传感器试题库

309题图：电容式差压传感器的结构与测量电路309、左图是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C 1、C 2，两边压力分别为F 1、F 2。

图2－5右为二极管双T 型电路，电路中电容是左图中差动电容，电源、E 是占空比为50%的方波。

试分析：(1)当两边压力相等F 1＝F 2时负载电阻R L 上的电压U o 值； 2)当F 1＞F 2时负载电阻R L 上的电压U o 的大小和方向(正负)。

309、解：310、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。

310答：当初始状态时，液面高度h=0,则12lnl R rCπε=，当液面高度为h 时，则由此可见，电容变化量ΔC 与液面高度h 成正比，只要将电容的变化量测出发出来，就可间接获得被测液面高度。

311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?311、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。

变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。

变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。

变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过改变介质的介电常数实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。

适合于介质的介 电常数发生改变的场合。

336题图差动脉冲宽度调制线路314题图 差动变压器式加速度传感器(a) 结构示意图 （b ）测量电路方框图l 一弹性支承2一差动变压器2Dt 12 x 1312、试说明由比较器A 1、A 2、双稳态触发器及电容充、放电回路组成差动脉冲宽度调制电路工作原理。

312答：设电源接通时，双稳态触发器的A 端为高电位，B 端为低电位，因此A 点通过R 1 对C 1充电，直至M 点的电位等于参考电压U F 时，比较器A l 产生一脉冲，触发双稳态触发器翻转，则A 点呈低电位，B 点呈高电位。

此时M 点电位经二级管D 1迅速放电至零。

而同时B 点的高电位经R 2向C 2充电，当N 点电位等于U F 时，比较器A 2产生一脉冲。

使触发器发器又翻转一次，则A 点呈高电位，B 点呈低电位，重复上述过程。

如此周而复始，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受C 1 、C 2调制的方波脉冲。

313、试说明什么电容电场的边缘效应？如何消除？313答：理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。

当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂得多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。

为了克服边缘效应，首先应增大初始电容量C o 。

即增大极板面积，减小极板间距。

此外，加装等位环是消除边缘效应的有效方法。

14、试说明图示的差动变压器式加速度传感器的工作原理。

答：在被测加速度为零时，衔铁在初始位置状态，此时衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。

当被测体有加速度时，由于弹性支承1受惯性力作用相对差动变压器2有位移，即带动衔铁相对被测体有相反方向的位移，从而使差动变压器输出电压。

经检波、滤波后，其输出电压可反映被测加速度的数值。

315、电涡流式传感器有何特点？答：特点：涡流式传感器测量范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强以及可以非接触测量等特点；示意图：被测板1的上，下各装一个传感器探头2，其间距为D 。

而他们与板的上，下表面分别相距X 1和X 2，这样板厚t=D －(X 1+X 2),当两个传感器在工作时分别测得X 1和X 2，转换成电压值后相加。

相加后的电压值与两传感器距离D 对应的设定电压再相减，319图 差动整流电路原理图就得到与板厚相对应的电压值。

316、何谓电涡流效应?怎样利用电涡流效应进行位移测量?316、答：:电涡流效应指的是这样一种现象：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，通过导体的磁通将发生变化，产生感应电 动势，该电动势在导体内产生电流，并形成闭合曲线，状似水中的涡流，通常称为电涡流。

利用电涡流效应测量位移时，可使被测物的电阻率、磁导率、线圈与被测物的尺寸因子、线圈中激磁电流的频率保持不变，而只改变线圈与导体间的距离，这样测出的传感器线圈的阻抗变化，可以反应被测物位移的变化。

317、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。

答： (1)不同点：1 )自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化； 2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。

(2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、气隙截面型和螺管型。

318、简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。

318、答：电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，它将输入的物理量(如位移、振动、 压力、流量、比重等)转换为线圈的自感系数L 或互感系数M 的变化，再通过测量电路将L 或M 的变化转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。

根据工作原理的不同，电感式传感器可分为变磁阻式(自感式)、变压器式和涡流式 (互感式)等种类。

319、试分析图所示差动整流电路的整流原理，若将其作为螺线管式差动变压器的测量电路，如何根据输出电压来判断衔铁的位置?319答：该差动整流电路是把差动变压器的两个二次输出电压分别整流，然后再将整流后的电压的差值作为输出，具体整流原理如下：A 、当Ui 上正下负时，上线圈a 正b 负，下线圈c 正d 负。

上线圈：电流从a →1→2→4→3→b,流过电容C 1的电流是由2到4，电容C 1上的电压为V 24； 下线圈：电流从c →5→6→8→7→d ，流过电容C 2的电流是由6到8，电容C 2上的电压为U 68。

B 、当Ui 上负下正时，上线圈a 负b 正，下线圈d 正c 负。

上线圈：电流从b →3→2→4→1→a,流过电容C 1的电流是由2到4，电容C 1上的电压为V 24； 下线圈：电流从d →7→6→8→5→c ，流过电容C 2的电流是由6到8，电容C 2上的电压为U 68。

由此可知，不论两个二次绕组的输出电压极性如何，流经电容C 1的电流方向总是从2→ 4，流经电容C 2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为：2624862468U UU U U U ==+=-①当衔铁位于中间位置时，U 24 = U 68，所以，U 0 =0 ②当衔铁位于中间位置以上时，U 24＞ U 68，所以，U 0 ＞0 ③当衔铁位于中间位置以下时，U 24 ＜ U 68，所以，U 0＜0。

如此，输出电压的极性反映了衔铁的位置，实现了整流的目的。

320、分析图中自感式传感器当动铁心左右移动时自感L 的变化情况(已知空气隙的长度为X l 和X 2，空气隙的面积为s ，322题图 微压力变送器(a)结构图(b)测量电路方框图1一接头2一膜盒3一底座4一线路板5一差动变压器6一衔铁7一罩壳磁导率为μ，线圈匝数W 不变)。

320答：线圈中自感量：磁路总磁阻：空气隙X l 和X 2各自变而其和不变，其他变量都不变，所以自感量L 不变。

321、试说明图示的电感式传感器差动整流电路的工作原理。

答：图示的全波相敏整流电路，是根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。

如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f 点为"+"， e 点为"－"，则电流路径是fgdche 。

反之，如f 点为"－"， e 点为"＋"，则电流路径是ehdcgf 。

可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R 的电流总是从d 到Co 同理可分析另一个次级线圈的输出情况。

输出的电压波形见图 (b) ，其值为U SC = e ab + e cd 。

322、试说明图示的微压力变送器的工作原理。

322答：在被测压力为零时，膜盒在初始位置状态，此 时固接在膜盒中心的衔铁位于差动变压器线圈的中间位置，因而输出电压为零。

当被测压力 由接头1传人膜盒2时，其自由端产生一正比于被测压力的位移，并且带动衔铁6在差动变压 器线圈5中移动，从而使差动变压器输出电压。

经相敏检波、滤波后，其输出电压可反映被测压力的数值。

323、什么是正压电效应?什么是逆压电效应?什么是纵向压电效应?什么是横向压电效应? 答：正压电效应就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象。

当在片状压电材料的两个电极面上加上交流电压，那么压电片将产生机械振动，即压电片在电极方向上产生伸缩变形，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也称为逆压电 效应。

沿石英晶体的x 轴(电轴)方向受力产生的压电效应称为"纵向压电效应"。

沿石英晶体的y 轴(机械轴)方向受力产生的压电效应称为"横向压电效应"。

324、压电元件在使用时常采用n 片串联或并联的结构形式。

试述在不同联接下输出电压、 电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合? 答：并联接法在外力作用下正负电极上的电荷量增加了n 倍，电容量也增加了n 倍， 输出电压与单片时相同。

适宜测量慢变信号且以电荷第321题图 eg cdhbaRRscUf1e327题图 纵向效应型加速度传感器的截面图OLALB地 面L作为输出量的场合。

串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的1/n ，输出电压增大了n 倍。

适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。

325、简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。

答:传感器与电压放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出电压成正比，但容易受电缆电容的影响。

传感器与电荷放大器连接的电路，其输出电压与压电元件的输出的电荷成正比，电缆电容的影响小。

326、为什么压电式传感器通常用来测量动态或瞬态参量？答：如作用在压电组件上的力是静态力，则电荷会泄露，无法进行测量。

所以压电传感器通常都用来测量动态或瞬态参量。

327、试说明图示的纵向效应型加速度传感器的工作原理。

327答：当传感器感受振动时，因为质量块相对被测体质量较小，因此质量块感受与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力，此力为F=ma 。

同时惯性力作用 在压电陶资片上产生电荷为Q=d 33F=d 33ma此式表明电荷量直接反映加速度大小。

328、试从材料特性、灵敏度、稳定性等角度比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应。

328答：石英晶体是单晶结构，且不同晶向具有各异的物理特性。