汽车试验方法12876624629.docx

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1、汽车试验方法概述 机机械量的电电测量技术术 汽车车整车性能能试验 汽车总成成与零部件件试验第一章 概述一、 基本概念所谓“汽车车测试”，简单地地说,就是是通过实际际测试的手手段确定汽汽车的某个个（些）参参数。这里里的“参数”，一般是是指物理量量的定量数数值；个别别情况下也也可能是定定性评价。一般来说，汽车试验所采用的仪器设备、试验场所、试验环境和试验工况等，都应该遵循国家或者相关部门、行业或企业发布的正规标准文件。标准可以确保试验操作规范、安全，数据结果准确、可信、具有典型性、代表性和可比性。而有些探索性、创新性试验，也可以由研究人员自行制定试验标准和操作规范，这也是对汽车基础理论、设计制造技

2、术和汽车试验方法的有力推动。二、 试验与理论论的关系、试试验的必要要性理论分析不不能完全取取代实际测测试，尤其其是对于现现代汽车行行业来说，汽汽车试验的的必要性主主要体现在在以下几方方面。1作为一一种室外交交通工具，汽车的使用条件复杂，整车、各系统、机构和零部件会遇到各种难以预料的载荷、工作条件和行驶环境。2.汽车是是一种高度度普及的社社会化的民民用商品（军军用和专业业比赛车辆辆不在此列列），研究究、制造单单位之间的的竞争异常常激烈。厂厂商为了争争夺市场，势势必要在产产品的性能能、质量和和成本之间间做出平衡衡，“不惜血本本”的模式是是走不通的的，过分的的“精益求精精”也是不符符合商业规规律的。

3、一一个研发任任务，要在在有限的人人力、物力力和时间条条件下，寻寻求在法规规允许和市市场满意框框架下的利利益最大化化，势必要要通过科学学、合理的的试验手段段，定量、可靠靠地确定产产品的设计计参数，达达成研发和和制造效费费比的最优优化。而在在深层次的的理论分析析和机理解解释方面，暂暂时有所欠欠缺是可以以接受的。3.汽车研研究和设计计的许多问问题，已经经有了理论论模型，但但是这些模模型并非普普遍适用，或或者模型中中的某些参参数不易确确定。4.由上述述几点可以以看出，理理论不能代代替试验，归归根结底，在在于现有理理论的不准准确性或者者局限性。因此，进行行汽车试验验，以及对对汽车试验验的方法进进行研究，

4、对对于优化汽汽车产品的的设计、推推动汽车工工业的发展展、完善汽汽车基础理理论研究以以及刺激和和带动相关关技术理论论（如，传传感技术、信信号分析理理论和技术术、电子设设备制造技技术等等）的的发展，都都具有重要要意义。三、 汽车试验的的分类汽车试验的的研究范围围广泛、项项目繁杂，可可以从不同同角度进行行分类。1. 按试验目的的分类（1）质量量检查试验验（2）新产产品定型（鉴鉴定）试验验 有有时将质量量检查试验验和新产品品定型试验验统称为产产品检验性性试验。（3）科研研探索类试试验 科研探索类类试验，所所涉及的大大都是目前前尚未成熟熟的技术或或者尚未普普遍成立的的理论，试试验项目的的深度、广广度较大

5、，试试验规范和和操作实施施方法可以以由试验者者根据具体体的试验项项目灵活确确定，对试试验数据的的精确度要要求很高，采采用的设备备非常先进进，手段通通常较复杂杂。与之相相比，产品品检验性试试验在试验验项目、规规范、过程程和操作方方法等方面面必须依据据国家和部部门、行业业的有关标标准来进行行，确保试试验工作有有章可循，试试验对象之之间的定量量分析具有有可比性。2. 按试验对象象分类就是按车辆辆结构层次次划分为三三类：整车试验验、机构及总总成试验和和零部件试试验。3. 按试验场所所分类主要就是室室内和室外外两个场所所。两类试试验各有优优劣、互为为补充。（1）室外外道路试验验 由于试验验环境条件件真实

6、，驾驾驶操作真真实，通常常不需要对对车辆进行行解体，可可以进行几几乎所有整整车性能试试验，而且且其结果可可信度较高高。但室外外条件不易易控制，试试验过程易易受无关因因素干扰，数据重复性较差。车载条件也对测试仪器设备提出了更高的要求。而且室外道路试验的组织和实施耗时较长，动用人员较多。对于有越野性能要求的车辆，“道路”也可以包括田间、沙地、冰雪地等非铺装地面。（2）室内内台架试验验 可以消除除天气、道道路状况和和交通流量量等不确定定因素的影影响，有利利于组织和和安排试验验，缩短试试验周期，试验数据精密度高、重复性好、可比性强。但真实行驶工况的模拟是一个需要重视的问题，否则试验结果是不可信的。台架

7、本身搭建时间可能较长，但试验操作本身过程较短（对于疲劳类试验，台架运行的时间很长，但并不需要全程人工操作和监控），仪器设备大多是固定式的，比较容易布置和操控。（3）试验验场试验 这这是又一类类室外道路路试验。（4）使用用试验 顾名名思义，使使用试验就就是在实际际使用中对对车辆（或或车辆的某某部分）的的某个指标标进行测试试，对于道道路和气象象条件、车车辆载荷、驾驾驶操作习习惯、车辆辆技术状况况和维修调调整作业等等不做任何何特殊规定定，完全按按驾驶员意意图和实际际行驶环境境操作。得到到的结果最最为真实可可信；但是是试验数据据的典型性性和重复性性不好，且且可操作性性很差。能能够采用使使用试验方方式的

8、汽车车试验项目目并不多。四、 汽车试验的的基本步骤骤总体而言，可可以划分为为四个基本本步骤。1. 制定试验大大纲 它是指指导试验的的纲领性技技术文件，它它的编制是是否科学、合合理，将影影响整个试试验的成败败。2. 试验仪器设设备和人员员的准备3. 具体实施操操作4. 编写试验报报告第二章 机械量的电电测量技术术在现代社会会，试验测测试手段和和方法广泛泛应用于国国民经济和和社会生活活的各个领领域。包括括汽车试验验在内，现现代测试技技术普遍具具有两大特特点：从测测试装置的的组织和构构成的角度度看，采用用的是“模块化”；在信号号测量的实实现手段上上，采用的的是“电测法”。第一节 测试系统统的转换特特

9、性一、 测试系统的的基本组成成从“模块化化”的观点出出发，一个个完整的测测试系统，从从被测信号号变换和传传输的过程程来看，主要要包括三部部分：传感感器、信号号调节器、记记录与显示示装置。另外还可可能有定度度、校准装装置和数据据处理设备备等。如图图2-1所示示。传感器：将将被测量（通通常是非电电量）转换换成电信号号的装置。也称为感应器或变送器。信号调节器器：也称信号号调理器，指指的是信号号的中间变变换与传输输。来自传传感器的信信号，经过过中间处理理后，才能能成为能量量足够、不不易失真、干扰少、便于传输的电信号，供记录或显示。记录与显示示装置：也就就是测试系系统的输出出端，或称“负载”。同时，为了

10、了使测试系系统自身工工作正常、结结果可靠，还还需要有定定度和校准准等装置。定度：也叫叫标定，就就是确定测测试装置的的输出-输输入关系，比比如图2-6显示的的定度曲线线。校准：校准准，就是在在同一信号号的作用下下，用该工工作装置和和更高精度等等级的标准准装置的输输出信号进进行比较，找找出工作装装置的误差差，进行修修正。此处的“测测试系统”，仅是直接接服务于被被测物理量量的测量。而而整个汽车车试验的硬硬件体系还还要包括被被试件、动动力输入装装置、加载载装置和其其他联接支支承设备等等环节，这这些环节的的功用，就是产生生、并向测测试系统提提供一个或或几个被测测物理量。二、 对测试系统统的基本要要求一个

11、理想的的测试系统统，要满足足两点基本本要求：1. 具有单值、确确定的输出出-输入关系。最好是线线性的。2. 满足单向性性。所谓“单向性”，是指被被测系统的的运作可以以对测试系系统施加影影响、而测测试系统对对被测系统统没有反作作用或者反反作用尽量量小。三、 系统的基本本思想我们暂时不不考察测试试系统内部部的详细构构造和物理理原理，将将其视作一一个“黑箱”，那么这这个黑箱的的基本功能就就是将输入入量x按某某种关系转转换成输出出量y。显然，在输输入、系统统和输出三三个环节中，已知两个个，就可以以求解另一一个。1. 已知系统特特性h和输出y，就可以以推断输入入信号x，这就是是测量。2. 已知输入xx和

12、输出yy，可以确确定系统特特性h，这这就是定度度（标定）。3. 如果已知输输入x和系系统特性hh，则可以以在不进行行实测的条条件下确定定输出y。这这称为输出出信号预测测。四、 测试系统的的静态特性性静态，指的的就是测试试系统的输输入和输出出都不随时时间变化（或或非常缓慢慢）。在这个定义义中，“输入和输输出”改成“输入或输输出”是一样的的。测试系统的的静态数学学模型，用用输出输入关系系式表达为为： （2-1）式中x为为系统的输输入量、yy为输出量量；、等为常数数。系统及及其特性，就就取决于、等的数值值。如果系统是是绝对理想想的，满足足单值、单单向和线性性的条件，那那么其输出出输入关系系式应该是是

13、一条过原原点的直线线：。系统的实实际特性曲曲线与上述述理想直线线之间存在在着各方面面的偏差，就就构成了系系统的静态态特性。1. 曲线的截距距零点漂移移零点漂移的的含义是，当测试系统的输入为零时，输出不为零。显然，当a0不等于零时，就会造成零点漂移。2. 曲线的斜率率灵敏度灵敏度S是是系统的输输出增量y与输入入增量x之比，也也就是输出出输入关系系曲线上各各点的斜率率。一般来说，测测试装置的的灵敏度以以高些为好好，但灵敏度过过高，往往往会引起测测量范围变变窄、装置置的稳定性性下降。由于系统自自身特性的的改变或者者环境条件件改变等因因素的影响响，造成公公式（2-1）中中的、等数值的的变化，就就表现为

14、灵灵敏度的改改变，或者者叫“灵敏度漂漂移”。灵敏度度漂移常以以在输入不不变的情况况下每小时时输出的变变化量来衡衡量，越小小越好。 图2-5 零点漂移移、灵敏度度及其漂移移3. 曲线与直线线的偏差非线性度度非线性度是是指测试系系统的实际际输出输入关系系与理想线线性关系的的偏差。 图中实线为为定度曲线线，也就是是系统输出出输入关系系实际特性性；虚线是是根据实际际特性进行行拟合得到到的理论直直线。B是是实际曲线线与理论直直线的最大大差值，AA是仪器的的标称输出出范围（即即，满量程程）。定量评价：非线性度度4. 曲线上行和和下行的差差异回程误差差同一输入量量下，正向向输入（输输入量由小小到大，即即加载

15、）和和反向输入入（输入量量由大到小小，即卸载载）时，所对应应的输出量量不同，这就是回程程误差。如如图2-7所示示。图中h是是正向输入入与反向输输入的差值值，称滞后后量。回程误差=回程误差的的产生，主主要来源于于各种滞后后的物理效效应，以及及仪器设备备存在不工工作区（死死区）。滞滞后效应包包括磁性材材料的磁化化与退磁、弹性材料的变形与恢复等，机械运动结构中的摩擦和间隙（自由行程）则是产生不工作区的主要原因。五、 测试系统的的动态特性动态指的是是系统的输输入和/或或输出随时时间变化的的状态。1. 测试系统的的动态数学学模型微分方程程大多数测试试系统都是是线性的，而而且系统参参数为常数数，所以其其数

16、学模型型是常系数数线性微分分方程。其其通式可以以写作： （22-2）式中x为为系统的输输入量、yy为输出量量；、为常数。也就是说，要要写出微分分方程，必必须知道系系统的结构构参数。1. 线性系统的的主要性质质（1） 叠加特性：几个输入入同时作用用于系统所所引起的输输出，等于于几个输入入单独作用用于系统所所引起的输输出之和。（2） 比例特性：某输入的的若干倍作作用于系统统所引起的的输出，等等于该输入入单独作用用于系统所所引起的输输出的若干干倍。（3） 微分特性：某输入先先求微分、然然后作用于于系统所引引起的输出出，等于该该输入直接接作用于系系统所引起起的输出、再再求微分。（4） 积分特性：某输入

17、先先求积分、然然后作用于于系统所引引起的输出出，等于该该输入直接接作用于系系统所引起起的输出、再再求积分。（5） 频率保持性性：线性系系统，若输输入为某一一频率的正正弦信号，则则其稳态输输出将保持持同一频率率。 频频率保持性性的重要意意义在于，对对于线性测测试系统，如如果知道输输入的频率率，那么系系统的输出出信号中就就只有该频频率的成分分才有可能能是这个输输入引起的的，其余频频率分量都都是噪声干干扰。2. 传递函数由数学分析析可知，对对微分方程程进行拉普普拉斯变换换（拉氏变变换），可可以建立传传递函数HH(s)。我们定义：传递函数数=。经计计算可得： （22-3）3. 频率响应函函数（频率率响

18、应特性性）（1） 频率响应函函数的数学学定义当系统的输输入为简谐谐输入时，可可以取，则则传递函数数就变成频率率响应函数数 ，简称频频响函数或或频响。 （2-44）式中，即即虚单位。（2） 频率响应特特性的基本本思想（频频率响应函函数的工程程解释）对于一个线线性系统，令令其输入为为任意正弦弦信号，那那么稳态输输出可写作：。可见，系统统的特性（转转换关系）就表现为将转换成、将转换成。 于是定义频率响应函数: 系统的输出量与输入量之比， 。经过详细数数学推证，我我们定义：幅频函数（幅幅频特性）：频率响应函数的模，又称幅值比，为输出幅值与输入幅值之比。即 。相频函数（相相频特性）：频率响应函数的相角，

19、为输出向量与输入向量的相位差。 即。（3） 一阶系统其微分方程程的一般式式可以写作作。稍加变变形，即： （2-55）其中，称称为时间常常数；，就是灵敏敏度。由微分方程程（2-55）可以得得出传递函函数： (2-6)当系统的静静态灵敏度度S=1时时，传递函函数化为： （22-7）将改作，就就可由传递递函数写出出频率响应应函数： （2-8）分别计算其其模和相角角，得到幅幅频特性和和相频特性性： （2-9） （2-10）一阶系统的的幅频特性性和相频特特性曲线如如图2-99所示。 图2-9 一一阶系统的的频率响应应特性一阶系统的的实例，有有忽略质量量的弹簧阻阻尼系统和和忽略电感感的简单RRC电路等等。

20、如图22-10所示。 图2-100 一阶阶系统的机机械实例和和电工实例例（4） 二阶系统无论是测试试系统还是是其他应用用的工作系系统，以二二阶系统最最为常见。其其微分方程程的一般式式可以写作作。对二阶系统统，做如下下特性参数数的定义：灵敏度；固有频率； （22-11）阻尼比。则二阶系统统的频率响响应函数表表达为： （2-122）做灵敏度归归一化，令令S=1，则则幅频特性性A()和相频特特性()为： （2-133） （2-144）二阶系统的的幅频特性性和相频特特性曲线如如图2-111所示。 图2-111 二二阶系统的的频率响应应特性信号频率等于固有有频率n、也就是频频率比为11，就是共振。二阶系

21、统的的实例，有有弹簧阻尼尼质量系统和和简单LRC电路路等。如图图2-122所示。 图2-12 二阶系统统的机械实实例和电工工实例5.不失真真测量的条条件不失真测量量：输出与与输入波形形精确地相相似，幅值值和相位允允许有差异异。如图22-13所示。图2-133 波形形不失真地地复现由数学分析析可知，对对于线性系系统，要实实现不失真真测量，必必须同时满满足两个条条件：幅频频特性为常常数、相频频特性成线线性。对于一阶系系统，由相相关公式和和曲线可以以看出，为为满足公式式（2-115），就就要求尽可能小小。其中是输入信信号的频率率，无法预预测和限制制；所以一阶系系统不失真真测量的条条件就是时时间常数越

22、小越好好。二阶系统不不失真测量量的要求有有如下三点点：（1） 阻尼比0.7（一一般认为取取0.60.8之之间比较合合适）；（2） 频率比或者者固有频率率n足够高；（3） 固有频率n也不能太太高，否则则会导致灵灵敏度降低低。在本节分析析中，认为为系统的频频率响应特特性取决于于系统参数数，即、等参数，这这种思路适适用于系统统的原理分分析、设计计和选择等等工作。但但是，如果果该系统是是测试研究的的对象，工工作目的是是确定某个个给定系统统的特性，那那么上述参参数很可能能是不知道道的。此时时，就需要要采用试验验的方法，利利用输出和和输入的关关系来求解解系统的频频率响应函函数。第二节 传感器含义：传感感器

23、是将被测物物理量（通通常是非电电量）转换换成电信号号的装置，也称为感应器或变送器。传感器的基基本构造可可以分为两两部分：敏敏感元件和和辅助元件件。敏感元元件是传感感器的核心心，直接负负责将被测测非电量转转换为输出出的电信号号；其它辅辅助元件则则为敏感元元件提供必必要的机械械联接、支支承与定位位、防护以以及信号传传送等。传感器种类类繁多，根根据输出电电信号的性性质，可以以分为两类类：发电式式和参量式式。发电式传感感器输出的的是电动势势（此处的的“电动势”泛指具有有电能、能能够主动驱驱动测量仪表运运转或显示示的电学量量，包括电电压、电流流和电荷等等），因为为自身输出出电动势，所所以发电式式传感器不

24、不需要外电电源。参量式传感感器的输出出是各种电电参量，包包括电阻、电电容和电感感等。电参量量本身不具具有电场能能，需要外外加电源才才能表达其其电学特性性。一、 电阻式传感感器凡是能将被被测非电量量转化为电电阻变化的的传感器，都都可称为电电阻式传感感器。电阻式传感感器是一种种参量式传传感器。根根据产生电电阻变化的的机理不同同，又可分分为电阻应应变片式传传感器和滑滑变电阻式式传感器。1. 电阻应变片片式传感器器电阻应变片片，简称应应变片，任何物理理量，只要要能设法转转换成应变变，都可以以由应变片片来测量。（1） 应变片的基基本构造和和工作原理理电阻应变片片的基本构构造如图22-14所示。其工作原理

25、理是基于金金属导线的的电阻应变变效应金属导体体在外力作作用下，不不仅发生机机械变形，其其电阻也会会发生改变变。 图2-14 电阻应变变片的基本本构造由电阻定律律可知，一一根金属导导线的电阻阻R与其长长度L、截截面积A和和电阻率有关。 （22-16） 两两侧取自然然对数、再再微分，易易得： （2-117）其中，是单单位电阻的的电阻变化化量，称为为电阻变化化率，就是是应变片的的输出。是电阻率的的变化率。是金属导线线长度的变变化率，也也就是线应应变，按材材料力学通通常记作。，为泊松松比。得。代入式（22-17）: （22-18）这就是金属属材料的电电阻变化率率与应变之间间的关系。将电阻变化化率与应变

26、变之比称作作导线材料料的灵敏系系数，记作作，即： （2-19）（2） 应变片的种种类 金属丝式应应变片金属丝式应应变片制造造简单，性性能一般。 金属箔式应应变片通过光刻、腐腐蚀等工艺艺，把构成成线栅的合合金材料制制成金属箔箔，“印刷”在应变片的的基底上。因因而可以制制成各种复复杂的形状状。金属箔式应应变片优点点很多，使用用非常广泛泛，基本上上取代了金金属丝式应应变片。 半导体应变变片半导体应变变片的工作作原理是半半导体材料料的压阻效效应当半导体体受到应力力作用时，由由于载流子子迁移率的的变化，使使其电阻率率发生变化化的现象。半导体应变变片最大的的优点在于于灵敏系数数高。其缺缺点是价格格较高，而

27、而且半导体体材料对温温度的变化化非常敏感感，测量大大应变时非非线性度也也较大。（3） 应变片的主主要特性 灵敏系数KK当试件在一一维应力作作用下，应应变片主轴轴线与主应应力方向一一致时，应应变片的电电阻变化率率与试件主主应变的比比值，称为为应变片的的灵敏系数数。 （22-21）由于存在横横向效应和和胶层传递递应变失真真，应变片片的灵敏系系数略小于导线线材料的灵灵敏系数。其具体数数值需要做做标定试验验来确定。 横向效应应变片对于于垂直于其其主轴线方方向应变的的响应，称称为横向效效应。金属箔式式应变片通通过将横向向部分做得得很粗，其其初始电阻阻就很小，横横向效应就就几乎没有有了。 温度特性指的是在

28、应应变不变的的条件下，随随着温度的的变化，应应变片的输输出电阻变化化率发生变化化。显然，这这对于测量量工作来说说是一种干干扰。温度特性来来源于两方方面：敏感感线栅的电电阻率随温温度发生变变化；试件件、应变片片基底和敏敏感线栅的的热膨胀系系数不同，当温度改变时会产生热应变。 应变片的阻阻值指的是应变变片未粘贴贴、不受力力、处于室室温（200C）环境境下的电阻阻值。有660、1200、2000、10000等多种规规格，其中中以1200最常用。（4） 应变片的粘粘贴工艺 应应变片的粘粘贴工艺大大致包括如如下步骤：先要清理理试件的待待粘贴表面面，必要时时在粘贴部部位划线。选选用粘合剂剂将应变片片粘贴在

29、指指定部位。粘粘贴后要根根据粘合剂剂的不同给给予足够的的固化时间间。然后焊焊接引线、检检查粘贴质质量和导线线的绝缘性性。最后采采用蜡封等等方法将应应变片与外外界环境隔隔绝开。（5） 应变片式传传感器开发了各种种以电阻应应变片为核核心元件的的专用传感感器，称之之为应变片片式传感器器。应变片片已经贴在在传感器里里面，不需需要操作者者做试验时时自行安装装。应变片式传传感器包括括应变片、弹弹性元件和和其他附件件。应变片式传传感器在使使用前一般般要进行标标定，确定定被测物理理量与传感感器的输出出电阻变化化率（或者者电桥的输输出电压）之之间的转换换关系。 图2-16 圆柱式测测力传感器器1492. 滑变电

30、阻式式传感器滑变电阻式式传感器，又又称电位计计式传感器器，主要用用于被测物物体的（角角）位置或或（角）位移移的测量。其其传感核心心就是一个个滑线变阻阻器， 图2-20 滑变电阻阻式传感器器滑变电阻式式传感器原原理简单、制制造容易、输输入输出的线线性度较好好。一个缺缺点是，当当触点运动动时产生一一定的摩擦力，其其趋势是阻阻碍被测物物体运动，有有可能影响响被测物体体原来的运运动状况，特特别是对于于低输入能能量的运动动量。汽车发动机机电控系统统中的翼片片式空气流流量计和线线性输出型型节气门位位置传感器器，采用的的就是电位位计式原理理。 图图2-211 翼片片式空气流流量计还有一类电电阻式传感感器，不

31、依依赖运动和和变形，而而是单纯靠靠温度变化化来改变电电阻材料的的电阻率，从从而改变输输出。例如如，用于测测量发动机机冷却水温温和进气温温度的绕线线电阻式温温度传感器器，其传感感核心是高高纯度的镍镍线电阻，其其电阻值随随水温或气气温的改变变而变化。这种传感器响应速度较慢，不能用于追踪迅速变化的温度。二、 电容式传感感器电容式传感感器是将被被测物理量量的变化转转换为电容容值变化的的一种传感感装置，属属于参量式式传感器。其基本构构造就是一一个具有可可变参数的的电容器。1. 工作原理平行板电容容器的电容容数值C为为： （2-222）式中，S为为两极板的的正对面积积；为两极板板的间距；0为真空中中的介电

32、常常数，为88.8510-122库伦/伏特；r为极板间间实际介质质的相对介介电常数，极板间填充不同物质，其相对介电常数不同，对于空气，取r=1。如果被测量量能使电容容器结构参参数中的SS、或r中的任一项变化，那么么电容值CC就会发生生变化。2. 主要类型和和应用根据被测量量对电容器器结构参数数的不同影影响，电容容式传感器器可以分为为三类： （1） 变极距型这是最常见见的电容式式传感器。变极距型电电容传感器器最擅长的的是测量位位移，特别别是微小的的位移。在汽车噪声声的测量中中，广泛使使用声级计计，精密声声级计的核核心就是一个电电容式传感感器，称电电容微音器器。电容式传感感器也可以以测量流体体压强

33、的变变化。例如如，D型电电控发动机机喷射系统统中，发动动机进气量量由进气歧歧管压力和和发动机转转速推算。而而进气压力力的测量就就是利用电电容式传感感器，如图图2-255所示。图2-255 电容式进气气压力传感感器 图图中，1接进气歧歧管，整个个传感器外外表面处于于该气体压压力环境中中。两个氧氧化铝膜片片5都可以以在气压变变化下运动动。2和44是厚膜电电极，构成成电容器的的两个极板板。3是内部部填充的绝绝缘介质。进气压力的波动转变成电容值的变化，该电容参与构成一个振荡器谐振电路，其输出信号的频率与进气歧管压力成正比。（2） 变面积型电容器的两两个极板中中，一个固固定，另一一个在其平平面内做平平动

34、或转动动，两者的的正对面积积S就发生生变化，根根据式（22-22），电电容C就发生改改变。a) 测线位移 b)测角角位移 cc)圆筒形形图2-266 变面面积型电容容式传感器器变面积型电电容传感器器很多做成成同轴圆筒筒形结构，如如图2-226-c)所示。因为为筒式电容容器的径向向变化对电电容值影响响相对较小小。（3） 变介电常数数型两个极板均均不动，改改变极板间间的填充物物质或者物物质的尺寸寸、位置，不不同物质的的相对介电电常数不同同，电容值值随之发生生改变。变介电常数数型电容式式传感器通通常用于测测量电介质质的厚度、电介质插入极板的位置、电介质液体的高度或者成分变化等。a) 测物体位置置 b

35、) 测物体体厚度 c) 测液面面高度图2-277 变介介电常数型型电容式传传感器3. 性能特点电容式传感感器的运动动部分（主主要就是活活动极板）质质量极小，因因此固有频频率非常高高，特别适适合高频动动态测量，比比如声音信信号。电容容器极板间间的静电作作用力很小小，适宜进进行低输入入能量的测测量，可以以测量极低低的压力、极极小的加速速度和极其其微小的位位移，灵敏敏度和分辨辨力非常高高，甚至能能够感受到到纳米级的的位移。但是，电容容传感器也也存在一些些问题。（1） 输出阻抗高高电容式传感感器的电容容值一般很很小，当采采用交流电电路处理和和变换时，容容抗很大（容容抗，为交流电电路的圆频频率），要要求

36、绝缘电电阻极大、放放大器输入入阻抗也很很大。提高高供电频率率可以降低低容抗，但但高频信号号的放大和和传输复杂杂，寄生电电容的影响响也会增大。（2） 受寄生电容容的影响相对于电容容式传感器器自身的电电容（就是是电容器两两平行板间间的电容），传传感器的引引线电缆电电容、测量量电路的杂杂散电容以以及传感器器极板与周周围导体形形成的电容容等，共同同构成寄生生电容。寄寄生电容会会降低传感感器的灵敏敏度，而且且寄生电容容常常随机机波动，影影响测量结结果的精度度。这就对对电缆的选选择、安置置、连接方方法和周围围环境提出出了比较严严格的要求求。（3） 极板间距和和厚度的问题平行板电容容器靠近边边缘的部分分电场

37、强度度降低，这这会降低传传感器的灵灵敏度，而而且增大非非线性度。为为了降低这这种边缘效效应，同时时进一步减减小寄生电电容，需要要降低极板板原始间距距、增大极极板面积、降降低极板厚厚度（如采采用镀金或或镀银工艺艺）。这对对极板的制制造和装配配技术提出了了一定的要要求。对于变面积积型和很多多变介电常常数型电容容式传感器器来说，输输出与输入入的线性关关系良好。但但是对于最最常见的变变极距型电电容式传感感器，由于于其基本原原理缺陷，输输出电容与与输入位移移之间不是是线性关系系。数学推证证可以得出出：为了提提高传感器器的灵敏度度（和线性性度），电电容式传感感器的极板板原始间距距要做得很很小；而为为了进一

38、步步提高线性性度，测量量位移d还要远远小于原始始间距。所所以，电容容式传感器器只能测量量微小的位位移。 为为了进一步步提高测量量的灵敏度度和线性度度、同时降降低外界干干扰的影响响，可以采采用差动测测量。差动动测量是一一种应用广广泛的测试试方法，其其基本思想想是设计两两套相同的的测量装置置，甲和乙乙。同一输输入量分别别作用于甲甲、乙两元元件。甲元元件的输出出是(a+b)，其中aa是被测量量引起的、bb是外界干干扰引起的的；乙元件件的输出的的(-a+b)，a、bb的含义同同甲。两者者的输出相相减，(aa+b)-(-a+b)=22a。可见见，差动测测量可以将将灵敏度提提高一倍，同时将外界界环境影响响

39、对两个测测量元件的的干扰抵消消掉。 图图2-299 差动动测量的原原理和输出出特性三、 电感式传感感器顾名思义，电感式传感器，就是将被测非电量转换为电感的传感器，属于参量式传感器。这类传感器的结构特征是具有参数可变的电感绕组（即线圈）。电感包括自自感和互感感，所以电电感式传感感器也可以以分为自感感式和互感感式两类。1. 自感式电感感传感器电感绕组的的自感系数数（电感量量）与磁路路的几何尺尺寸、线圈圈的匝数和和介质的导导磁率有关关。一般来来说，线圈圈的匝数和和介质的导导磁率不易易改变，所所以，被测测量通常是是位移，改改变的是磁磁路的几何何尺寸。如如图2-330所示。(a)变气气隙型 (b)变截截

40、面型 (cc)螺管型型 1-线圈 22-铁芯 3-衔铁 图2-330 自自感式传感感器的类型型和原理也可以将变变气隙型和和变截面型型称作可动动衔铁型电电感式传感感器、将螺螺管型称做做可动铁芯型型电感式传传感器。对于常见的的可动衔铁铁型，由公公式（2-23）可可见，传感感器的输出出电感L和和被测位移移之间是非非线性关系系。为了提提高线性度度，同时提提高灵敏度度和抗干扰扰能力，同同电容式传传感器一样样，电感式式传感器也也经常采用用差动测量量方式。如如图2-332所示，两两个铁芯共共用一个衔衔铁，衔铁铁的运动引引起两个线线圈的电感感反向变化化，将这两两个电感量量差接进测测量电路以以实现差动动测量。

41、(a)测量量线位移 (b)测量量角位移 图2-32 自感式电电感传感器器的差动测测量2. 互感式电感感传感器互感式电感感传感器，其其构造就等等效于一个个互感系数数可变的变变压器。这这种传感器器一般都做做成差动式式的，采用用两个次级级绕组，铁铁芯的运动动对两个绕绕组的影响响趋势相反反，常被称称作差动变变压器。如图2-33所示示。 图2-333 差差动变压器器3. 电感式传感感器的特点点与电容式传传感器相比比，电感式式传感器可可以测量较较大的位移移（即使衔铁铁或铁芯的运动动超出量程程也不会造造成损坏）。电感式传感感器的运动动部件与固固定部件之之间都没有有摩擦，而而且电感效效应本身不不同于电磁磁感应

42、，不不需要很大大的输入能能量。因此此，电感式式传感器的的动作阻力力小、对被被测系统的的影响小、本本身无机械械磨损。电电感线圈允允许输入较较大的激励励电压。电感式传感感器比较突突出的一个个问题是动动作部分的的惯量非常常大。惯量量大导致固固有频率低低，为了满满足不失真真测量的条条件，只能能测量更低低频的信号号。所以，电电感式传感感器不能用用作高频动动态测量。而且，电感式传感器的分辨率受测量范围的影响，测量范围越大，分辨率越低。四、 压电式传感感器1. 基本原理和和性能特点点压电式传感感器的工作作原理是压压电效应：某些材料料当沿着一一定的方向向对其施加加压力（或拉拉力）时，材材料不仅发发生机械变变形，而且且内部发生生极化，在在两侧表面面出现等量量的异号电电荷，电荷荷量与压力力大小成正正比。当外外力去掉后后，该材料料又重新回回到不带电电的状态。如图2-34所示。(a) 受压力 (b) 受拉力力 图2-34