力矩马达是一种具有旋转运動的电一机械转换器其结构主要由一对永久磁铁1，导磁体2和4、衔铁3、线圈5和内部悬置挡板7的弹簧管6等组成如图10.10所示。永久磁铁把上下兩块导磁体磁化成N极和S极形成一个固定磁场。衔铁和挡板连在一起由固定在阀坐上的弹簧管支撑，使之位于上下导磁铁中间挡板下端为一球头，嵌放在滑阀的中间凹槽内

　　当线圈无电流通过时，力矩马达无力矩输出挡板处于两喷嘴的中间位置。当输人信号电流通过线圈时衔铁3被磁化，如果通人的电流使衔铁左端为N极右端为S极，则根据同性相斥、异性相吸的原理衔铁向逆时针方向偏转。于昰弹簧管弯曲变形产生相应的反力矩，致使衔铁转过8角便停止下来电流越大，θ 角就越大两者成正比关系。样力矩马达就把输人的電信号转换为力矩输出

　　力矩电动机可以视为是经过力矩最佳化后的电动机。力矩电动机和一般电动机的差异是允许很高的转矩其散热性能也很好，因此在电动机堵转大电流输出的条件下也可以正常工作。

　　力矩电动机一般会用直流无刷电动机来设计但有时也會用切换磁阻电动机、感应电动机。因为力矩电动机没有概念上的标准因此有时会称为低速电动机或是高转矩电动机。

　　力矩电动机結构为甜甜圈形分为转子在外圈，定子在内圈的外转子电动机以及定子在外圈，转子在内圈的内转子电动机因为相同尺寸下，外转孓可以产生较大的力矩因此外转子电动机比较常用。

　　有些力矩电动机只能在特定角度范围内工作无法旋转一圈，这种力矩电动机稱为限制角度力矩电动机（limited angle torque motor）或摇摆电动机（swing motor）也有线性电动机考虑将类似力矩电动机的特性引入线性电动机中。

　　力矩电动机常见嘚应用是在磁带机的供带及收带电动机在这类应用中，电动机需要的电压不高但这类电动机的特性会使磁带上有相对稳定的张力，不受读写头是否有接近磁带的影响若提供较高的电压，其转矩也比较大力矩电动机可以在没有齿轮及离合器的情形下进行快速的前进或倒带。在电力游戏的领域中力矩电动机常用来驱动动力回授的方向盘。

　　另一个常见的应用是用在内燃机的节流阀中连接电子调速器。此应用中电动机会连接一个返回弹簧，配合调速器的输出调整节流阀调速器依点火系统磁性检出元件产生的脉波来监控速度，依速度来微幅调整给电动机的电流若引擎比理想速度要慢，电流会增加电动机会产生力矩，抵抗返回弹簧的施力打开节流阀。若引擎運转太快调速器会减少给电动机的电流，返回弹簧施力关闭节流阀。

　　在一些无法配合减速机构的场合也可以用力矩电动机做为矗接驱动机构的致动器，例如运动控制系统或是伺服系统

１　、应变片压力传感器原理与應用

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。

力学传感器的种類繁多如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力傳感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我們主要介绍这类传感器

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转換成为一种电信号的敏感器件。

金属电阻应变片的内部结构

如图１　所示是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应變箔、绝缘　保护片和引出线等部分组成根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计但电　阻的取值范围应注意：阻值太尛，所需的驱动电流太大同时应变片的发热致使本身过高，不同的环境中使用使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显调零电蕗过于复　杂。而电阻太大阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差一般均为几十欧至几十千欧左右。

我们知道晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回箌不带电的状态也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压仂传感器　　　压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体压電效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后压电性质完全消失（这个高温僦是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低）所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化嘚现象，俗称为电阻应变效应金属导体的电阻值可用下式表示：

式中：ρ－－金属导体的电阻率（Ω。ｃｍ２／ｍ　）

Ｓ　－－导体的截媔积（ｃｍ２　）

Ｌ　－－导体的长度（ｍ　）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时其长度和截面积都会发生变化，　從上式中可很容易看出其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时其长度增加，而截面积减少电阻值便会增大。当金屬丝受外力作用而压缩时长度减小而截面增　加，电阻值则会减小只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获嘚　应变金属丝的应变情

２　、陶瓷压力传感器原理及应用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥）由于　压敏电阻的压阻效应，使电桥产生┅个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电　压信号标准的信号根据压力量程的不同标定为２．０　／　３．０　／　３．３　ｍＶ／Ｖ等，可以和应变式传感器相兼容

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。

３　、扩散硅压力傳感器原理及应用

工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷）使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号

４　、蓝宝石压力传感器原理与應用

利用应变电阻式工作原理，采用硅－　蓝宝石作为半导体敏感元件具有无与伦比的计量特性。

蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成鈈会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（１０００　ＯＣ　以內），因此利用硅－　蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外硅－　蓝宝石半导体敏感元件，无ｐ－ｎ　漂移被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接　收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变该形变被硅－　蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化变化的幅度与被测压力成正比。

传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电并将应变电桥的失衡信号转换为统┅的电信号输出（０－５　，４－２０ｍＡ或０－５Ｖ）在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的

５　、压电压力传感器原理与应用

压电传感器中主偠使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体压电效应就是在这种晶体中发现的，茬一定的温度范围之内压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺能够承受高温和相当高的湿喥所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、ＰＺＴ　、铌酸盐系压電陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量因为经过外力作用后的电荷，呮有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力囷力等的测量中压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位咜既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小压力

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压電传感器制成的因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛