傾(qing) 角傳(chuan) 感器又稱作傾(qing) 斜儀(yi) 、測斜儀(yi) 、水平儀(yi) 、傾(qing) 角計，常用於(yu) 係統的水平角度變化測量，此類傳(chuan) 感器過去隻是簡單的水泡水平儀(yi) ，隨著自動化和電子測量技術的發展，傾(qing) 角傳(chuan) 感器的種類也逐漸增多，從(cong) 工作原理上可分為(wei) “固體(ti) 擺”式、“液體(ti) 擺”式、“氣體(ti) 擺”三種傾(qing) 角傳(chuan) 感器，下麵我們(men) 了解一下它們(men) 的工作原理。

1、固體(ti) 擺式傾(qing) 角傳(chuan) 感器

如圖所示，其由擺錘、擺線、支架組成，擺錘受重力G和擺拉力T的作用，其合外力

F =G sinθ=mg sinθ

式中的θ為(wei) 擺線與(yu) 垂直方向的夾角。在小角度範圍內(nei) 測量時，可以認為(wei) F與(yu) θ成線性關(guan) 係。如應變式傾(qing) 角傳(chuan) 感器就是基於(yu) 此原理。

固體(ti) 擺在設計中廣泛采用力平衡式伺服係統，如圖所示，其由擺錘、擺線、支架組成， 擺錘受重力G和擺拉力T的作用，其合外力F =G sinθ=mg sinθ。其中，θ為(wei) 擺線與(yu) 垂直方向的夾角。在小角度範圍內(nei) 測量時，可以認為(wei) F與(yu) θ成線性關(guan) 係，應變式傾(qing) 角傳(chuan) 感器就基於(yu) 此原理。

2、液體(ti) 擺式傾(qing) 角傳(chuan) 感器

液體(ti) 擺的結構原理是在玻璃殼體(ti) 內(nei) 裝有導電液，並有三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等，如圖所示。當殼體(ti) 水平時，電極插入導電液的深度相同。如果在兩(liang) 根電極之間加上幅值相等的交流電壓時，電極之間會(hui) 形成離子電流，兩(liang) 根電極之間的液體(ti) 相當於(yu) 兩(liang) 個(ge) 電阻RI和RIII。若液體(ti) 擺水平時，則RI＝RIII。

當玻璃殼體(ti) 傾(qing) 斜時，電極間的導電液不相等，三根電極浸入液體(ti) 的深度也發生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。左邊電極浸入深度小，則導電液減少，導電的離子數減少，電阻RI增大，相對極則導電液增加，導電的離子數增加，而使電阻RIII 減少，即RI＞RIII。反之，若傾(qing) 斜方向相反，則RI＜RIII。

在液體(ti) 擺的應用中也有根據液體(ti) 位置變化引起應變片的變化，從(cong) 而引起輸出電信號變化而感知傾(qing) 角的變化。在實用中除此類型外，還有在電解質溶液中留下一氣泡，當裝置傾(qing) 斜時氣泡會(hui) 運動使電容發生變化而感應出傾(qing) 角的“液體(ti) 擺”。

3、氣體(ti) 擺式傾(qing) 角傳(chuan) 感器

“氣體(ti) 擺”式慣性元件由密閉腔體(ti) 、氣體(ti) 和熱線組成，當腔體(ti) 所在平麵相對水平麵傾(qing) 斜或腔體(ti) 受到加速度的作用時，熱線的阻值發生變化，並且熱線阻值的變化是角度q或加速度的函數，因而也具有擺的效應。其中熱線阻值的變化是氣體(ti) 與(yu) 熱線之間的能量交換引起的。

“氣體(ti) 擺”式慣性器件的敏感機理基於(yu) 密閉腔體(ti) 中的能量傳(chuan) 遞，在密閉腔體(ti) 中有氣體(ti) 和熱線，熱線是唯一的熱源。當裝置通電時，對氣體(ti) 加熱。在熱線能量交換中對流是主要形式。

氣體(ti) 擺式檢測器件的核心敏感元件為(wei) 熱線。電流流過熱線，熱線產(chan) 生熱量，使熱線保持一定的溫度。熱線的溫度高於(yu) 它周圍氣體(ti) 的溫度，動能增加，所以氣體(ti) 向上流動。在平衡狀態時，如圖4(a)所示，熱線處於(yu) 同一水平麵上，上升氣流穿過它們(men) 的速度相同，即V1=V1′，這時，氣流對熱線的影響相同，由式(7)可知，流過熱線的電流也相同，電橋平衡。當密閉腔體(ti) 傾(qing) 斜時，熱線相對水平麵的高度發生了變化，如圖4(b)所示，因為(wei) 密閉腔體(ti) 中氣體(ti) 的流動是連續的，所以熱氣流在向上運動的過程中，依次經過下部和上部的熱線。若忽略氣體(ti) 上升過程中克服重力的能量損失，則穿過上部熱線的氣流已經與(yu) 下部熱線的產(chan) 生熱交換，使穿過兩(liang) 根熱線時的氣流速度不同，這時V2¢>V2，因此流過兩(liang) 根熱線的電流也會(hui) 發生相應的變化，所以電橋失去平衡，輸出一個(ge) 電信號。傾(qing) 斜角度不同，輸出的電信號也不同。

固、液、氣體(ti) 擺性能比較

就基於(yu) 固體(ti) 擺、液體(ti) 擺及氣體(ti) 擺原理研製的傾(qing) 角傳(chuan) 感器而言，它們(men) 各有所長。在重力場中，固體(ti) 擺的敏感質量是擺錘質量，液體(ti) 擺的敏感質量是電解液，而氣體(ti) 擺的敏感質量是氣體(ti) 。氣體(ti) 是密封腔體(ti) 內(nei) 的唯一運動體(ti) ，它的質量較小，在大衝(chong) 擊或高過載時產(chan) 生的慣性力也很小，所以具有較強的抗振動或衝(chong) 擊能力。但氣體(ti) 運動控製較為(wei) 複雜，影響其運動的因素較多，其精度無法達到軍(jun) 用武器係統的要求。

固體(ti) 擺傾(qing) 角傳(chuan) 感器有明確的擺長和擺心，其機理基本上與(yu) 加速度傳(chuan) 感器相同。在實用中產(chan) 品類型較多如電磁擺式，其產(chan) 品測量範圍、精度及抗過載能力較高，在武器係統中應用也較為(wei) 廣泛。液體(ti) 擺傾(qing) 角傳(chuan) 感器介於(yu) 兩(liang) 者之間，但係統穩定，在高精度係統中，應用較為(wei) 廣泛，且國內(nei) 外產(chan) 品多為(wei) 此類。目前，傾(qing) 角傳(chuan) 感器成為(wei) 橋梁架設、鐵路鋪設、土木工程、石油鑽井、航空航海、工業(ye) 自動化、智能平台、機械加工等領域不可缺少的重要測量工具。