汽車試驗方法概述

1、 汽車試驗方法概述 機(jī)械量的電測量技術(shù) 汽車整車性能試驗 汽車總成與零部件試驗概述基本概念所謂“汽車車測試”，簡單單地說,就是通通過實際際測試的的手段確確定汽車車的某個個（些）參參數(shù)。這這里的“參數(shù)”，一般般是指物物理量的的定量數(shù)數(shù)值；個個別情況況下也可可能是定定性評價價。一般來說，汽車試驗所采用的儀器設(shè)備、試驗場所、試驗環(huán)境和試驗工況等，都應(yīng)該遵循國家或者相關(guān)部門、行業(yè)或企業(yè)發(fā)布的正規(guī)標(biāo)準(zhǔn)文件。標(biāo)準(zhǔn)可以確保試驗操作規(guī)范、安全，數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確、可信、具有典型性、代表性和可比性。而有些探索性、創(chuàng)新性試驗，也可以由研究人員自行制定試驗標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，這也是對汽車基礎(chǔ)理論、設(shè)計制造技術(shù)和汽車試驗方法的

2、有力推動。試驗與理論論的關(guān)系系、試驗驗的必要要性理論分析不不能完全全取代實實際測試試，尤其其是對于于現(xiàn)代汽汽車行業(yè)業(yè)來說，汽汽車試驗驗的必要要性主要要體現(xiàn)在在以下幾幾方面。1作為一一種室外外交通工工具，汽汽車的使使用條件件復(fù)雜，整車、各各系統(tǒng)、機(jī)機(jī)構(gòu)和零零部件會會遇到各各種難以以預(yù)料的的載荷、工作條件和行駛環(huán)境。2.汽車是是一種高高度普及及的社會會化的民民用商品品（軍用用和專業(yè)業(yè)比賽車車輛不在在此列），研研究、制制造單位位之間的的競爭異異常激烈烈。廠商商為了爭爭奪市場場，勢必必要在產(chǎn)產(chǎn)品的性性能、質(zhì)質(zhì)量和成成本之間間做出平平衡，“不惜血血本”的模式式是走不不通的，過過分的“精益求求精”也是不不

3、符合商商業(yè)規(guī)律律的。一一個研發(fā)發(fā)任務(wù)，要要在有限限的人力力、物力力和時間間條件下下，尋求求在法規(guī)規(guī)允許和和市場滿滿意框架架下的利利益最大大化，勢勢必要通通過科學(xué)學(xué)、合理理的試驗驗手段，定定量、可可靠地確確定產(chǎn)品品的設(shè)計計參數(shù)，達(dá)達(dá)成研發(fā)發(fā)和制造造效費比比的最優(yōu)優(yōu)化。而而在深層層次的理理論分析析和機(jī)理理解釋方方面，暫暫時有所所欠缺是是可以接接受的。3.汽車研研究和設(shè)設(shè)計的許許多問題題，已經(jīng)經(jīng)有了理理論模型型，但是是這些模模型并非非普遍適適用，或或者模型型中的某某些參數(shù)數(shù)不易確確定。4.由上述述幾點可可以看出出，理論論不能代代替試驗驗，歸根根結(jié)底，在在于現(xiàn)有有理論的的不準(zhǔn)確確性或者者局限性性。因此

4、，進(jìn)行行汽車試試驗，以以及對汽汽車試驗驗的方法法進(jìn)行研研究，對對于優(yōu)化化汽車產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)設(shè)計、推推動汽車車工業(yè)的的發(fā)展、完完善汽車車基礎(chǔ)理理論研究究以及刺刺激和帶帶動相關(guān)關(guān)技術(shù)理理論（如如，傳感感技術(shù)、信信號分析析理論和和技術(shù)、電子設(shè)備制造技術(shù)等等）的發(fā)展，都具有重要意義。汽車試驗的的分類汽車試驗的的研究范范圍廣泛泛、項目目繁雜，可可以從不不同角度度進(jìn)行分分類。按試驗?zāi)康牡姆诸悾?）質(zhì)量量檢查試試驗（2）新產(chǎn)產(chǎn)品定型型（鑒定定）試驗驗 有有時將質(zhì)質(zhì)量檢查查試驗和和新產(chǎn)品品定型試試驗統(tǒng)稱稱為產(chǎn)品品檢驗性性試驗。（3）科研研探索類類試驗 科研探索類類試驗，所所涉及的的大都是是目前尚尚未成熟熟的技術(shù)術(shù)

5、或者尚尚未普遍遍成立的的理論，試驗項目的深度、廣度較大，試驗規(guī)范和操作實施方法可以由試驗者根據(jù)具體的試驗項目靈活確定，對試驗數(shù)據(jù)的精確度要求很高，采用的設(shè)備非常先進(jìn)，手段通常較復(fù)雜。與之相比，產(chǎn)品檢驗性試驗在試驗項目、規(guī)范、過程和操作方法等方面必須依據(jù)國家和部門、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，確保試驗工作有章可循，試驗對象之間的定量分析具有可比性。按試驗對象象分類就是按車輛輛結(jié)構(gòu)層層次劃分分為三類類：整車試試驗、機(jī)機(jī)構(gòu)及總總成試驗驗和零部部件試驗驗。按試驗場所所分類主要就是室室內(nèi)和室室外兩個個場所。兩兩類試驗驗各有優(yōu)優(yōu)劣、互互為補(bǔ)充充。（1）室外外道路試試驗 由由于試驗驗環(huán)境條條件真實實，駕駛駛操作真

6、真實，通通常不需需要對車車輛進(jìn)行行解體，可可以進(jìn)行行幾乎所所有整車車性能試試驗，而而且其結(jié)結(jié)果可信信度較高高。但室室外條件件不易控控制，試試驗過程程易受無無關(guān)因素素干擾，數(shù)據(jù)重復(fù)性較差。車載條件也對測試儀器設(shè)備提出了更高的要求。而且室外道路試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)內(nèi)臺架試試驗 可可以消除除天氣、道道路狀況況和交通通流量等等不確定定因素的的影響，有利于組織和安排試驗，縮短試驗周期，試驗數(shù)據(jù)精密度高、重復(fù)性好、可比性強(qiáng)。但真實行駛工況的模擬是一個需要重視的問題，否則試驗結(jié)果是不可信的。臺架本身搭建

7、時間可能較長，但試驗操作本身過程較短（對于疲勞類試驗，臺架運行的時間很長，但并不需要全程人工操作和監(jiān)控），儀器設(shè)備大多是固定式的，比較容易布置和操控。（3）試驗驗場試驗驗 這是是又一類類室外道道路試驗驗。（4）使用用試驗 顧名思思義，使使用試驗驗就是在在實際使使用中對對車輛（或或車輛的的某部分分）的某某個指標(biāo)標(biāo)進(jìn)行測測試，對對于道路路和氣象象條件、車車輛載荷荷、駕駛駛操作習(xí)習(xí)慣、車車輛技術(shù)術(shù)狀況和和維修調(diào)調(diào)整作業(yè)業(yè)等不做做任何特特殊規(guī)定定，完全全按駕駛駛員意圖圖和實際際行駛環(huán)環(huán)境操作作。得到到的結(jié)果果最為真真實可信信；但是是試驗數(shù)數(shù)據(jù)的典典型性和和重復(fù)性性不好，且可操作性很差。能夠采用使用試驗

8、方式的汽車試驗項目并不多。汽車試驗的的基本步步驟總體而言，可可以劃分分為四個個基本步步驟。制定試驗大大綱 它它是指導(dǎo)導(dǎo)試驗的的綱領(lǐng)性性技術(shù)文文件，它它的編制制是否科科學(xué)、合合理，將將影響整整個試驗驗的成敗敗。試驗儀器設(shè)設(shè)備和人人員的準(zhǔn)準(zhǔn)備具體實施操操作編寫試驗報報告機(jī)械量的電電測量技技術(shù)在現(xiàn)代社會會，試驗驗測試手手段和方方法廣泛泛應(yīng)用于于國民經(jīng)經(jīng)濟(jì)和社社會生活活的各個個領(lǐng)域。包包括汽車車試驗在在內(nèi)，現(xiàn)現(xiàn)代測試試技術(shù)普普遍具有有兩大特特點：從從測試裝裝置的組組織和構(gòu)構(gòu)成的角角度看，采采用的是是“模塊化化”；在信信號測量量的實現(xiàn)現(xiàn)手段上上，采用用的是“電測法法”。 測試系統(tǒng)統(tǒng)的轉(zhuǎn)換換特性測試系統(tǒng)的

9、的基本組組成從“模塊化化”的觀點點出發(fā)，一個完整的測試系統(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)節(jié)器、記錄與顯示裝置。另外還可能有定度、校準(zhǔn)裝置和數(shù)據(jù)處理設(shè)備等。如圖2-1所示。傳感器：將將被測量量（通常常是非電電量）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電電信號的的裝置。也稱為感應(yīng)器或變送器。信號調(diào)節(jié)器器：也稱信信號調(diào)理理器，指指的是信信號的中中間變換換與傳輸輸。來自自傳感器器的信號號，經(jīng)過過中間處處理后，才才能成為為能量足足夠、不不易失真真、干擾擾少、便便于傳輸輸?shù)碾娦判盘枺┕┯涗浕蚧蝻@示。記錄與顯示示裝置：也也就是測測試系統(tǒng)統(tǒng)的輸出出端，或稱“負(fù)載”。同時，為了了使測試試系統(tǒng)自自身工作作正

10、常、結(jié)結(jié)果可靠靠，還需需要有定定度和校校準(zhǔn)等裝裝置。定度：也叫叫標(biāo)定，就就是確定定測試裝裝置的輸輸出-輸輸入關(guān)系系，比如如圖2-6顯示示的定度度曲線。校準(zhǔn)：校準(zhǔn)準(zhǔn)，就是是在同一一信號的的作用下下，用該該工作裝裝置和更更高精度度等級的的標(biāo)準(zhǔn)裝裝置的輸輸出信號號進(jìn)行比比較，找找出工作作裝置的的誤差，進(jìn)進(jìn)行修正正。此處的“測測試系統(tǒng)統(tǒng)”，僅是直直接服務(wù)務(wù)于被測測物理量量的測量量。而整整個汽車車試驗的的硬件體體系還要要包括被被試件、動力輸入裝置、加載裝置和其他聯(lián)接支承設(shè)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)統(tǒng)的基本本要求一個理想的的測試系系統(tǒng)，要要滿足兩兩

11、點基本本要求：具有單值、確確定的輸輸出-輸入關(guān)系系。最好是是線性的的。滿足單向性性。所謂“單向性性”，是指指被測系系統(tǒng)的運運作可以以對測試試系統(tǒng)施施加影響響、而測測試系統(tǒng)統(tǒng)對被測測系統(tǒng)沒沒有反作作用或者者反作用用盡量小小。系統(tǒng)的基本本思想我們暫時不不考察測測試系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)部的的詳細(xì)構(gòu)構(gòu)造和物物理原理理，將其其視作一一個“黑箱”，那么么這個黑黑箱的基基本功能能就是將將輸入量量x按某某種關(guān)系系轉(zhuǎn)換成成輸出量量y。顯然，在輸輸入、系系統(tǒng)和輸輸出三個個環(huán)節(jié)中，已知兩兩個，就就可以求求解另一一個。已知系統(tǒng)特特性h和輸出出y，就可可以推斷斷輸入信信號x，這就就是測量量。已知輸入xx和輸出出y，可可以確定定系統(tǒng)

12、特特性h，這這就是定定度（標(biāo)標(biāo)定）。如果已知輸輸入x和和系統(tǒng)特特性h，則則可以在在不進(jìn)行行實測的的條件下下確定輸輸出y。這這稱為輸輸出信號號預(yù)測。測試系統(tǒng)的的靜態(tài)特特性靜態(tài)，指的的就是測測試系統(tǒng)統(tǒng)的輸入入和輸出出都不隨隨時間變變化（或或非常緩緩慢）。在這個定義義中，“輸入和和輸出”改成“輸入或或輸出”是一樣樣的。測試系統(tǒng)的的靜態(tài)數(shù)數(shù)學(xué)模型型，用輸輸出輸入關(guān)關(guān)系式表表達(dá)為： （2-1）式中x為為系統(tǒng)的的輸入量量、y為為輸出量量；、等為常常數(shù)。系系統(tǒng)及其其特性，就就取決于于、等的數(shù)數(shù)值。如果系統(tǒng)是是絕對理理想的，滿滿足單值值、單向向和線性性的條件件，那么么其輸出出輸入關(guān)關(guān)系式應(yīng)應(yīng)該是一一條過原原點

13、的直直線：。系統(tǒng)的的實際特特性曲線線與上述述理想直直線之間間存在著著各方面面的偏差差，就構(gòu)構(gòu)成了系系統(tǒng)的靜靜態(tài)特性性。曲線的截距距零點漂漂移零點漂移的的含義是是，當(dāng)測測試系統(tǒng)統(tǒng)的輸入入為零時時，輸出出不為零零。顯然然，當(dāng)aa0不等于于零時，就就會造成成零點漂漂移。曲線的斜率率靈敏度度靈敏度S是是系統(tǒng)的的輸出增增量y與輸輸入增量量x之比比，也就就是輸出出輸入關(guān)關(guān)系曲線線上各點點的斜率率。一般來說，測測試裝置置的靈敏敏度以高高些為好好，但靈敏度度過高，往往往會引引起測量量范圍變變窄、裝裝置的穩(wěn)穩(wěn)定性下下降。由于系統(tǒng)自自身特性性的改變變或者環(huán)環(huán)境條件件改變等等因素的的影響，造造成公式式（2-1）中中

14、的、等數(shù)值值的變化化，就表表現(xiàn)為靈靈敏度的的改變，或或者叫“靈敏度度漂移”。靈敏敏度漂移移常以在在輸入不不變的情情況下每每小時輸輸出的變變化量來來衡量，越越小越好好。 圖2-5 零點點漂移、靈靈敏度及及其漂移移曲線與直線線的偏差差非線性性度非線性度是是指測試試系統(tǒng)的的實際輸輸出輸入關(guān)關(guān)系與理理想線性性關(guān)系的的偏差。 圖中實線為為定度曲曲線，也也就是系系統(tǒng)輸出出輸入關(guān)關(guān)系實際際特性；虛線是是根據(jù)實實際特性性進(jìn)行擬擬合得到到的理論論直線。BB是實際際曲線與與理論直直線的最最大差值值，A是是儀器的的標(biāo)稱輸輸出范圍圍（即，滿量量程）。定量評價：非線性性度曲線上行和和下行的的差異回程誤誤差同一輸入量量下

15、，正正向輸入入（輸入入量由小小到大，即即加載）和和反向輸輸入（輸輸入量由由大到小小，即卸卸載）時，所對對應(yīng)的輸輸出量不不同，這就是回回程誤差差。如圖圖2-7所所示。圖中h是是正向輸輸入與反反向輸入入的差值值，稱滯滯后量?；爻陶`差=回程誤差的的產(chǎn)生，主主要來源源于各種種滯后的物物理效應(yīng)應(yīng)，以及及儀器設(shè)設(shè)備存在在不工作作區(qū)（死死區(qū)）。滯滯后效應(yīng)應(yīng)包括磁磁性材料料的磁化化與退磁磁、彈性性材料的的變形與與恢復(fù)等等，機(jī)械械運動結(jié)結(jié)構(gòu)中的的摩擦和和間隙（自自由行程程）則是產(chǎn)生生不工作作區(qū)的主主要原因因。測試系統(tǒng)的的動態(tài)特性性動態(tài)指的是是系統(tǒng)的的輸入和和/或輸輸出隨時時間變化化的狀態(tài)態(tài)。測試系統(tǒng)的的動態(tài)數(shù)數(shù)

16、學(xué)模型型微分方方程大多數(shù)測試試系統(tǒng)都都是線性性的，而而且系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)為為常數(shù)，所所以其數(shù)數(shù)學(xué)模型型是常系系數(shù)線性性微分方方程。其其通式可可以寫作作： （22-2）式中x為為系統(tǒng)的的輸入量量、y為為輸出量量；、為常數(shù)數(shù)。也就是說，要要寫出微微分方程程，必須須知道系系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)。線性系統(tǒng)的的主要性性質(zhì)疊加特性：幾個輸輸入同時時作用于于系統(tǒng)所所引起的的輸出，等等于幾個個輸入單單獨作用用于系統(tǒng)統(tǒng)所引起起的輸出出之和。比例特性：某輸入入的若干干倍作用用于系統(tǒng)統(tǒng)所引起起的輸出出，等于于該輸入入單獨作作用于系系統(tǒng)所引引起的輸輸出的若若干倍。微分特性：某輸入入先求微微分、然然后作用用于系統(tǒng)統(tǒng)所引起起的輸出

17、出，等于于該輸入入直接作作用于系系統(tǒng)所引引起的輸輸出、再再求微分分。積分特性：某輸入入先求積積分、然然后作用用于系統(tǒng)統(tǒng)所引起起的輸出出，等于于該輸入入直接作作用于系系統(tǒng)所引引起的輸輸出、再再求積分分。頻率保持性性：線性性系統(tǒng)，若若輸入為為某一頻頻率的正正弦信號號，則其其穩(wěn)態(tài)輸輸出將保保持同一一頻率。 頻頻率保持持性的重重要意義義在于，對對于線性性測試系系統(tǒng)，如如果知道道輸入的的頻率，那那么系統(tǒng)統(tǒng)的輸出出信號中中就只有有該頻率率的成分分才有可可能是這這個輸入入引起的的，其余余頻率分分量都是是噪聲干干擾。傳遞函數(shù)由數(shù)學(xué)分析析可知，對對微分方方程進(jìn)行行拉普拉拉斯變換換（拉氏氏變換），可可以建立立傳遞

18、函函數(shù)H(s)。我們定義：傳遞函函數(shù)=。經(jīng)經(jīng)計算可可得： （2-3）頻率響應(yīng)函函數(shù)（頻頻率響應(yīng)應(yīng)特性）頻率響應(yīng)函函數(shù)的數(shù)數(shù)學(xué)定義義當(dāng)系統(tǒng)的輸輸入為簡簡諧輸入入時，可可以取，則則傳遞函函數(shù)就變變成頻率率響應(yīng)函函數(shù) ，簡稱稱頻響函函數(shù)或頻頻響。 （22-4）式中，即即虛單位位。頻率響應(yīng)特特性的基基本思想想（頻率率響應(yīng)函函數(shù)的工工程解釋釋）對于一個線線性系統(tǒng)統(tǒng)，令其其輸入為為任意正正弦信號號，那么么穩(wěn)態(tài)輸輸出可寫作：?？梢?，系統(tǒng)統(tǒng)的特性性（轉(zhuǎn)換換關(guān)系）就表現(xiàn)為將轉(zhuǎn)換成、將轉(zhuǎn)換成。 于是定義頻率響應(yīng)函數(shù): 系統(tǒng)的輸出量與輸入量之比， 。經(jīng)過詳細(xì)數(shù)數(shù)學(xué)推證證，我們們定義：幅頻函數(shù)（幅幅頻特性性）：頻頻率

19、響應(yīng)應(yīng)函數(shù)的的模，又又稱幅值值比，為為輸出幅幅值與輸輸入幅值值之比。即即 。相頻函數(shù)（相相頻特性性）：頻頻率響應(yīng)應(yīng)函數(shù)的的相角，為為輸出向向量與輸輸入向量量的相位位差。 即。一階系統(tǒng)其微分方程程的一般般式可以以寫作。稍稍加變形形，即： （2-5）其中，稱稱為時間間常數(shù)；，就是是靈敏度度。由微分方程程（2-5）可可以得出出傳遞函函數(shù)： (22-6)當(dāng)系統(tǒng)的靜靜態(tài)靈敏敏度S=1時，傳傳遞函數(shù)數(shù)化為： （2-7）將改作，就就可由傳傳遞函數(shù)數(shù)寫出頻頻率響應(yīng)應(yīng)函數(shù)： （22-8）分別計算其其模和相相角，得得到幅頻頻特性和和相頻特特性： （22-9） （22-100）一階系統(tǒng)的的幅頻特特性和相相頻特性性曲

20、線如如圖2-9所示。 圖圖2-99 一一階系統(tǒng)統(tǒng)的頻率率響應(yīng)特特性一階系統(tǒng)的的實例，有有忽略質(zhì)質(zhì)量的彈彈簧阻尼尼系統(tǒng)和和忽略電電感的簡簡單RCC電路等等。如圖圖2-110所示示。 圖2-110 一階系系統(tǒng)的機(jī)機(jī)械實例例和電工工實例二階系統(tǒng)無論是測試試系統(tǒng)還還是其他他應(yīng)用的的工作系系統(tǒng)，以以二階系系統(tǒng)最為為常見。其其微分方方程的一一般式可可以寫作作。對二階系統(tǒng)統(tǒng)，做如如下特性性參數(shù)的的定義：靈敏度；固有頻率； （2-11）阻尼比。則二階系統(tǒng)統(tǒng)的頻率率響應(yīng)函函數(shù)表達(dá)達(dá)為： （2-112）做靈敏度歸歸一化，令令S=11，則幅頻特特性A()和和相頻特特性()為為： （2-113） （2-114）二階系

21、統(tǒng)的的幅頻特特性和相相頻特性性曲線如如圖2-11所示示。 圖圖2-111 二階系系統(tǒng)的頻頻率響應(yīng)應(yīng)特性信號頻率等于固固有頻率率n、也就是是頻率比比為1，就是共振。二階系統(tǒng)的的實例，有有彈簧阻阻尼質(zhì)量量系統(tǒng)和和簡單LRC電電路等。如如圖2-12所示示。 圖2-12 二階階系統(tǒng)的的機(jī)械實實例和電電工實例例5.不失真真測量的的條件不失真測量量：輸出出與輸入入波形精精確地相相似，幅幅值和相相位允許許有差異異。如圖圖2-113所示示。圖2-133 波波形不失失真地復(fù)復(fù)現(xiàn)由數(shù)學(xué)分析析可知，對于線性系統(tǒng)，要實現(xiàn)不失真測量，必須同時滿足兩個條件：幅頻特性為常數(shù)、相頻特性成線性。對于一階系系統(tǒng)，由由相關(guān)公公式和

22、曲曲線可以以看出，為為滿足公公式（22-155），就就要求盡可可能小。其其中是輸入入信號的的頻率，無無法預(yù)測測和限制制；所以以一階系系統(tǒng)不失失真測量量的條件件就是時時間常數(shù)數(shù)越小越越好。二階系統(tǒng)不不失真測測量的要要求有如如下三點點：阻尼比0.77（一般般認(rèn)為取取0.660.8之間間比較合合適）；頻率比或者者固有頻頻率n足夠高高；固有頻率n也不能能太高，否否則會導(dǎo)導(dǎo)致靈敏敏度降低低。在本節(jié)分析析中，認(rèn)認(rèn)為系統(tǒng)統(tǒng)的頻率率響應(yīng)特特性取決決于系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)，即即、等參數(shù)數(shù)，這種種思路適適用于系系統(tǒng)的原原理分析析、設(shè)計計和選擇擇等工作作。但是是，如果果該系統(tǒng)統(tǒng)是測試試研究的的對象，工工作目的的是確定定某個給

23、給定系統(tǒng)統(tǒng)的特性性，那么么上述參參數(shù)很可可能是不不知道的的。此時時，就需需要采用用試驗的的方法，利利用輸出出和輸入入的關(guān)系系來求解解系統(tǒng)的的頻率響響應(yīng)函數(shù)數(shù)。 傳感器含義：傳感感器是將被測測物理量量（通常常是非電電量）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電電信號的的裝置，也稱為感應(yīng)器或變送器。傳感器的基基本構(gòu)造造可以分分為兩部部分：敏敏感元件件和輔助助元件。敏感元件是傳感器的核心，直接負(fù)責(zé)將被測非電量轉(zhuǎn)換為輸出的電信號；其它輔助元件則為敏感元件提供必要的機(jī)械聯(lián)接、支承與定位、防護(hù)以及信號傳送等。傳感器種類類繁多，根根據(jù)輸出出電信號號的性質(zhì)質(zhì)，可以以分為兩兩類：發(fā)發(fā)電式和和參量式式。發(fā)電式傳感感器輸出出的是電電動勢（此此處

24、的“電動勢勢”泛指具具有電能能、能夠夠主動驅(qū)驅(qū)動測量量儀表運運轉(zhuǎn)或顯顯示的電電學(xué)量，包包括電壓壓、電流流和電荷荷等），因因為自身身輸出電電動勢，所所以發(fā)電電式傳感感器不需需要外電電源。參量式傳感感器的輸輸出是各各種電參參量，包包括電阻阻、電容容和電感感等。電參參量本身身不具有有電場能能，需要要外加電電源才能能表達(dá)其其電學(xué)特特性。電阻式傳感感器凡是能將被被測非電電量轉(zhuǎn)化化為電阻阻變化的的傳感器器，都可可稱為電電阻式傳傳感器。電阻式傳感感器是一一種參量量式傳感感器。根根據(jù)產(chǎn)生生電阻變變化的機(jī)機(jī)理不同同，又可可分為電電阻應(yīng)變變片式傳傳感器和和滑變電電阻式傳傳感器。電阻應(yīng)變片片式傳感感器電阻應(yīng)變片片，

25、簡稱稱應(yīng)變片片，任何物物理量，只只要能設(shè)設(shè)法轉(zhuǎn)換換成應(yīng)變變，都可可以由應(yīng)應(yīng)變片來來測量。應(yīng)變片的基基本構(gòu)造造和工作作原理電阻應(yīng)變片片的基本本構(gòu)造如如圖2-14所示示。其工作原理理是基于于金屬導(dǎo)導(dǎo)線的電電阻應(yīng)變變效應(yīng)金屬導(dǎo)導(dǎo)體在外外力作用用下，不不僅發(fā)生生機(jī)械變變形，其其電阻也也會發(fā)生生改變。 圖2-14 電阻阻應(yīng)變片片的基本本構(gòu)造由電阻定律律可知，一根金屬導(dǎo)線的電阻R與其長度L、截面積A和電阻率有關(guān)。 （22-166） 兩兩側(cè)取自自然對數(shù)數(shù)、再微微分，易易得： （2-17）其中，是單單位電阻阻的電阻阻變化量量，稱為為電阻變變化率，就就是應(yīng)變變片的輸輸出。是電阻率的的變化率率。是金屬導(dǎo)線線長度的

26、的變化率率，也就就是線應(yīng)應(yīng)變，按按材料力力學(xué)通常常記作。，為泊松松比。得得。代入式式（2-17）: （2-18）這就是金屬屬材料的的電阻變變化率與與應(yīng)變之之間的關(guān)關(guān)系。將電阻變化化率與應(yīng)應(yīng)變之比比稱作導(dǎo)導(dǎo)線材料料的靈敏敏系數(shù)，記記作，即即： （22-199）應(yīng)變片的種種類金屬絲式應(yīng)應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)應(yīng)變片制制造簡單單，性能能一般。金屬箔式應(yīng)應(yīng)變片通過光刻、腐腐蝕等工工藝，把把構(gòu)成線線柵的合合金材料料制成金金屬箔，“印刷”在應(yīng)變片的基底上。因而可以制成各種復(fù)雜的形狀。金屬箔式應(yīng)應(yīng)變片優(yōu)優(yōu)點很多多，使用用非常廣廣泛，基基本上取取代了金金屬絲式式應(yīng)變片片。半導(dǎo)體應(yīng)變變片半導(dǎo)體應(yīng)變變片的工工作原理理是半

27、導(dǎo)導(dǎo)體材料料的壓阻阻效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)導(dǎo)體受到到應(yīng)力作作用時，由由于載流流子遷移移率的變變化，使使其電阻阻率發(fā)生變變化的現(xiàn)現(xiàn)象。半導(dǎo)體應(yīng)變變片最大大的優(yōu)點點在于靈靈敏系數(shù)數(shù)高。其其缺點是是價格較較高，而而且半導(dǎo)導(dǎo)體材料料對溫度度的變化化非常敏敏感，測測量大應(yīng)應(yīng)變時非非線性度度也較大大。應(yīng)變片的主主要特性性靈敏系數(shù)KK當(dāng)試件在一一維應(yīng)力力作用下下，應(yīng)變變片主軸軸線與主主應(yīng)力方方向一致致時，應(yīng)應(yīng)變片的的電阻變變化率與與試件主主應(yīng)變的的比值，稱稱為應(yīng)變變片的靈靈敏系數(shù)數(shù)。 （22-211）由于存在橫橫向效應(yīng)應(yīng)和膠層層傳遞應(yīng)應(yīng)變失真真，應(yīng)變變片的靈靈敏系數(shù)數(shù)略小于導(dǎo)導(dǎo)線材料料的靈敏敏系數(shù)。其具體體數(shù)值需需要做

28、標(biāo)標(biāo)定試驗驗來確定定。橫向效應(yīng)應(yīng)變片對于于垂直于于其主軸軸線方向向應(yīng)變的的響應(yīng)，稱稱為橫向向效應(yīng)。金屬箔箔式應(yīng)變變片通過過將橫向向部分做做得很粗粗，其初初始電阻阻就很小小，橫向向效應(yīng)就就幾乎沒沒有了。溫度特性指的是在應(yīng)應(yīng)變不變變的條件件下，隨隨著溫度度的變化化，應(yīng)變變片的輸輸出電阻變變化率發(fā)生變變化。顯顯然，這這對于測測量工作作來說是是一種干干擾。溫度特性來來源于兩兩方面：敏感線線柵的電電阻率隨隨溫度發(fā)發(fā)生變化化；試件件、應(yīng)變變片基底底和敏感感線柵的的熱膨脹脹系數(shù)不不同，當(dāng)當(dāng)溫度改改變時會會產(chǎn)生熱熱應(yīng)變。應(yīng)變片的阻阻值指的是應(yīng)變變片未粘粘貼、不不受力、處處于室溫溫（200C）環(huán)環(huán)境下的的電阻值

29、值。有660、1220、2000、10000等多種種規(guī)格，其其中以1120最常用用。應(yīng)變片的粘粘貼工藝藝 應(yīng)應(yīng)變片的的粘貼工工藝大致致包括如如下步驟驟：先要要清理試試件的待待粘貼表表面，必必要時在在粘貼部部位劃線線。選用用粘合劑劑將應(yīng)變變片粘貼貼在指定定部位。粘粘貼后要要根據(jù)粘粘合劑的的不同給給予足夠夠的固化化時間。然然后焊接接引線、檢檢查粘貼貼質(zhì)量和和導(dǎo)線的的絕緣性性。最后后采用蠟蠟封等方方法將應(yīng)應(yīng)變片與與外界環(huán)環(huán)境隔絕絕開。應(yīng)變片式傳傳感器開發(fā)了各種種以電阻阻應(yīng)變片片為核心心元件的的專用傳傳感器，稱稱之為應(yīng)應(yīng)變片式式傳感器器。應(yīng)變變片已經(jīng)經(jīng)貼在傳傳感器里里面，不不需要操操作者做做試驗時時自

30、行安安裝。應(yīng)變片式傳傳感器包包括應(yīng)變變片、彈彈性元件件和其他他附件。應(yīng)變片式傳傳感器在在使用前前一般要要進(jìn)行標(biāo)標(biāo)定，確確定被測測物理量量與傳感感器的輸輸出電阻阻變化率率（或者者電橋的的輸出電電壓）之之間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系系。 圖22-166 圓柱柱式測力力傳感器器滑變電阻式式傳感器器滑變電阻式式傳感器器，又稱稱電位計計式傳感感器，主主要用于于被測物物體的（角角）位置置或（角角）位移移的測量量。其傳傳感核心心就是一一個滑線線變阻器器， 圖圖2-220 滑變電電阻式傳傳感器滑變電阻式式傳感器器原理簡簡單、制制造容易易、輸入入輸出的的線性度度較好。一一個缺點點是，當(dāng)當(dāng)觸點運運動時產(chǎn)產(chǎn)生一定定的摩擦力，其其

31、趨勢是是阻礙被被測物體體運動，有有可能影影響被測測物體原原來的運運動狀況況，特別別是對于于低輸入入能量的的運動量量。汽車發(fā)動機(jī)機(jī)電控系系統(tǒng)中的的翼片式式空氣流流量計和和線性輸輸出型節(jié)節(jié)氣門位位置傳感感器，采采用的就就是電位位計式原原理。 圖2-21 翼片片式空氣氣流量計計還有一類電電阻式傳傳感器，不不依賴運運動和變變形，而而是單純純靠溫度度變化來來改變電電阻材料料的電阻阻率，從從而改變變輸出。例例如，用用于測量量發(fā)動機(jī)機(jī)冷卻水水溫和進(jìn)進(jìn)氣溫度度的繞線線電阻式式溫度傳傳感器，其其傳感核核心是高高純度的的鎳線電電阻，其其電阻值值隨水溫溫或氣溫溫的改變變而變化化。這種種傳感器器響應(yīng)速速度較慢慢，不能

32、能用于追追蹤迅速速變化的的溫度。電容式傳感感器電容式傳感感器是將將被測物物理量的的變化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電電容值變變化的一一種傳感感裝置，屬屬于參量量式傳感感器。其基本本構(gòu)造就就是一個個具有可可變參數(shù)數(shù)的電容容器。工作原理平行板電容容器的電電容數(shù)值值C為： （22-222）式中，S為為兩極板板的正對對面積；為兩極極板的間間距；0為真空空中的介介電常數(shù)數(shù)，為88.85510-112庫庫倫/伏伏特；r為極板板間實際際介質(zhì)的的相對介介電常數(shù)數(shù)，極板板間填充充不同物物質(zhì)，其其相對介介電常數(shù)數(shù)不同，對于空氣，取r=1。如果被測量量能使電電容器結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)中的SS、或r中的任一項變化化，那么么電容值值C就會會發(fā)生變

33、變化。主要類型和和應(yīng)用根據(jù)被測量量對電容容器結(jié)構(gòu)構(gòu)參數(shù)的的不同影影響，電電容式傳傳感器可可以分為為三類： 變極距型這是最常見見的電容容式傳感感器。變極距型電電容傳感感器最擅擅長的是是測量位位移，特特別是微微小的位位移。在汽車噪聲聲的測量量中，廣廣泛使用用聲級計計，精密密聲級計計的核心心就是一個個電容式式傳感器器，稱電電容微音音器。電容式傳感感器也可可以測量量流體壓壓強(qiáng)的變變化。例例如，DD型電控控發(fā)動機(jī)機(jī)噴射系系統(tǒng)中，發(fā)發(fā)動機(jī)進(jìn)進(jìn)氣量由由進(jìn)氣歧歧管壓力力和發(fā)動動機(jī)轉(zhuǎn)速速推算。而而進(jìn)氣壓壓力的測測量就是是利用電電容式傳傳感器，如圖2-25所示。圖2-255 電容式式進(jìn)氣壓力力傳感器器 圖圖中，1

34、1接進(jìn)氣氣歧管，整整個傳感感器外表表面處于于該氣體體壓力環(huán)環(huán)境中。兩兩個氧化化鋁膜片片5都可可以在氣氣壓變化化下運動動。2和和4是厚厚膜電極極，構(gòu)成成電容器器的兩個個極板。3是內(nèi)內(nèi)部填充充的絕緣緣介質(zhì)。進(jìn)氣壓力的波動轉(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(jìn)氣歧管壓力成正比。變面積型電容器的兩兩個極板板中，一一個固定定，另一一個在其其平面內(nèi)內(nèi)做平動動或轉(zhuǎn)動動，兩者者的正對對面積SS就發(fā)生生變化，根根據(jù)式（22-222），電電容C就發(fā)生生改變。測線位移 b)測測角位移移 c)圓圓筒形圖2-266 變變面積型型電容式式傳感器器變面積型電電容傳感感器很多多做成同同軸圓

35、筒筒形結(jié)構(gòu)構(gòu)，如圖圖2-226-cc)所示。因因為筒式式電容器器的徑向向變化對對電容值值影響相相對較小小。變介電常數(shù)數(shù)型兩個極板均均不動，改改變極板板間的填填充物質(zhì)質(zhì)或者物物質(zhì)的尺尺寸、位位置，不不同物質(zhì)質(zhì)的相對對介電常常數(shù)不同同，電容容值隨之之發(fā)生改改變。變介電常數(shù)數(shù)型電容容式傳感感器通常常用于測測量電介介質(zhì)的厚厚度、電電介質(zhì)插插入極板板的位置置、電介介質(zhì)液體體的高度度或者成成分變化化等。測物體位置置 b) 測物物體厚度度 cc) 測測液面高高度圖2-277 變變介電常常數(shù)型電電容式傳傳感器性能特點電容式傳感感器的運運動部分分（主要要就是活活動極板板）質(zhì)量量極小，因因此固有有頻率非非常高，特

36、特別適合合高頻動動態(tài)測量量，比如如聲音信信號。電電容器極極板間的的靜電作作用力很很小，適適宜進(jìn)行行低輸入入能量的的測量，可可以測量量極低的的壓力、極極小的加加速度和和極其微微小的位位移，靈靈敏度和和分辨力力非常高高，甚至至能夠感感受到納納米級的的位移。但是，電容容傳感器器也存在在一些問問題。輸出阻抗高高電容式傳感感器的電電容值一一般很小小，當(dāng)采采用交流流電路處處理和變變換時，容容抗很大大（容抗抗，為交流流電路的的圓頻率率），要要求絕緣緣電阻極極大、放放大器輸輸入阻抗抗也很大大。提高高供電頻頻率可以以降低容容抗，但但高頻信信號的放放大和傳傳輸復(fù)雜雜，寄生生電容的的影響也也會增大大。受寄生電容容的

37、影響響相對于電容容式傳感感器自身身的電容容（就是是電容器器兩平行行板間的的電容），傳傳感器的的引線電電纜電容容、測量量電路的的雜散電電容以及及傳感器器極板與與周圍導(dǎo)導(dǎo)體形成成的電容容等，共共同構(gòu)成成寄生電電容。寄寄生電容容會降低低傳感器器的靈敏敏度，而而且寄生生電容常常常隨機(jī)機(jī)波動，影影響測量量結(jié)果的的精度。這這就對電電纜的選選擇、安安置、連連接方法法和周圍圍環(huán)境提提出了比比較嚴(yán)格格的要求求。極板間距和和厚度的的問題平行板電容容器靠近近邊緣的的部分電電場強(qiáng)度度降低，這這會降低低傳感器器的靈敏敏度，而而且增大大非線性性度。為為了降低低這種邊邊緣效應(yīng)應(yīng)，同時時進(jìn)一步步減小寄寄生電容容，需要要降低極

38、極板原始始間距、增增大極板板面積、降降低極板板厚度（如如采用鍍鍍金或鍍鍍銀工藝藝）。這這對極板板的制造造和裝配配技術(shù)提出出了一定定的要求求。對于變面積積型和很很多變介介電常數(shù)數(shù)型電容容式傳感感器來說說，輸出出與輸入入的線性性關(guān)系良良好。但但是對于于最常見見的變極極距型電電容式傳傳感器，由由于其基基本原理理缺陷，輸輸出電容容與輸入入位移之之間不是是線性關(guān)關(guān)系。數(shù)學(xué)推推證可以以得出：為了提提高傳感感器的靈靈敏度（和和線性度度），電電容式傳傳感器的的極板原原始間距距要做得得很??；而為了了進(jìn)一步步提高線線性度，測測量位移移d還要要遠(yuǎn)小于于原始間間距。所所以，電電容式傳傳感器只只能測量量微小的的位移。

39、為為了進(jìn)一一步提高高測量的的靈敏度度和線性性度、同同時降低低外界干干擾的影影響，可可以采用用差動測測量。差差動測量量是一種種應(yīng)用廣廣泛的測測試方法法，其基基本思想想是設(shè)計計兩套相相同的測測量裝置置，甲和和乙。同同一輸入入量分別別作用于于甲、乙乙兩元件件。甲元元件的輸輸出是(a+bb)，其中中a是被被測量引引起的、bb是外界界干擾引引起的；乙元件件的輸出出的(-a+bb)，a、bb的含義義同甲。兩兩者的輸輸出相減減，(aa+b)-(-a+bb)=22a?？煽梢?，差差動測量量可以將將靈敏度度提高一一倍，同時將將外界環(huán)境境影響對對兩個測測量元件件的干擾擾抵消掉掉。 圖2-29 差動動測量的的原理和和

40、輸出特特性電感式傳感感器顧名思義，電感式傳感器，就是將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感的傳感器，屬于參量式傳感器。這類傳感器的結(jié)構(gòu)特征是具有參數(shù)可變的電感繞組（即線圈）。電感包括自自感和互互感，所所以電感感式傳感感器也可可以分為為自感式式和互感感式兩類類。自感式電感感傳感器器電感繞組的的自感系系數(shù)（電電感量）與與磁路的的幾何尺尺寸、線線圈的匝匝數(shù)和介介質(zhì)的導(dǎo)導(dǎo)磁率有有關(guān)。一一般來說說，線圈圈的匝數(shù)數(shù)和介質(zhì)質(zhì)的導(dǎo)磁磁率不易易改變，所所以，被被測量通通常是位位移，改改變的是是磁路的的幾何尺尺寸。如如圖2-30所所示。(a)變氣氣隙型 (b)變變截面型型 (c)螺螺管型 11-線圈圈 2-鐵鐵芯 33-銜鐵鐵

41、圖2-30 自感感式傳感感器的類類型和原原理也可以將變變氣隙型型和變截截面型稱稱作可動動銜鐵型型電感式式傳感器器、將螺螺管型稱稱做可動鐵芯型型電感式式傳感器器。對于常見的的可動銜銜鐵型，由由公式（22-233）可見見，傳感感器的輸輸出電感感L和被被測位移移之間是是非線性性關(guān)系。為為了提高高線性度度，同時時提高靈靈敏度和和抗干擾擾能力，同同電容式式傳感器器一樣，電電感式傳傳感器也也經(jīng)常采采用差動動測量方方式。如如圖2-32所所示，兩兩個鐵芯芯共用一一個銜鐵鐵，銜鐵鐵的運動動引起兩兩個線圈圈的電感感反向變變化，將將這兩個個電感量量差接進(jìn)進(jìn)測量電電路以實實現(xiàn)差動動測量。 (aa)測量量線位移移 (b

42、)測測量角位位移 圖圖2-332 自感式式電感傳傳感器的的差動測測量互感式電感感傳感器器互感式電感感傳感器器，其構(gòu)構(gòu)造就等等效于一一個互感感系數(shù)可可變的變變壓器。這種傳感器一般都做成差動式的，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 差動動變壓器器電感式傳感感器的特特點與電容式傳傳感器相相比，電電感式傳傳感器可可以測量量較大的的位移（即即使銜鐵鐵或鐵芯芯的運動動超出量量程也不不會造成成損壞）。電感式傳感感器的運運動部件件與固定定部件之之間都沒沒有摩擦擦，而且且電感效效應(yīng)本身身不同于于電磁感感應(yīng)，不不需要很很大的輸輸入能量量。因此此

43、，電感感式傳感感器的動動作阻力力小、對對被測系系統(tǒng)的影影響小、本本身無機(jī)機(jī)械磨損損。電感感線圈允允許輸入入較大的的激勵電電壓。電感式傳感感器比較較突出的的一個問問題是動動作部分分的慣量量非常大大。慣量量大導(dǎo)致致固有頻頻率低，為為了滿足足不失真真測量的的條件，只只能測量量更低頻頻的信號號。所以以，電感感式傳感感器不能能用作高高頻動態(tài)態(tài)測量。而且，電感式傳感器的分辨率受測量范圍的影響，測量范圍越大，分辨率越低。壓電式傳感感器基本原理和和性能特特點壓電式傳感感器的工工作原理理是壓電電效應(yīng)：某些材材料當(dāng)沿沿著一定定的方向向?qū)ζ涫┦┘訅毫αΓɑ蚶Γr時，材料料不僅發(fā)發(fā)生機(jī)械械變形，而而且內(nèi)部部發(fā)生極

44、極化，在在兩側(cè)表表面出現(xiàn)現(xiàn)等量的的異號電電荷，電電荷量與與壓力大大小成正正比。當(dāng)當(dāng)外力去去掉后，該該材料又又重新回回到不帶帶電的狀狀態(tài)。如如圖2-34所所示。(a) 受壓力力 (bb) 受拉力力 圖22-344 壓壓電效應(yīng)應(yīng)壓電效應(yīng)原原理中的的電荷量量Q和壓壓力F的的關(guān)系式式可寫作作：。式中，KK壓電系系數(shù)庫庫倫/牛牛頓壓電式傳感感器在汽汽車試驗驗中最多多的應(yīng)用用就是用用來測量量振動加加速度。另外，在發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)中，需要感知爆振率信號，發(fā)動機(jī)的爆振程度通常由機(jī)體振動反映，也可以采用壓電式加速度傳感器來測量。壓電式傳感感器的主主要優(yōu)點點是體積積小、重重量輕、結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單、工作作可靠、固固有頻率

45、率高、靈靈敏度和和線性度度都較高高。壓電式傳感感器的主主要缺點點是：第第一，通通常作為為振動加速速度傳感感器，當(dāng)當(dāng)被測運運動頻率率較低時時，測試試較困難難。第二二，輸出出信號弱弱、壓電電片的阻阻抗高。所所以，一個傳傳感器里里通常包包含兩個個壓電片片，而且且傳感器器輸出端端必須連連接前置置放大器器。根據(jù)據(jù)兩片壓壓電片連連接方式式的不同同，配套套不同的的放大器器。前置放大器器壓電式傳感感器的前前置放大大器有兩兩個作用用：一是是將傳感感器輸出出的微弱弱信號放放大；二二是阻抗抗匹配，將傳感器的高阻抗輸入轉(zhuǎn)變成低阻抗輸出，才能傳給常規(guī)放大器繼續(xù)放大、處理。即，壓電式傳感器前置放大器常規(guī)放大器當(dāng)然，很多測

46、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有一個。壓電片是有有極性的的，就是是說受到到壓力時時，出現(xiàn)現(xiàn)正、負(fù)電荷荷的表面面是固定定的。當(dāng)當(dāng)一個傳傳感器里里面的兩片壓電電片的異極性性表面相相連時，就就是串聯(lián)聯(lián)；當(dāng)同同極性表表面相連連時，就就是并聯(lián)聯(lián)。如圖圖2-336所示示。 (a)兩片壓壓電片串串聯(lián) (bb)兩片片壓電片片并聯(lián) 圖圖2-336 兩片壓壓電片的的連接當(dāng)壓電片串串聯(lián)時，其其輸出電電壓相當(dāng)當(dāng)于單片片的兩倍倍，適于于采用電電壓式前前置放大大器。這這種放大大器的輸輸出電壓壓與傳感感器輸入入電壓成成正比，但但也會受受到被測測信號頻頻率和導(dǎo)導(dǎo)線分布布電容的的影響

47、。放大器的高頻響應(yīng)良好，但低頻響應(yīng)不好。對導(dǎo)線電纜的品質(zhì)要求高，導(dǎo)線不能過長（特別是要求高靈敏度的場合），更換電纜后需要重新標(biāo)定靈敏度。電壓式前置放大器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，價格較低。兩片壓電片片并聯(lián)，其其輸出電電荷相當(dāng)當(dāng)于單片片的兩倍倍，適用用于采用用電荷式式前置放放大器。這這種放大大器線路路結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù)雜，調(diào)調(diào)節(jié)困難難，成本本較高。但但是其性性能優(yōu)點點是很突突出的：放大器器輸出電電壓僅與與輸入電電荷量和和放大器器反饋電電容有關(guān)關(guān)（電荷荷放大器器的本質(zhì)質(zhì)是一個個具有深深度電容容負(fù)反饋饋的高增增益放大大器，其其反饋電電容屬于于結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計參數(shù)數(shù)，是固固定的或或可選的的），而而與信號號頻率和和導(dǎo)線分分布

48、電容容無關(guān)。高高頻和低低頻響應(yīng)應(yīng)都很好好，傳輸輸距離可可長達(dá)數(shù)百百米，對對導(dǎo)線品品質(zhì)要求求低，更更換導(dǎo)線線后不需需要重新新標(biāo)定。在在線性度度和信噪噪比等方方面也優(yōu)優(yōu)于電壓壓放大式式。所以以目前多多采用電電荷放大大式前置置放大器器。還有一種半半導(dǎo)體壓壓電效應(yīng)應(yīng)：在單單晶半導(dǎo)導(dǎo)體上，人人為添加加一些不不同物質(zhì)質(zhì)，就會會形成一一定的電電阻值，對對此電阻阻施加一一定的應(yīng)應(yīng)力（應(yīng)應(yīng)變），其其阻值就就會發(fā)生生變化。例如，D型型電控噴噴射發(fā)動動機(jī)的進(jìn)進(jìn)氣壓力力傳感器器，就采采用了這這種原理理，如圖圖2-337所示示。N型型硅片的的中央部部位減薄薄，形成成膜片，用用光刻腐腐蝕工藝藝在膜片片上形成成4個PP型應(yīng)

49、變變電阻，各各電阻的的初始阻阻值都是是R。當(dāng)當(dāng)膜片兩兩側(cè)有壓壓力差時時，就會會向一側(cè)側(cè)膨脹，導(dǎo)導(dǎo)致R11和R3、R2和R4的阻值值變化相相反，由由電橋電電路轉(zhuǎn)化化成輸出出電壓VVE。這種種傳感器器體積小小、精度度高、成成本低、抗抗振性和和可靠性性高，是是目前最最先進(jìn)的的進(jìn)氣壓壓力傳感感器，應(yīng)應(yīng)用十分分廣泛。磁電式傳感感器磁電式傳感感器，也也叫感應(yīng)應(yīng)式傳感感器，是是一種發(fā)發(fā)電式傳傳感器，其工作原理是電磁感應(yīng)（亦稱電磁效應(yīng)）。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：通過閉合回路面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時，回路內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小正比于磁通量的變化率。公式為：。式中， 感應(yīng)電電動勢伏特；閉合回回路線圈圈的匝數(shù)

50、數(shù)；磁通量量的變化化率韋韋伯/秒秒；負(fù)號號表示感感應(yīng)電流流的磁場場方向與上上述磁通通量的增增長方向向相反。在汽車試驗驗中，磁磁電式傳傳感器通通常用于于轉(zhuǎn)速的的測量。其中的一種是測速發(fā)電機(jī)。其本質(zhì)就是一臺小型直流發(fā)電機(jī)。這種測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓較高、能量較強(qiáng)，可以直接帶動負(fù)載（記錄器）而省去中間變換電路；缺點是低轉(zhuǎn)速時的線性度較差，而且電壓輸出易受無關(guān)因素的干擾。另一種應(yīng)用用較廣的的轉(zhuǎn)速傳傳感器是是磁電式式脈沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速計，其其原理如如圖2-38所所示。轉(zhuǎn)盤1與被被測軸同同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，外圈圈有一圈圈凸齒。在在固定支支架4上上安裝有有線圈22、內(nèi)部部插有磁磁極3，磁磁極前端端與轉(zhuǎn)盤盤凸齒之之間的距距離很

51、近近。當(dāng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動動時，其其邊緣的的齒頂和和齒槽依依次經(jīng)過過磁極正正面，在在線圈中中感應(yīng)出出電脈沖沖。脈沖沖個數(shù)對對應(yīng)轉(zhuǎn)過過的齒數(shù)數(shù)。脈沖沖電壓經(jīng)經(jīng)整形后后送入計計數(shù)電路路，根據(jù)據(jù)單位時時間通過過的脈沖沖數(shù)以及及轉(zhuǎn)盤一一圈的齒齒數(shù)，算算出平均均轉(zhuǎn)速。（平平均時間間很短，刷刷新頻率率很快，只只要被測測轉(zhuǎn)速變變化不是是非常劇劇烈，這這種平均均轉(zhuǎn)速完完全可以以代替瞬瞬時轉(zhuǎn)速速。）這這種脈沖沖式轉(zhuǎn)速速計低頻頻響應(yīng)更更好，抗抗干擾能能力更強(qiáng)強(qiáng)，廣泛泛應(yīng)用于于五輪儀儀、測功功機(jī)等試試驗設(shè)備備的轉(zhuǎn)速速測量以以及汽車車電控系系統(tǒng)的曲曲軸轉(zhuǎn)速速（或位位置）和和車輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的測測量。 圖22-388 磁磁電式脈脈沖

52、轉(zhuǎn)速速計測速發(fā)電機(jī)機(jī)的基本本思想是是用輸出出電壓的的幅值來反反映被測測量；而而脈沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速計的的基本思思想則是是用輸出出脈沖的的頻率來來反映被被測量。信信號的幅幅值在傳傳輸、處處理中比比較容易易受到干干擾，而而頻率信信號在傳傳輸和處處理過程程中，抗抗干擾能能力相對對更強(qiáng)，因因為線性性系統(tǒng)的的基本特特性之一一就是頻頻率保持持性。脈脈沖式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速計就就是利用用頻率來來計數(shù)，信信號幅值值的偏差差不會影影響測量量結(jié)果。推而廣之，很很多測試試設(shè)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，用以反映被測量，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(jìn)氣壓力傳感器”。）

53、霍爾式傳感感器工作原理霍爾式傳感感器的工工作原理理是霍爾爾效應(yīng)（亦亦稱“霍耳效效應(yīng)”）。 圖2-39 霍爾爾效應(yīng)原原理長度l、寬寬度b、厚厚度d的的N型（NN型：電電子型）半導(dǎo)體薄片，處在磁感應(yīng)強(qiáng)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形成的平面的方向（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(dǎo)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(yīng)強(qiáng)度之積IB成正比。 （2-26）為霍爾系數(shù)數(shù)，與載載流材料料的電阻阻率和載載流子遷遷移率成成正比。金金屬材料料的電阻阻率太低低，P型型半導(dǎo)體體的載流流子是空空穴、

54、其其遷移率率小于電電子，都都不適合合，所以以霍爾元元件常用用N型半半導(dǎo)體材材料。另另外，由由式（22-266）可以以看出，載載流材料料厚度越小，霍霍爾電壓壓越大，所所以霍爾爾元件都都比較薄薄，薄膜膜型霍爾爾元件可可薄至11微米。傳感器特性性及應(yīng)用用霍爾片是長長方形的的薄片，長長度方向向上焊有有兩根控控制電流流引線cc、d，寬寬度方向向上焊有有兩根霍霍爾電壓壓輸出引引線a、bb。 圖22-400 霍霍爾傳感感器霍爾傳感器器的轉(zhuǎn)換換效率較較低，對對溫度變變化較敏敏感，對對轉(zhuǎn)換精精度要求求較高時時需要采采取溫度度補(bǔ)償措措施。但但由于結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單、體積積小、耐耐久性好好、頻率率響應(yīng)范范圍寬（從從直流到

55、到微波頻頻段）、可可靠性高高、易于于微型化化和集成成電路化化等優(yōu)點點，霍爾爾傳感器器在測量量技術(shù)、信信息處理理和自動動控制等等方面仍仍然有廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用?；魻杺鞲衅髌髯钪苯咏拥膽?yīng)用用，是施施加一個個給定的的控制電電流，通通過測量量輸出霍霍爾電壓壓，來測測量所在在位置的的磁場方方向和磁磁感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度。其其他物理理量如位位移、電電流或者者速度，如如果能引引起這個個磁場的的變化，那那么也可可以使用用霍爾傳傳感器來來測量。圖2-411為發(fā)動動機(jī)轉(zhuǎn)速速與曲軸軸位置傳傳感器。永永久磁鐵鐵3和導(dǎo)導(dǎo)磁板55構(gòu)成閉閉合磁路路，兩者者之間布布置有霍霍爾元件件2，44是基座座。外圈圈葉輪有有18個個等間距距齒、內(nèi)內(nèi)圈

56、葉輪輪有3個個不等間間距齒，葉葉輪和曲曲軸同步步旋轉(zhuǎn)。觸觸發(fā)葉輪輪進(jìn)入空空氣隙時時，霍爾爾元件的的磁場大大部分被被葉片旁旁路，因因此輸出出霍爾電電壓呈低低電平信信號；當(dāng)當(dāng)觸發(fā)葉葉輪離開開空氣隙隙時，則則輸出高高電平。根根據(jù)188X信號號，可以以計算出出曲軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角和發(fā)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；根根據(jù)3XX信號，可可以判斷斷出點火火缸號（33X脈沖沖信號上上邊沿分分別對應(yīng)應(yīng)1、44缸，33、6缸缸和2、55缸壓縮縮行程上上止點前前75）。兩兩者結(jié)合合，可以以精確控控制各缸缸點火時時刻。 (a)觸觸發(fā)葉輪輪進(jìn)入空空氣隙 (b)觸觸發(fā)葉輪輪離開空空氣隙 (cc)傳感感器輸出出信號 圖2-41 霍爾式式曲軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與

57、位位置傳感感器有的資料將將電感式式傳感器器、磁電電式傳感感器和霍霍爾式傳傳感器等等與磁場場有關(guān)的的傳感器器，統(tǒng)稱稱為磁敏敏式傳感感器。光電式傳感感器工作原理光電式傳感感器的工工作原理理是光電電效應(yīng)。光光電效應(yīng)應(yīng)是一個個統(tǒng)稱，具具體包括括：外光電效應(yīng)應(yīng)，又稱稱光電子子發(fā)射效效應(yīng)。金金屬或半半導(dǎo)體光光電材料料在光照照下表面面逸出光光電子，這這是最經(jīng)經(jīng)典、最最狹義的的光電效效應(yīng)。典典型器件件是光電電管。光伏特效應(yīng)應(yīng)。半導(dǎo)導(dǎo)體PNN結(jié)在光光照下產(chǎn)產(chǎn)生電動動勢。典典型器件件是光電電池和光光敏二極極管、三三極管。光導(dǎo)效應(yīng)，又又稱內(nèi)光光電效應(yīng)應(yīng)。高電電阻率的的半導(dǎo)體體在光照照下導(dǎo)電電載流子子增加，電電阻率下

58、下降。典典型器件件是光敏敏電阻。熱電效應(yīng)。某些陶瓷瓷材料在在光照下下受熱，表表面產(chǎn)生生移動電電荷（但但不逸出出）。性能特點和和主要應(yīng)應(yīng)用光電式傳感感器通常常是發(fā)光光器件和和接收器器件（光光電元件件）配套套使用。光電式傳感感器體積積小、精精度和集集成度高高，在工工業(yè)制造造和控制制領(lǐng)域常常用于測測量物體體的形狀狀和位置置、位移移和距離離、感光光光學(xué)特特性，以及非非接觸測測量高溫溫物體的的溫度等等。汽車試驗測測試中，光光電式傳傳感器主主要用于于轉(zhuǎn)速的的測量，或或者判斷斷物體的的位置。圖2-422是一種種典型的的光電式式轉(zhuǎn)速傳傳感器的的原理示示意圖。這種測試思想與磁電式脈沖轉(zhuǎn)速計類似。但其對光學(xué)環(huán)境和

59、儀器元件的清潔度要求相對較高。 圖22-422 光光電式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速傳感感器圖2-433 左左右輪或或前后軸軸是否平平行的檢檢測 在在進(jìn)行給給定路段段的車速速試驗時時，經(jīng)常常采用光光電管遮遮蔽的原原理測量量汽車到到達(dá)起點點或終點點的時刻刻。另外，在機(jī)機(jī)油品質(zhì)質(zhì)的檢測測或柴油油機(jī)煙度度的測試試等需要要判定被被測物質(zhì)質(zhì)清潔度度的試驗驗中，也也常采用用光電式式傳感器器。一些四輪定定位儀，也也采用光光電式測測量原理理，參見見圖2-43。熱電式傳感感器原理和性能能熱電偶，參參見圖22-444。 圖22-444 熱熱電偶兩種不同性性質(zhì)的導(dǎo)導(dǎo)體A和和B連接接成一個個回路，兩兩個結(jié)合合點的溫溫度不同同，則在在導(dǎo)體之

60、之間存在在電勢差差，稱熱熱電動勢勢。導(dǎo)體A和導(dǎo)導(dǎo)體B是是兩個熱熱電極，端稱參比端或冷端、端稱工作端或熱端。由這兩種對偶導(dǎo)體材料組成、并將溫度（實際上是與的溫差）轉(zhuǎn)換成熱電動勢的傳感器就叫熱電偶。熱電偶的兩兩個熱電電極A和和B必須須由不同同材料制制成；熱電偶偶的兩個個端和的溫度度必須不不同；熱電偶偶的輸出出熱電動動勢只取取決于兩兩端的溫溫度差-，和AA、B兩兩個電極極材料中中間部位位的溫度度無關(guān)。因因此，熱熱電偶在在工作時時應(yīng)確保保溫度不不變或可可控，使使熱電動動勢是待待測溫度度的單值值函數(shù)，同同時允許許在兩極極之間中中接入其其他儀表表構(gòu)成測測量回路路。熱電偶最突突出的優(yōu)優(yōu)點是溫溫度測量量范圍廣