，其中以120最常用。應變片的粘貼工藝 應變片的粘貼工藝大致包括如下步驟：先要清理試件的待粘貼外表，必要時在粘貼部位劃線。選用粘合劑將應變片粘貼在指定部位。粘貼后要根據(jù)粘合劑的不同給予足夠的固化時間。然后焊接引線、檢查粘貼質(zhì)量和導線的絕緣性。最后采用蠟封等方法將應變片與外界環(huán)境隔絕開。應變片式傳感器開發(fā)了各種以電阻應變

24、片為中心元件的公用傳感器，稱之為應變片式傳感器。應變片曾經(jīng)貼在傳感器里面，不需求操作者做實驗時自行安裝。應變片式傳感器包括應變片、彈性元件和其他附件。應變片式傳感器在運用前普通要進展標定，確定被測物理量與傳感器的輸出電阻變化率或者電橋的輸出電壓之間的轉(zhuǎn)換關系。 圖2-16 圓柱式測力傳感器滑變電阻式傳感器滑變電阻式傳感器，又稱電位計式傳感器，主要用于被測物體的角位置或角位移的丈量。其傳感中心就是一個滑線變阻器， 圖2-20 滑變電阻式傳感器滑變電阻式傳感器原理簡單、制造容易、輸入輸出的線性度較好。一個缺陷是，當觸點運動時產(chǎn)生一定的摩擦力，其趨勢是妨礙被測物體運動，有能夠影響被測物體原來的運動情

25、況，特別是對于低輸入能量的運動量。汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)中的翼片式空氣流量計和線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器，采用的就是電位計式原理。 圖2-21 翼片式空氣流量計還有一類電阻式傳感器，不依賴運動和變形，而是單純靠溫度變化來改動電阻資料的電阻率，從而改動輸出。例如，用于丈量發(fā)動機冷卻水溫暖進氣溫度的繞線電阻式溫度傳感器，其傳感中心是高純度的鎳線電阻，其電阻值隨水溫或氣溫的改動而變化。這種傳感器呼應速度較慢，不能用于追蹤迅速變化的溫度。電容式傳感器電容式傳感器是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容值變化的一種傳感安裝，屬于參量式傳感器。其根本構(gòu)培育是一個具有可變參數(shù)的電容器。任務原理平行板電容器的電容數(shù)值C為：

26、 2-22式中，S為兩極板的正對面積；為兩極板的間距；0為真空中的介電常數(shù)，為8.8510-12庫倫/伏特；r為極板間實踐介質(zhì)的相對介電常數(shù)，極板間填充不同物質(zhì)，其相對介電常數(shù)不同，對于空氣，取r=1。假設被丈量能使電容器構(gòu)造參數(shù)中的S、或r中的任一項變化，那么電容值C就會發(fā)生變化。主要類型和運用根據(jù)被丈量對電容器構(gòu)造參數(shù)的不同影響，電容式傳感器可以分為三類： 變極距型這是最常見的電容式傳感器。變極距型電容傳感器最擅長的是丈量位移，特別是微小的位移。在汽車噪聲的丈量中，廣泛運用聲級計，精細聲級計的中心就是一個電容式傳感器，稱電容微音器。電容式傳感器也可以丈量流體壓強的變化。例如，D型電控發(fā)動機

27、放射系統(tǒng)中，發(fā)動機進氣量由進氣歧管壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速推算。而進氣壓力的丈量就是利用電容式傳感器，如圖2-25所示。圖2-25 電容式進氣壓力傳感器 圖中，1接進氣歧管，整個傳感器外外表處于該氣體壓力環(huán)境中。兩個氧化鋁膜片5都可以在氣壓變化下運動。2和4是厚膜電極，構(gòu)成電容器的兩個極板。3是內(nèi)部填充的絕緣介質(zhì)。進氣壓力的動搖轉(zhuǎn)變成電容值的變化，該電容參與構(gòu)成一個振蕩器諧振電路，其輸出信號的頻率與進氣歧管壓力成正比。變面積型電容器的兩個極板中，一個固定，另一個在其平面內(nèi)做平動或轉(zhuǎn)動，兩者的正對面積S就發(fā)生變化，根據(jù)式2-22，電容C就發(fā)生改動。測線位移 b)測角位移 c)圓筒形圖2-26 變面積型電

28、容式傳感器變面積型電容傳感器很多做成同軸圓筒形構(gòu)造，如圖2-26-c)所示。由于筒式電容器的徑向變化對電容值影響相對較小。變介電常數(shù)型兩個極板均不動，改動極板間的填充物質(zhì)或者物質(zhì)的尺寸、位置，不同物質(zhì)的相對介電常數(shù)不同，電容值隨之發(fā)生改動。變介電常數(shù)型電容式傳感器通常用于丈量電介質(zhì)的厚度、電介質(zhì)插入極板的位置、電介質(zhì)液體的高度或者成分變化等。測物體位置 b) 測物體厚度 c) 測液面高度圖2-27 變介電常數(shù)型電容式傳感器性能特點電容式傳感器的運動部分主要就是活動極板質(zhì)量極小，因此固有頻率非常高，特別適宜高頻動態(tài)丈量，比如聲音信號。電容器極板間的靜電作用力很小，適宜進展低輸入能量的丈量，可以丈

29、量極低的壓力、極小的加速度和極其微小的位移，靈敏度和分辨力非常高，甚至可以感遭到納米級的位移。但是，電容傳感器也存在一些問題。輸出阻抗高電容式傳感器的電容值普通很小，當采用交流電路處置和變換時，容抗很大容抗，為交流電路的圓頻率，要求絕緣電阻極大、放大器輸入阻抗也很大。提高供電頻率可以降低容抗，但高頻信號的放大和傳輸復雜，寄生電容的影響也會增大。受寄生電容的影響相對于電容式傳感器本身的電容就是電容器兩平行板間的電容，傳感器的引線電纜電容、丈量電路的雜散電容以及傳感器極板與周圍導體構(gòu)成的電容等，共同構(gòu)成寄生電容。寄生電容會降低傳感器的靈敏度，而且寄生電容經(jīng)常隨機動搖，影響丈量結(jié)果的精度。這就對電纜

30、的選擇、安頓、銜接方法和周圍環(huán)境提出了比較嚴厲的要求。極板間距和厚度的問題平行板電容器接近邊緣的部分電場強度降低，這會降低傳感器的靈敏度，而且增大非線性度。為了降低這種邊緣效應，同時進一步減小寄生電容，需求降低極板原始間距、增大極板面積、降低極板厚度如采用鍍金或鍍銀工藝。這對極板的制造和裝配技術提出了一定的要求。對于變面積型和很多變介電常數(shù)型電容式傳感器來說，輸出與輸入的線性關系良好。但是對于最常見的變極距型電容式傳感器，由于其根本原理缺陷，輸出電容與輸入位移之間不是線性關系。數(shù)學推證可以得出：為了提高傳感器的靈敏度和線性度，電容式傳感器的極板原始間距要做得很??；而為了進一步提高線性度，丈量位

31、移d還要遠小于原始間距。所以，電容式傳感器只能丈量微小的位移。 為了進一步提高丈量的靈敏度和線性度、同時降低外界干擾的影響，可以采用差動丈量。差動丈量是一種運用廣泛的測試方法，其根本思想是設計兩套一樣的丈量安裝，甲和乙。同一輸入量分別作用于甲、乙兩元件。甲元件的輸出是(a+b)，其中a是被丈量引起的、b是外界干擾引起的；乙元件的輸出的(-a+b)，a、b的含義同甲。兩者的輸出相減，(a+b)-(-a+b)=2a?？梢?，差動丈量可以將靈敏度提高一倍，同時將外界環(huán)境影響對兩個丈量元件的干擾抵消掉。 圖2-29 差動丈量的原理和輸出特性電感式傳感器顧名思義，電感式傳感器，就是將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感的

32、傳感器，屬于參量式傳感器。這類傳感器的構(gòu)造特征是具有參數(shù)可變的電感繞組即線圈。電感包括自感和互感，所以電感式傳感器也可以分為自感式和互感式兩類。自感式電感傳感器電感繞組的自感系數(shù)電感量與磁路的幾何尺寸、線圈的匝數(shù)和介質(zhì)的導磁率有關。普通來說，線圈的匝數(shù)和介質(zhì)的導磁率不易改動，所以，被丈量通常是位移，改動的是磁路的幾何尺寸。如圖2-30所示。(a)變氣隙型 (b)變截面型 (c)螺管型 1-線圈 2-鐵芯 3-銜鐵 圖2-30 自感式傳感器的類型和原理也可以將變氣隙型和變截面型稱作可動銜鐵型電感式傳感器、將螺管型稱做可動鐵芯型電感式傳感器。對于常見的可動銜鐵型，由公式2-23可見，傳感器的輸出電

33、感L和被測位移之間是非線性關系。為了提高線性度，同時提高靈敏度和抗干擾才干，同電容式傳感器一樣，電感式傳感器也經(jīng)常采用差動丈量方式。如圖2-32所示，兩個鐵芯共用一個銜鐵，銜鐵的運動引起兩個線圈的電感反向變化，將這兩個電感量差接進丈量電路以實現(xiàn)差動丈量。 (a)丈量線位移 (b)丈量角位移 圖2-32 自感式電感傳感器的差動丈量互感式電感傳感器互感式電感傳感器，其構(gòu)培育等效于一個互感系數(shù)可變的變壓器。這種傳感器普通都做成差動式的，采用兩個次級繞組，鐵芯的運動對兩個繞組的影響趨勢相反，常被稱作差動變壓器。如圖2-33所示。 圖2-33 差動變壓器電感式傳感器的特點與電容式傳感器相比，電感式傳感器

34、可以丈量較大的位移即使銜鐵或鐵芯的運動超出量程也不會呵斥損壞。電感式傳感器的運動部件與固定部件之間都沒有摩擦，而且電感效應本身不同于電磁感應，不需求很大的輸入能量。因此，電感式傳感器的動作阻力小、對被測系統(tǒng)的影響小、本身無機械磨損。電感線圈允許輸入較大的鼓勵電壓。電感式傳感器比較突出的一個問題是動作部分的慣量非常大。慣量大導致固有頻率低，為了滿足不失真丈量的條件，只能丈量更低頻的信號。所以，電感式傳感器不能用作高頻動態(tài)丈量。而且，電感式傳感器的分辨率受丈量范圍的影響，丈量范圍越大，分辨率越低。壓電式傳感器根本原理和性能特點壓電式傳感器的任務原理是壓電效應：某些資料當沿著一定的方向?qū)ζ涫┘訅毫?/p>

35、拉力時，資料不僅發(fā)活力械變形，而且內(nèi)部發(fā)生極化，在兩側(cè)外表出現(xiàn)等量的異號電荷，電荷量與壓力大小成正比。當外力去掉后，該資料又重新回到不帶電的形狀。如圖2-34所示。(a) 受壓力 (b) 受拉力 圖2-34 壓電效應壓電效應原理中的電荷量Q和壓力F的關系式可寫作：。式中，K壓電系數(shù)庫倫/牛頓壓電式傳感器在汽車實驗中最多的運用就是用來丈量振動加速度。另外，在發(fā)動機電控系統(tǒng)中，需求感知爆振率信號，發(fā)動機的爆振程度通常由機體振動反映，也可以采用壓電式加速度傳感器來丈量。壓電式傳感器的主要優(yōu)點是體積小、分量輕、構(gòu)造簡單、任務可靠、固有頻率高、靈敏度和線性度都較高。壓電式傳感器的主要缺陷是：第一，通常作

36、為振動加速度傳感器，當被測運動頻率較低時，測試較困難。第二，輸出信號弱、壓電片的阻抗高。所以，一個傳感器里通常包含兩個壓電片，而且傳感器輸出端必需銜接前置放大器。根據(jù)兩片壓電片銜接方式的不同，配套不同的放大器。前置放大器壓電式傳感器的前置放大器有兩個作用：一是將傳感器輸出的微弱信號放大；二是阻抗匹配，將傳感器的高阻抗輸入轉(zhuǎn)變成低阻抗輸出，才干傳給常規(guī)放大器繼續(xù)放大、處置。即，壓電式傳感器前置放大器常規(guī)放大器當然，很多測試系統(tǒng)所采用的前置放大器，內(nèi)部包含了常規(guī)放大的功能，所以我們看到的放大器只需一個。壓電片是有極性的，就是說遭到壓力時，出現(xiàn)正、負電荷的外表是固定的。當一個傳感器里面的兩片壓電片的

37、異極性外表相連時，就是串聯(lián)；當同極性外表相連時，就是并聯(lián)。如圖2-36所示。 (a)兩片壓電片串聯(lián) (b)兩片壓電片并聯(lián) 圖2-36 兩片壓電片的銜接當壓電片串聯(lián)時，其輸出電壓相當于單片的兩倍，適于采用電壓式前置放大器。這種放大器的輸出電壓與傳感器輸入電壓成正比，但也會遭到被測信號頻率和導線分布電容的影響。放大器的高頻呼應良好，但低頻呼應不好。對導線電纜的質(zhì)量要求高，導線不能過長特別是要求高靈敏度的場所，改換電纜后需求重新標定靈敏度。電壓式前置放大器的優(yōu)點是構(gòu)造較簡單，價錢較低。兩片壓電片并聯(lián)，其輸出電荷相當于單片的兩倍，適用于采用電荷式前置放大器。這種放大器線路構(gòu)造復雜，調(diào)理困難，本錢較高。

38、但是其性能優(yōu)點是很突出的：放大器輸出電壓僅與輸入電荷量和放大器反響電容有關電荷放大器的本質(zhì)是一個具有深度電容負反響的高增益放大器，其反響電容屬于構(gòu)造設計參數(shù)，是固定的或可選的，而與信號頻率和導線分布電容無關。高頻和低頻呼應都很好，傳輸間隔 可長達數(shù)百米，對導線質(zhì)量要求低，改換導線后不需求重新標定。在線性度和信噪比等方面也優(yōu)于電壓放大式。所以目前多采用電荷放大式前置放大器。還有一種半導體壓電效應：在單晶半導體上，人為添加一些不同物質(zhì)，就會構(gòu)成一定的電阻值，對此電阻施加一定的應力應變，其阻值就會發(fā)生變化。例如，D型電控放射發(fā)動機的進氣壓力傳感器，就采用了這種原理，如圖2-37所示。N型硅片的中央部

39、位減薄，構(gòu)成膜片，用光刻腐蝕工藝在膜片上構(gòu)成4個P型應變電阻，各電阻的初始阻值都是R。當膜片兩側(cè)有壓力差時，就會向一側(cè)膨脹，導致R1和R3、R2和R4的阻值變化相反，由電橋電路轉(zhuǎn)化成輸出電壓VE。這種傳感器體積小、精度高、本錢低、抗振性和可靠性高，是目前最先進的進氣壓力傳感器，運用非常廣泛。磁電式傳感器磁電式傳感器，也叫感應式傳感器，是一種發(fā)電式傳感器，其任務原理是電磁感應亦稱電磁效應。由法拉第電磁感應定律可知：經(jīng)過閉合回路面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時，回路內(nèi)會產(chǎn)生感應電動勢，其大小正比于磁通量的變化率。公式為：。式中， 感應電動勢伏特；閉合回道路圈的匝數(shù)；磁通量的變化率韋伯/秒；負號表示感應電流

40、的磁場方向與上述磁通量的增長方向相反。在汽車實驗中，磁電式傳感器通常用于轉(zhuǎn)速的丈量。其中的一種是測速發(fā)電機。其本質(zhì)就是一臺小型直流發(fā)電機。這種測速發(fā)電機的輸出電壓較高、能量較強，可以直接帶動負載記錄器而省去中間變換電路；缺陷是低轉(zhuǎn)速時的線性度較差，而且電壓輸出易受無關要素的干擾。另一種運用較廣的轉(zhuǎn)速傳感器是磁電式脈沖轉(zhuǎn)速計，其原理如圖2-38所示。轉(zhuǎn)盤1與被測軸同步旋轉(zhuǎn)，外圈有一圈凸齒。在固定支架4上安裝有線圈2、內(nèi)部插有磁極3，磁極前端與轉(zhuǎn)盤凸齒之間的間隔 很近。當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，其邊緣的齒頂和齒槽依次經(jīng)過磁極正面，在線圈中感應出電脈沖。脈沖個數(shù)對應轉(zhuǎn)過的齒數(shù)。脈沖電壓經(jīng)整形后送入計數(shù)電路，根據(jù)

41、單位時間經(jīng)過的脈沖數(shù)以及轉(zhuǎn)盤一圈的齒數(shù)，算出平均轉(zhuǎn)速。平均時間很短，刷新頻率很快，只需被測轉(zhuǎn)速變化不是非常猛烈，這種平均轉(zhuǎn)速完全可以替代瞬時轉(zhuǎn)速。這種脈沖式轉(zhuǎn)速計低頻呼應更好，抗干擾才干更強，廣泛運用于五輪儀、測功機等實驗設備的轉(zhuǎn)速丈量以及汽車電控系統(tǒng)的曲軸轉(zhuǎn)速或位置和車輪轉(zhuǎn)速的丈量。 圖2-38 磁電式脈沖轉(zhuǎn)速計測速發(fā)電機的根本思想是用輸出電壓的幅值來反映被丈量；而脈沖轉(zhuǎn)速計的根本思想那么是用輸出脈沖的頻率來反映被丈量。信號的幅值在傳輸、處置中比較容易遭到干擾，而頻率信號在傳輸和處置過程中，抗干擾才干相對更強，由于線性系統(tǒng)的根本特性之一就是頻率堅持性。脈沖式轉(zhuǎn)速計就是利用頻率來計數(shù)，信號幅值

42、的偏向不會影響丈量結(jié)果。推而廣之，很多測試設備，都要把傳感器直接輸出的物理量轉(zhuǎn)換成某種頻率信號，用以反映被丈量，利用的就是這種“測頻率比測幅值更可靠的思想。例如P15 圖2-25“電容式進氣壓力傳感器?；魻柺絺鞲衅魅蝿赵砘魻柺絺鞲衅鞯娜蝿赵硎腔魻栃喾Q“霍耳效應。 圖2-39 霍爾效應原理長度l、寬度b、厚度d的N型N型：電子型半導體薄片，處在磁感應強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，在薄片長度方向上施加控制電流I。那么：在垂直于磁場和電流所構(gòu)成的平面的方向即圖中寬度方向上，將產(chǎn)生電動勢。被稱為霍爾電動勢或霍爾電壓，該半導體薄片就是霍爾元件。給定霍爾元件，霍爾電壓與控制電流和磁感應強度

43、之積IB成正比。 2-26為霍爾系數(shù)，與載流資料的電阻率和載流子遷移率成正比。金屬資料的電阻率太低，P型半導體的載流子是空穴、其遷移率小于電子，都不適宜，所以霍爾元件常用N型半導體資料。另外，由式2-26可以看出，載流資料厚度越小，霍爾電壓越大，所以霍爾元件都比較薄，薄膜型霍爾元件可薄至1微米。傳感器特性及運用霍爾片是長方形的薄片，長度方向上焊有兩根控制電流引線c、d，寬度方向上焊有兩根霍爾電壓輸出引線a、b。 圖2-40 霍爾傳感器霍爾傳感器的轉(zhuǎn)換效率較低，對溫度變化較敏感，對轉(zhuǎn)換精度要求較高時需求采取溫度補償措施。但由于構(gòu)造簡單、體積小、耐久性好、頻率呼應范圍寬從直流到微波頻段、可靠性高、

44、易于微型化和集成電路化等優(yōu)點，霍爾傳感器在丈量技術、信息處置和自動控制等方面依然有廣泛的運用?；魻杺鞲衅髯钪苯拥倪\用，是施加一個給定的控制電流，經(jīng)過丈量輸出霍爾電壓，來丈量所在位置的磁場方向和磁感應強度。其他物理量如位移、電流或者速度，假設能引起這個磁場的變化，那么也可以運用霍爾傳感器來丈量。圖2-41為發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器。永久磁鐵3和導磁板5構(gòu)成閉合磁路，兩者之間布置有霍爾元件2，4是基座。外圈葉輪有18個等間距齒、內(nèi)圈葉輪有3個不等間距齒，葉輪和曲軸同步旋轉(zhuǎn)。觸發(fā)葉輪進入空氣隙時，霍爾元件的磁場大部分被葉片旁路，因此輸出霍爾電壓呈低電平信號；當觸發(fā)葉輪分開空氣隙時，那么輸出高電平。

45、根據(jù)18X信號，可以計算出曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速；根據(jù)3X信號，可以判別出點火缸號3X脈沖信號上邊沿分別對應1、4缸，3、6缸和2、5缸緊縮行程上止點前75。兩者結(jié)合，可以準確控制各缸點火時辰。 (a)觸發(fā)葉輪進入空氣隙 (b)觸發(fā)葉輪分開空氣隙 (c)傳感器輸出信號 圖2-41 霍爾式曲軸轉(zhuǎn)速與位置傳感器有的資料將電感式傳感器、磁電式傳感器和霍爾式傳感器等與磁場有關的傳感器，統(tǒng)稱為磁敏式傳感器。光電式傳感器任務原理光電式傳感器的任務原理是光電效應。光電效應是一個統(tǒng)稱，詳細包括：外光電效應，又稱光電子發(fā)射效應。金屬或半導體光電資料在光照下外表逸出光電子，這是最經(jīng)典、最狹義的光電效應。典型器件是光

46、電管。光伏特效應。半導體PN結(jié)在光照下產(chǎn)生電動勢。典型器件是光電池和光敏二極管、三極管。光導效應，又稱內(nèi)光電效應。高電阻率的半導體在光照下導電載流子添加，電阻率下降。典型器件是光敏電阻。熱電效應。某些陶瓷資料在光照下受熱，外表產(chǎn)生挪動電荷但不逸出。性能特點和主要運用光電式傳感器通常是發(fā)光器件和接納器件光電元件配套運用。光電式傳感器體積小、精度和集成度高，在工業(yè)制造和控制領域常用于丈量物體的外形和位置、位移和間隔 、感光光學特性，以及非接觸丈量高溫物體的溫度等。汽車實驗測試中，光電式傳感器主要用于轉(zhuǎn)速的丈量，或者判別物體的位置。圖2-42是一種典型的光電式轉(zhuǎn)速傳感器的原理表示圖。這種測試思想與磁

47、電式脈沖轉(zhuǎn)速計類似。但其對光學環(huán)境和儀器元件的清潔度要求相對較高。 圖2-42 光電式轉(zhuǎn)速傳感器圖2-43 左右輪或前后軸能否平行的檢測 在進展給定路段的車速實驗時，經(jīng)常采用光電管遮蓋的原理丈量汽車到達起點或終點的時辰。另外，在機油質(zhì)量的檢測或柴油機煙度的測試等需求斷定被測物質(zhì)清潔度的實驗中，也常采用光電式傳感器。一些四輪定位儀，也采用光電式丈量原理，參見圖2-43。熱電式傳感器原理和性能熱電偶，參見圖2-44。 圖2-44 熱電偶兩種不同性質(zhì)的導體A和B銜接成一個回路，兩個結(jié)合點的溫度不同，那么在導體之間存在電勢差，稱熱電動勢。導體A和導體B是兩個熱電極，端稱參比端或冷端、端稱任務端或熱端。

48、由這兩種對偶導體資料組成、并將溫度實踐上是與的溫差轉(zhuǎn)換成熱電動勢的傳感器就叫熱電偶。熱電偶的兩個熱電極A和B必需由不同資料制成；熱電偶的兩個端和的溫度必需不同；熱電偶的輸出熱電動勢只取決于兩端的溫度差-，和A、B兩個電極資料中間部位的溫度無關。因此，熱電偶在任務時應確保溫度不變或可控，使熱電動勢是待測溫度的單值函數(shù)，同時允許在兩極之間中接入其他儀表構(gòu)成丈量回路。熱電偶最突出的優(yōu)點是溫度丈量范圍廣，高溫熱電偶的任務溫度可以超越2000C，低溫熱電偶那么可低至-200C以下。而且熱電偶體積小，熱慣性小，動態(tài)呼應快，可以丈量復雜構(gòu)造狹小處的溫度或零件外表的溫度，例如離合器和制動器摩擦副外表的發(fā)熱溫度

49、，是一種比較完善的熱電式傳感器，運用極廣。熱電阻熱電阻的熱敏元件是金屬導體電阻。導體的電阻隨著溫度的升高，其電阻率下降。大多數(shù)導體電阻在溫度升高1C時電阻率添加0.4%0.6%。常用的熱電阻資料是鉑、銅、鎳、鐵等純金屬。熱電阻傳感器普通用于丈量-200C500C的溫度。資料的電阻溫度特性穩(wěn)定，實驗結(jié)果的精度和反復性好。與熱電偶相比，不存在參比端溫度的控制問題。熱敏電阻熱敏電阻也是利用資料的電阻率隨溫度變化而變化的特性任務的。與熱電阻不同的是，熱敏電阻采用的不是純金屬導體，而是半導體資料，所以熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)單位溫差引起的電阻率變化/T比熱電阻高很多，可達10100倍。另外，熱電阻都是隨著

50、溫度升高而升高、即正溫度系數(shù)的，而熱敏電阻的電阻率隨溫度的升高能夠升高、也能夠降低，所以熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻ATC和負溫度系數(shù)熱敏電阻PTC，其中運用較多的是PTC型。熱敏電阻的優(yōu)點主要在于溫度系數(shù)高，而且熱慣性很小，適于動態(tài)丈量。缺陷是溫度系數(shù)隨溫度變化而變化，也就是輸出電阻率與輸入溫度不成線性，尤其是高溫時線性度更差，所以運用上限溫度約為300C。半導體資料的穩(wěn)定性和互換性也較差，測試系統(tǒng)中改換元件需求重新標定。運用熱電偶的主要特點是高溫性能好，所以可以用于丈量發(fā)動機氣缸內(nèi)的溫度和排氣門溫度。經(jīng)過埋入的方法，可以丈量活塞外表及淺表層、離合器和制動器摩擦片的外表溫度。熱電阻和熱敏電

51、阻通常丈量較低的溫度，或者外表的平均溫度。例如用熱敏電阻制成的點溫計，可以在萬向節(jié)磨損實驗中丈量十字叉軸端的溫度，以斷定其磨損程度。 信號的中間變換、傳輸與記錄電橋電橋是將電阻、電容或電感等電參量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵龅囊环N中間變換電路，普通與應變片式傳感器配合運用。電橋電路與平衡條件 圖2-45 直流電阻電橋如圖2-45，a、c間施加供橋電壓鼓勵電壓，b、d間是輸出電壓，可視作開路。 電橋平衡，就是指假設在b、d之間銜接一塊電流計，其指示為零，也就是b、d兩點等勢。所以，電橋平衡條件就是輸出電壓為零。輸出電壓，得： 2-27可見，電橋平衡條件就是： 2-28普通的電橋在初始形狀下，四個橋臂阻值

52、都相等，即：，平衡條件自然滿足。電橋輸出電壓與加減特性當初始形狀時，電橋平衡，輸出電壓為零。如今令每個橋臂的電阻值都發(fā)生變化：，,。我們把這些變化后的電阻值代入式2-27，來計算輸出電壓：當各橋臂的電阻變化量均遠小于初始電阻時，將上式展開：那么電橋輸出電壓為： 2-29各橋臂的電阻變化率，所以又可以寫作： 2-30可見，電橋的輸出電壓可以分解為4個分量的簡單加減，而且每個分量只取決于某個橋臂的電阻變化，不同橋臂之間沒有相互影響?？梢詫㈦姌蜉敵鲭妷汗娇偨Y(jié)為電橋加減特性：電橋可以把各橋臂電阻變化所引起的輸出電壓自動加減而后輸出。加減規(guī)律為：對臂相加、鄰臂相減。公式中的電阻指的是某個橋臂的電阻，而

53、不一定是某個電阻元件的電阻值。電橋的不同接法與靈敏度 (a)單臂電橋 (b)雙臂電橋 (c)全橋 圖2-46 電橋的接法電橋的輸入是電阻變化率也就是應變片的輸出，電橋的輸出是電壓。因此，電橋靈敏度就是輸出電壓與電阻變化率之比，即： 2-31其中分母是僅指某一個橋臂的習慣上通常取第1臂。單臂電橋?qū)τ趩伪垭姌?，由?-29可以看出，輸出電壓只需第一項。所以單臂電橋的靈敏度。雙臂電橋?qū)τ陔p臂電橋，令第一個任務臂為1，那么另一個任務臂能夠是對臂3、也能夠是鄰臂2或4，目的是放大輸出、提高靈敏度。當兩個應變片輸出的電阻變化率絕對值相等時，由式2-29可以看出，電橋的輸出電壓是單片的2倍，那么雙臂電橋的靈

54、敏度就是單臂電橋的2倍，靈敏度。全橋?qū)τ谌珮?，也就是四個橋臂都是任務臂，為了將輸出電壓盡能夠提高，1、2、3、4四個橋臂的應變符號一定是“正、負、正、負。顯然，當各橋臂應變的絕對值相等時，全橋的輸出電壓相當于單臂電橋的4倍，所以全橋的靈敏度相當于單臂電橋的4倍，。電橋加減特性的運用電橋加減特性，通常用于以下三個目的：消除溫度變化的影響，將溫度一樣的應變片接為鄰臂。詳細方法有兩個：補償片法：一個橋臂上接任務應變片，貼在試件上丈量被測載荷。再選取一塊和被試件同樣材質(zhì)的零件，稱為補償件，放在被試件附近保證兩者溫度一樣。將另一個同樣型號的應變片貼在補償件上，稱為溫度補償片。補償片感遭到的溫度應變和任務

55、片一樣，兩者接為鄰臂，“鄰臂相減，就可以把溫度變化引起的干擾消除掉。這種接法粘貼了兩片應變片，但是任務片只需一片，其本質(zhì)屬于一種單臂電橋，不能提高靈敏度，。任務片自行消除：兩個應變片都是任務片，粘貼在同一個試件上，在電橋中接為鄰臂。留意，兩個任務片感遭到的有用信號的應變必需是異號的，否那么有用信號也相互抵消掉了。顯然，利用“鄰臂相減，這種方法既能提高電橋的靈敏度，也能抵消兩個任務片的溫度效應。盡量放大輸出，提高靈敏度將兩個感受同號應變的應變片，接在電橋的對臂；將兩個感受異號應變的應變片，接在電橋的鄰臂。消除無關載荷的影響將感受異號干擾的應變片，接在電橋的對臂；將感受同號應變的應變片，接在電橋的

56、鄰臂。對待詳細丈量問題要詳細分析，靈敏運用電橋加減特性，實現(xiàn)各種目的?，F(xiàn)舉一例：一根轉(zhuǎn)動的圓軸，同時遭到彎矩和扭矩，要求丈量扭矩、也就是要消除彎矩的影響，同時還要盡量放大輸出。應如何貼片和接橋？ 圖2-48 受扭的試件及其外表單元體應力分析由二向應力形狀實際可知，受扭的圓軸，其外表與軸線成45方向和方向存在著最大拉應力和最大壓應力，而且拉應力和壓應力的絕對值都等于改動剪應力。所以應該沿著與試件軸線成45和的方向粘貼應變片。圖2-49 圓軸展開表示和電橋接法貼片和接橋方法如圖2-49所示。對于被測扭矩：四個應變片按45、45、的方向粘貼，感遭到的正應變符號一定是“正、負、正、負；在接橋圖中，按電

57、橋加減特性的次序，構(gòu)成正-負+正-負的電壓輸出，最終相當于單片應變片的4倍。對于干擾彎矩：和相隔180貼片，感遭到的彎曲正應變絕對值相等、符號相反；在接橋圖中，接為對臂，相加，相互抵消。和也如此。所以電橋的最終輸出中沒有彎矩信號。對于溫度變化：四個應變片都是任務片，位于同一試件上，溫度一直一樣；全部接入電橋，顯然，溫度應變經(jīng)“+-+-的加減運算，全部抵消掉。平衡式與非平衡式電橋假設輸入信號改動，輸出儀表的顯示值也直接改動，我們把這種丈量方法稱作非平衡法，或者叫偏位法。比如彈簧測力計。假設輸入信號改動，經(jīng)過實驗人員調(diào)理測試安裝，確保輸出儀表示值不變，經(jīng)過調(diào)理量來反映被測輸入量，這種方法就是平衡法

58、，或者叫零位法。比如天平。上述電橋，屬于非平衡式。非平衡式電橋的線路相對簡單，調(diào)理容易；但是由式2-29或式2-31可以看出，當電源電壓動搖時，會引起電橋輸出電壓或靈敏度的改動，呵斥誤差，或者需求頻繁標定。為此，可以采取平衡式電橋，如圖2-51所示。當被丈量為零時，調(diào)理可調(diào)電阻，使指針歸零。當某橋臂的電阻隨被測載荷發(fā)生變化時，調(diào)理可調(diào)電阻，使指針再次歸零。事前將可調(diào)電阻的調(diào)理量與橋臂電阻的變化做好標定，就可以用調(diào)理量來反映被測橋臂的電阻變化率?？梢姡@種零位丈量法，輸出輸入關系以及系統(tǒng)的測試誤差僅取決于可調(diào)電阻標度的準確度，與電源電壓無關。 圖2-51 平衡式電橋由于零位法丈量需求隨著輸入量的

59、變化由操作者自動調(diào)理可調(diào)電阻，不適于跟蹤快速變化的信號，所以零位法普通用于丈量靜態(tài)信號。交流電橋直流電橋的優(yōu)點很多：高穩(wěn)定度的直流電源容易獲得；直流電橋平衡條件較簡單；輸出的直流電壓容易丈量和顯示；直流電對容抗和感抗不敏感，所以對應變片、電橋和應變儀之間導線的要求較低。直流電橋的缺陷是直流放大器較復雜，抗干擾才干不理想，所以目前廣泛采用交流電橋。交流電橋和直流電橋的任務原理一樣，根本計算公式也通用；區(qū)別在于：交流電橋的供橋電壓是交流電源，各橋臂上除了有純電阻，還能夠有電感和電容現(xiàn)實上直流電橋的各橋臂上也有電感和電容，但是對于直流電，電感相當于短路、電容相當于斷路，不需思索。直流電橋的平衡條件是

60、。對于交流電橋，只需將各橋臂阻值用復阻抗、和表達，平衡條件依然是： 2-32直流電橋平衡條件的數(shù)學本質(zhì)是兩個實數(shù)相等，式2-28是一個條件；而交流電橋平衡條件的數(shù)學本質(zhì)是兩個復數(shù)相等，式2-32是兩個獨立的條件。以交流電容電橋為例，如圖2-52(a)所示。橋臂1是一個純阻抗和一個容抗串聯(lián)，其復阻抗為；橋臂2和橋臂3都只需純阻抗，橋臂4與1類似，復阻抗。為交流電的圓頻率。代入式2-32，易得交流電容電橋的平衡條件： 2-33圖2-52 交流電橋交流電橋，除了平衡條件較復雜外，與直流電橋相比，還容易遭到分布電容的影響。 電橋輸出電壓公式、電橋加減特性、電橋靈敏度的定義等直流電橋的根本關系，對于交流