发布时间 : 星期日 文章传感器与检测技术课后题答案更新完毕开始阅读f83f387031b765ce0508143d
U0?E[R1??R1(R1??R1)?(R2??R2)?R3R3?R4]?4?(101200?12)V?0.02V
当R1受压应变，R2受拉应变时， U0?E[R1??R1(R1??R1)?(R2??R2)?R3R3?R4]?4?(99200?12)V??0.02V
3.8图3-11中，设电阻应变片R1的灵敏度系数K?2.05，未受应变时，R1?120?。当试件受力为F时，应变片承受平均应变??800?m/m，试求： （1）应变片的电阻变化量?R1和电阻相对变化量?R1/R1。
（2）将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压及其非线性误差。 （3）如果要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。 解：（1）?R1/R1?K??2.05?800?10?6?1.64?10?3
?R1?K??R1?1.64?10?3?120?0.197?
（2）U0?E4??R1R1??34?1.64?10?3?1.23mV
?L??R1/R12??R1/R11.64?10?3?32?1.64?10?0.08%
（3）若要减小非线性误差，一是要提高桥臂比，二是要采用差动电桥。 第4章
4.1根据工作原理的不同，电感式传感器可分为哪些种类？ 可分为变磁阻式（自感式）、变压器式和涡流式（互感式）
4.2试分析变气隙厚度变磁阻式电感式传感器的工作原理。
当被测位移变化时，衔铁移动，气隙厚度发生变化，引起磁路中磁阻变化，从而导致线圈的电感值变化。通过测量电感量的变化就能确定衔铁位移量的大小和方向。
24.3已知变气隙厚度电感式传感器的铁芯截面积S?1.5cm，磁路长度L?20cm，相对磁
?7导率?r?5000，气隙?0?0.5cm， ????0.1mm，真空磁导率?0?4??10H/m，
线圈匝数W?3000，求单线圈式传感器的灵敏度?L/??。若将其做成差动结构，灵敏度如何变化？ 解：?L?L0??,K??L???0
L0?W?0A02?02?30002?4??10?7?1.5?10?2?42?0.5?10?3H?54??10?3H
所以：K?54??100.5?10?2?10.8??34，
做成差动结构形式灵敏度将提高一倍。
4.4差动变磁阻式传感器比单圈式变磁阻式传感器在灵敏度和线性度方面有什么优势？为什么？
灵敏度提高一倍。 非线性得到改善。
4.5试分析交流电桥测量电路的工作原理。
电感式传感器用交流电桥测量时，把传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂，另外两个相邻桥臂用纯电阻代替。当衔铁处于中间位置时，电桥无输出；
???U?当衔铁上移时，U0??，电桥输出电压与气隙厚度的变化量??成正比； 2?0???U?当衔铁下移时，U0? 2?0因输入是交流电压，所以可以根据输出电压判断衔铁位移大小，当可能辨别方向。 4.6试分析变压器式交流电桥测量电路的工作原理。
变压器式交流电桥本质上与交流电桥的分析方法一样。电桥两臂Z1,Z2为传感器线圈阻抗，另外两个桥臂为交流变压器二次绕组阻抗的一半。
当传感器的衔铁位于中间位置时，输出电压为0，电桥处于平衡状态。
??Z??LUU???当传感器衔铁上移时，U0??
2Z04L0??Z??LUU??当传感器衔铁下移时，U0?，可得到与交流电桥完全一致的结果。 2Z04L04.7试分析差动变压器式传感器工作原理。
在A、B两个铁芯上绕有两个一次绕组W1a,W1b?W1，和两个二次绕组W2a,W2b?W2，两个一次绕组顺向串接，两个二次绕组反向串接。 衔铁处于初始位置时，差动变压器输出电压为零； ?????W2U?； 衔铁上移时，U0i?0W1??W2??U?Ui 衔铁下移时，0?0W1变压器输出电压可以表示衔铁位移大小，但不能辨别方向。
4.8引起零点残余电压的原因是什么？如何消除零点残余电压？
原因有三：（1）传感器的两个次级绕组的电气参数不同和几何尺寸不对称（2）磁性材料的磁化曲线的非线性（3）励磁电压本身含高次谐波。
消除方法：（1）尽可能保证传感器的几何尺寸、绕组线圈电气参数和磁路的对称；（2）采用适当的测量电路，如相敏整流电路。
4.9在使用螺线管式传感器时，如何根据输出电压来判断衔铁的位置？
活动衔铁在中间时，输出电压=0；
活动衔铁位于中间位置以上时，输出电压与输入电压同频同相； 活动衔铁位于中间位置以下时，输出电压与输入电压同频反相。 需要采用专门的相敏检波电路辨别位移的方向
4.10如何通过相敏检波电路实现对位移大小和方向的判定？
相敏检波电路的原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
4.11电涡流式传感器的线圈机械品质因素会发生什么变化？为什么？
产生电涡流效应后，由于电涡流的影响，线圈复阻抗的实部（等效电阻）增大、虚部（等效电感）减小，因此，线圈的等效机械品质因素下降。
4.12为什么电涡流式传感器被归类为电感式传感器？它属于自感式还是互感式？
电涡流式传感器的等效电气参数都是互感系数M2的函数。通常总是利用其等效电感的变化组成测量电路，因此，电涡流式传感器属于（互感式）电感式传感器。 4.13举例说明变磁阻式传感器、变压器式传感器、螺线管式传感器和电涡流式传感器的应用，并分析工作原理。
5.1根据电容式传感器的工作时变换参数的不同，可以将电容式传感器分为哪几种类型？各有何特点？
变面积式、变极距式、变介电常数
5.2一个以空气为介质的平板电容式传感器结构如图5-3a所示，其中a=10mm、b=16mm，两极板间距d0?1mm。测量时，一块极板在原始位置上向左平移了2mm，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移灵敏度K0(已知空气的相对介电常数?r?1，真空时的
?12F/m)。 介电常数?0?8.854?10解：（1）电容变化量
?C??CC?0?r?xbd0?xa??8.854?10?12?1?2?101?10?3?3?16?10?3?2.83?10?13
?2mm10mm?0.2
?13K??C?x?2.83?102?10?3?1.41?10?10
5.3试讨论变极距型电容式传感器的非线性及其补偿方法。 差动结构
?L??dd0?100%
5.4有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时停止，试分析用应变片式传感器或电容式传感器来解决该问题的途径和方法。
采用应变式传感器时，把应变片贴在圆筒的外壁上，电阻分别受纵向和横向应变，并把应变电阻组成差动结构的测量电路。
变介电常数型电容传感器测液位（差分式），通过测量水内的重力，来控制注水数量。 5.5试分析电容式厚度传感器的工作原理。
5.6试推导图5-19所示变介质型电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电常数为?0，图中?2??1，极板宽度为W。其他参数如图5-19所示。
5.7在题5-6中，设??d?1mm，极板为正方形（边长50mm）。?1?1,?2?4。试针对
x?0~50mm的范围内，绘出此位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。
5.8某电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r?4mm，工作初始间隙d?0.3mm，问： （1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量?d?2?m时，电容变化量是多少？ （2）如果测量电路的灵敏度S1?100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV,在
?d?2?m时，读数仪表的示值变化多少格？
解：（1）?C?0.987?10（2）5格
?14F
6.1什么是压电效应？什么是逆压电效应？
某些电介质，沿一定方向施加外力使其变形时，其内部会产生极化现象而在表面出现正负电荷，外力去掉后，又恢复成不带电的状态，这种现象称为压电效应。