电大第一次作业

第一次作业

1.答：传感器作为测试系统的第一环节，将被测量转化为人们所熟悉的各种信号，通常传感器将被测量转换成电信号；信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如信号的放大、滤波、补偿、校正、模数转换、数模转换等，经过处理使传感器输出的信号便于传输、显示或记录；显示与记录部分将所测信号变为便于人们理解的形式，以供人们观测和分析。

2.答：1）灵敏度高，线性好。2）输出信号信噪比高，这要求其内噪声低，同事不应引入外噪声。3）滞后、漂移小。4）特性的复现性好，具有互换性。5）动态性能好。6）对测量对象的影响小，即“负荷效应”较低。

3.答：1）时间常数 2）上升时间 3）稳定时间（或响应时间） 4）超调量

4.答：1）非线性校正 2）温度补偿 3）零位法、微差法 4）闭环技术 5）平均技术 6）差动技术 7）集成化与智能化 8）采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施

5.答：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这一现象就是电阻丝的应变效应。

设有一段长为，截面为，电阻率为的金属丝，则它的电阻为

（3-1）

当它受到轴向力F而被拉伸(或压缩)时，其、、均发生变化，如图3-1

所示，如取金属丝是半径为的圆形截面

若金属丝沿长度方向受力而伸长，通常将称为纵向应变，标为。因为它的数值在

通常的测量中甚小，故常用10-6作为单位来表示，称为微应变，标以。例如ε=0.001

就可以表示为，称为具有1000微应变。金属丝沿其轴向拉长使其径向

所以

令（3-4）

称为金属丝的灵敏系数，它表示金属丝发生单位轴向应变时所引起的电阻值的

由式(3-4)可知，因应变导致金属电阻值的变化，由两项组成：第一项

表示由于几何尺寸改变引起的电阻变化；另一项表示单位轴向应

则有

上式表明：加载后金属丝电阻相对变化量与轴向应变成正比。

6解：

1）ΔR/R= Kε=2×1000×10-6=0.002

ΔR= KεR=0.002×120=0.24(Ω) 2）因为两金属应变片组成半桥双臂工作电桥，

所以

U

=1/2×U×(ΔR/R)=0.005(V)

7. 答 1)恒压源供电：

电桥的输出为：

U 0=U×【ΔR/(R+ΔR

T

)】说明了，电桥输出与U

成正比，这说明电桥的输出与电源的大小、精度都有关。同时电桥输出U

与Δ

R

T

有关，而且与温度的关系是非线性的，所以用恒压源供电时，不能消除温度的影响。

2）恒流源供电

电阻的输出为：U

=IΔR 电桥的输出与电阻的变化量成正比，即与被测量成正比，当然也与电源电流成正比，即输出与恒流源供给的电流大小、精度有关。但是电桥的输出与温度无关，不受温度影响，这是恒流源供电的优点。恒流源供电时，一个传感器最好配备一个恒流源，这在使用中有时是不方便的。

8.答电阻应便式

电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。

箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm。丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 Ω，通常为120 Ω，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。如下图所示。B为栅宽，L为基长。

材料的电阻变化率由下式决定：

（1）式中；

由材料力学知识得；

式中K对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR、dL改写成增量ΔR、ΔL,可得

由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。

1 电阻应变式传感器的分类及特点

测低压用的膜片式压力传感器

常用的电阻应变式压力传感器包括测中压用的膜片——应变筒式压力传感器测高压用的应变筒式压力传感器

1.1膜片——应变筒式压力传感器的特点

该传感器的特点是具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30khz以上，测量的上限压力可达到9.6mpa。适于测量高频脉动压力，又加上强制水冷却。也适于高温下的动态压力测量，如火箭发动机的压力测量，内燃机、压气机等的压力测量。

1.2膜片式应变压力传咸器的特点

A 这种膜片式应变压力传感器不宜测量较大的压力，当变形大时，非线性较大。但小压力测量中由于变形很小，非线性误差可小于0.5％，同时又有较高的灵敏度，因此在冲击波的测量中，国内外都用过这种膜片式压力传感器。

B 这种传感器与膜片—应变筒式压力传感器相比，自振频率较低，因此在低压高频测量中，应严防冲击压力频率与膜片自顿频率相接近，否则台带来严重的波形与压力值的失真与偏低。

压阻式

1、工作原理

压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。

采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。

当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。

2、特点

精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；

便于实现显示数字化；

可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数

热电阻式

1、热电阻效应

导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的现象

热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的原理制成的，实现了将温度的变化转化为元件电阻的变化。 2、热电阻分类：热电阻：感温元件制成的金属热电阻：绝大多数金属具有正的电阻温度系数，温度越高，电阻越大，简称热电阻。

热敏电阻：半导体材料制成的感温元件：利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成，简称热敏电阻。 3）.测温范围

低温：1～5K；高温：1000～1300 ℃

2 、测温热电阻材料必须满足：

1）电阻温度系数大电阻系数：温度变化1 0C时电阻值的相对变化量

2）在测温范围内物理及化学性质稳定。

3）有较大的电阻率。（电阻体积小）。

4）线性度好。

5）复现性好，

6）价格便宜。

7）、热电阻测温的优点是信号灵敏度高、易于连续测量、可以远传、无需参比温度；金属热电阻稳定性高、互换性好、准确度高，可以用作基准仪表。热电阻主要缺点是需要电源激励、有（会影响测量精度）自热现象以及测量温度不能太高

3、热电阻的结构:热电阻主要由电阻体、绝缘套管和接线盒等组成。电阻体由电阻丝、引出线、骨架等组成。