作业4 传感器答案(1)

作业4 位移传感器与位移测试

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一、填空题

1、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于，前者利用金属丝的几何变形(应变效应)引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化(压阻效应)引起的电阻变化。

2、差动变压器式电感传感器的基本原理是利用了电磁感应中的互感现象。

3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。

4、金属导体置于交流磁场中，导体表层产生闭合的电流，利用该原理制作的传感器称为电涡流传感器。这种传感器只能测量金属导体物体。

5、光栅式传感器是依靠莫尔条纹的三大特性: 位移的放大特性，栅距误差的平均效应和__莫尔条纹运动与光栅运动的一一对应关系（光栅栅距与莫尔条纹间距的对应关系）__来进行位移的精密测量的。

6、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上输出电压不为零，这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向可采用差动整流电路或相敏检波电路。

7、电容式和电感式传感器常采用差动式结构，其作用是提高灵

敏度，减少非线性度。

二、选择题

1. 能够感受湿度的电容式传感器属于变 D 的电容式传感器。 A电阻率 B 相对面积 C 极距 D 介质

2. 可变磁阻式传感器的灵敏度S与气隙长度δ有关，δ B

灵敏度越高。

A 越大

B 越小

C 速度越快

D 速度越慢

3.为了提高自感式传感器灵敏度和线性度，实际应用时常采用

D 工作方式。

A同步 B异步 C共模输入 D差动

4. 不能用涡流式传感器进行测量的是 D 。

A位移 B材质鉴别 C探伤 D非金属材料5.电阻应变片的输入为 B 。

（A）力（B）应变（C）速度（D）加速度6．为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用 C 类型的传感器为最好。

（A）大间距（B）高介电常数（C）差动式（D）小间距7.金属丝应变片在测量构件应变时，电阻的相对变化主要由 B 来决定的。

A.贴片位置的温度变化

B.电阻丝几何尺寸的变化

C.电阻丝材料的电阻率变化

8.极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为 B 。

A.电容量微小影响灵敏度

B.灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线性误差

C.非接触测量

9.下列传感器中，能量控制型传感器是 B 和 C ，能量转换型

传感器是 A 和 D 。

A.光电式

B.应变片

C.电容式

D.压电式

10.电阻应变式传感器是利用金属的 A 将被测机械量转换成 A 。

A 电阻应变效应 电阻变化

B 压电效应 电压变化

C 热电效应 电流变化

D 热阻效应 电阻变化

三、简答题

1.试说明金属应变片与半导体应变片原理的区别。

答：金属应变片基于应变效应：由应变引起金属导体电阻值变化

的现象；而半导体应变片基于压阻效应：由压应力引起半导体材料的

电阻率变化，从而引起半导体电阻值变化的现象。

2.为什么说极距变化型电容传感器是非线性的？采取什么措施可改

善其非线性特性？

答：假设电容式传感器的极板面积为A ，介电常数为,则电容量C

与极板距离δ之间的关系为： δ

εA C = 当极板移动一个距离∆δ后，电容变化为：

δ

δδδεδεδδε∆+∆⋅=-∆+=∆A A A

C 电容C 变化量和距离变化量不是线性关系。只有∆δ<<δ时，近似认为是线性关系。

为了改善非线性特性一般采用差动式结构。

3.利用涡流式传感器测量物体位移时，

（1）如果被测物体是塑料材料，此时可否进行位移测量？为什么？

（2）为了能对该物体进行位移测量应采取什么措施？并应考虑哪些方面问题？

答：（1）不能。因为塑料材料为非导电材料，电涡流只能在导电材料上产生。

（金属导体位于变化的磁场中，金属块内部产生感应电流，这种电路在金属块内形成闭合回路，这种现象称为电涡流相应，涡流式传感器就是利用这种电涡流效应来工作的。）--此段可以不答。

为了测量非导电材料，应在物体表面加一层均匀的薄金属片，与物体构成一体，随物体一起运动。

4.三段式螺管差动变压器电感液位传感器测量系统的结构如图(a)所示，电气线路如图(b)所示，简要说明其测液位的工作原理及测量过程。

初级线圈铁芯

1

2

(a) 结构图(b) 电气线路图

3

5

答：差动变压器式传感器的两个次级线圈反向串接，基于互感变化原理。当铁芯位于差动变压器的中间位置时，（两个线圈的电感值相同，e1=e2

），变压器输出信号为0；当液位上升/下降时，（上下电感值发生改变电压也发生改变, e1≠e2）,变压器输出信号不为0,通过输出电压的高低可以知道液位的变化。

5.下图为采用某一种传感器测量不同的非电量的示意图。图中被测物体2均为金属材料制成，1为传感器。试问：

（1

）该种传感器可选用何种传感器？

（2）图中分别测量的是哪些非电量？

答：（1）涡流传感器、电感式或电容传感器等

（2）（a）测转速，（b）测材料的厚度，（c）零件计数

四、分析计算题

1、如图所示，在一受拉弯综合作用的构件上 贴有四个电阻应变片，应变片灵敏度为S ，泊松比为μ，试分析各应变片感受的应变，并分析如何组桥才能进行下述测试：

（1）只测弯矩，消除拉力的影响；

（2）只测拉力，消除弯矩的影响；

若电桥的激励电源为E ，电桥的输出各为多少？

答：（1）只测弯矩，消除拉应力的影响：设构件表面因弯矩产生的应

变为ε，各应变片感受的应变为

组桥如图所示：

)1(21)]()([41μεμεμεεε+=--+--=ES ES U o

（2）只测拉应力，消除弯矩的影响：设构件表面因拉应力产生的应

变为ε，各应变片感受的应变为

组桥如图所示：

)1(21)]()([41μεμεεμεε+=--+--=ES ES U o

R 1R 2

R 3R 4E

U o R 1R 2

R 3R 4E

U o