倾角传感器经常用于系统的水平距离和物体的高度的测量，从工作原理上可分为固体摆式、液体摆式、气体摆式三种倾角传感器，这三种倾角传感器都是利用地球万有引力的作用，将传感器敏感器件对大地的姿态角，即与大地引力的夹角(倾角)这一物理量，转换成模拟信号或脉冲信号。
固体摆式倾角传感器
如上图所示，其由摆锤、摆线、支架组成，摆锤受重力G和摆拉力T的作用，其合外力:
F=Gsinθ=mgsinθ
式中的θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F与θ成线性关系。如应变式倾角传感器就是基于此原理，
液体摆式倾角传感器
液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如下图所示。
液体摆原理示意图当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RII。
若液体摆水平时，则RI=RII。
当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变。如图所示，左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻R!增大，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻RIII减少，即RI>RI。反之，若倾斜方向相反，则RI<RI。
在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化。在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体
气体摆式倾角传感器
"气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成，当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化
气体与热线之间的能量交换引起的。
"气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递，在密闭腔体中有气体和热线，热线是唯一的热源。
当装置通电时，对气体加热。在热线能量交换中对流是主要形式。
对流传热的方程为:
其中:h-热量传递系数(w/m2xk)，s-热线表面积(m2)，TH一热线温度(K)，TA一气体温度(K)。热量传递系数h与流体的热传导率、动力学粘度、流体速度和热线直径有关，表示为:
其中:Nu为一努塞尔(Nusselt)数，|-热传导率(W/mK)，Re-雷诺(Reynold)数，U-流体速度(m2/s),D-热线的直径(m),n-流体的动力学粘度。
当气流以速度U垂直穿过热线时
将(4)式代入(3)式得:
根据热平衡方程可得:
所以:
假设和s为常数，则有:
从式(7)可以看出，当流体的动力学粘度、密度和热传导特性一定时，若热线周围流体的速度不同，则流过热线的电流也不同，从而引起热线两端的电压也产生相应的变化。气体摆式惯性器件就是根据一原理研制的。
气体摆式检测器件的核心敏感元件为热线。电流流过热线，热线产生热量，使热线保持一定的温度。热线的温度高于它周围气体的温度，动能增加，所以气体向上流动。在平衡状态时，如图4(a)所示，热线处于同一水平面上，上升气流穿过它们的速度相同，即V1=V1'，这时，气流对热线的影响相同，由式(7)可知，流过热线的电流也相同，电桥平衡。当密闭腔体倾斜时，热线相对水平面的高度发生了变化，如图4(b)所示，因为密闭腔体中气体的流动是连续的，所以热气流在向上运动的过程中，依次经过下部和上部的热线。若忽略气体上升过程中克服重力的能量损失，则穿过上部热线的气流已经与下部热线的产生热交换，使穿过两根热线时的气流速度不同，这时V24>V2，因此流过两根热线的电流也会发生相应的变化，所以电桥失去平衡，输出一个电信号。倾斜角度不同，输出的电信号也不同。
文章来源：传感器专家网
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