2.4 电阻、电感、电容传感器应用举例

2.4.1 电阻式传感器应用举例

1. 弹性压力计

弹性压力计信号多采用电远传方式，即把弹性元件的变形或位移转换为电信号输出。电位器式弹性压力计原理及实物如图2-35所示，在弹性元件的自由端处安装滑线电位器，滑线电位器的滑动触点与自由端连接并随之移动，自由端的位移就转换为电位器的电信号输出。

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。

2. 测力传感器

电阻应变式传感器的最大用武之地是在称重和测力领域。测力传感器由应变计、弹性元件、测量电阻等组成。根据弹性元件结构形式（柱形、筒形、环形及梁式等）和受载性质（拉、压、弯曲及剪切等）的不同，可分为许多种类。

图2-36a所示为圆柱（筒）式力传感器，应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。在这种情况下，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应变换成电阻的变化后输出。轴向布置一个或几个应变片，在圆周方向布置同样数目的应变片，后者取符号相反的应变，以构成差动对。弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接，应尽可能消除偏心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部，构成差动对，且处于对臂位置，见图2-36b和图2-36c，以减小弯矩的影响。横向粘贴的应变片具有温度补偿的作用。

用柱式力传感器可制成称重式料位机，如图2-37所示，把3个荷重传感器按120°分布安装，支起料斗，并根据传感器输出电压信号大小，标注料位。

2.4.2 电感式传感器应用举例

1. 自感式压力传感器

变隙式差动电感压力传感器如图2-38所示，当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。

2. 力平衡式差压计

利用差动变压器和弹性敏感元件相结合，可以制成闭环的力平衡式压力计。图2-39所示为力平衡式差压计电路图。从图中可见，力平衡式差压计的传感器实际上是一个差动变压器测量电路，图中，N1、N21、N22分别为差动变压器初级线圈和两个次级线圈，VDl、VD2和C为半波整流电容滤波电路。当活动衔铁处于中间位置时，膜盒也在正中间，此时膜盒的上下压力相同，即P1=P2时，差动变压器输出电压U等于0。当P1和P2大小不同时，膜盒产生位移，从而带动固定在膜盒上的差动变压器的衔铁移位，使差动变压器输出电压U不等于0，其大小和极性即表示活动衔铁位移的大小和方向，从而可测出P1和P2的压力差。

3. 厚度计

电涡流式传感器可以无接触地测量金属板的厚度和非金属板的镀层厚度，图2-40所示为高频反射式电涡流测厚计原理图。为了克服金属板在工作过程中上、下波动的影响，在金属板上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1、S2。S1、S2与被测金属板之间的距离分别为x1和x2，这样板厚δ=x-（x1+x2），当两个传感器在工作时分别测得x1和x2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器之间距离x对应的设定值相减，就得到与金属板厚度相对应的电压值。

4. 转速计

转速测量如图2-41所示，在一个旋转体上开一条或数条槽，或者加工成齿轮状，旁边安装一个电涡流传感器。当旋转体转动时，传感器将周期性地改变输出信号，此电压信号经过放大整形后，可用频率计指示出频率值，转速为

式中 f——输出信号的频率，Hz；

N——旋转体的齿数；

n——被测体的转速，r/min。

2.4.3 电容式传感器应用举例

电容式荷重传感器实物器如图2-42所示，电容式荷重传感器原理结构图如图2-43所示，它是在一块特种钢（一般采用镍铬钼钢）上，于同一高度并排平行打一些圆孔，孔的内壁以特殊的黏结剂固定两个截面为T形的绝缘体，保持其平行并留有一定间隙，在相对面上粘贴铜箔，从而形成一排平板电容。当圆孔受荷重变形时，电容值将改变，在电路上各电容并联，因此总电容量将正比于平均荷重W。该种传感器具有误差较小、接触面影响小、测量电路可装在孔中工作稳定性好等优点。

硅电容指纹识别示意图如图2-44所示，传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极，按在传感面上的手指的对应点则作为另一极，传感面形成两极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同（纹路深浅的存在），导致硅表面电容阵列的各个电容值不同，测量并记录各点的电容值，就可以获得具有灰度级的指纹图像。

指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层（真皮层），直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。