第三章测试技术--作业

问题：

1、举例简述应变测量时温度补偿的基本原理；

2、说明悬臂梁式力传感器对力的作用点不敏感的原理；

3、简述压电式加速度传感器的工作原理；

4、简述用霍尔传感器测试电机转速的方法；

5、简述利用压力传感器测量容器中液位高度的方法；

6、用电涡流传感器测量转轴的径向跳动时传感器直径与轴的直径之间应满足的关系，并说明原因。

问题1：举例简述应变测量时温度补偿的基本原理

绝大多数的金属材料的电阻都具有随温度升高而增大的属性，电阻应变片对温度变化十分敏感。当环境温度变化时，因应变片的线膨胀系数与被测构件的线膨胀系数不同，且敏感栅的电阻值随温度的变化而变化，所以测得应变将包含温度变化的影响，是附加的变化，影响测量的精度，故要在测量中消除掉。 消除温度影响的措施：

温度自补偿：根据电桥的和、差特性：相邻边桥臂电阻变化是，各自引起的输出电压相减。例如测量悬臂梁的受到载荷时的变形量，由工程力学知悬臂梁上表面能受拉，下表面受压，在上表面和下表面接入电桥的相邻桥臂的电阻应变片，它们各具有R ∆+和R ∆-的电阻变化，在温度变化时有阻值变化t R ∆而引起的温度误差，由于接入的相邻桥臂，因此所产生的附加温度电压相减抵消了，实现了温度误差的自动补偿。

补偿片补偿法：把粘贴在构件被测点处的应变片称为工作片，在工作应变片附近放置另一个相同的应变片，并作为一个桥臂与工作桥臂相邻接入电桥中，在工作过程中该应变片并不承受应变，只感受温度变化，从而在电桥中相互得到补偿。

还是例如测量悬臂梁的变形量，在工作应变片附近放置一组和工作应变片一样的应变片，不承受应变，温度变化时有阻值变化t R ∆而引起的温度误差，由于接入的相同的应变片，因此所产生的附加温度电压相减抵消了。

问题2：说明悬臂梁式力传感器对力的作用点不敏感的原理；

悬臂梁在材料力学中认为是变形固体，而在材料力学中对变形固体有几点假设：

1、均匀连续性假设：假定材料无间隙、均匀地充满整体空间，各部分的性质相同。

2、各向同性假设：认为材料沿各个方向的力学性能是相同的。

由以上假设得知，力作用在弹性元件(梁)上时，弹性元件(梁)与应变片一起变形使应变片的电阻值变化,传感器上时是同时且均匀传递到每一处的，故无论力作用在那一个点上，传感器都能获取得。当力作用在自由端时，距作用点任何截面上应力相等，有力作用时，梁表面整个长度上产生大小相等的应变，所以等强度梁对应变片粘贴在什么位置要求不高。

问题3：简述压电式加速度传感器的工作原理

压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态；若改变作用力方向，电荷的方向也随着改变，这种现象称为“压电效应”，具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。反过来，若将这样的晶体材料放置在交流电场中，晶体本身则产生机械变形，这种现场称为逆压电效应。

问题4：简述用霍尔传感器测试电机转速的方法

当霍尔传感器靠近导磁物体时，霍尔传感器内部的磁场发生变化，由于霍尔效应，产生不同的霍尔电动势，以此可以判断是否有导磁物体接近。

霍尔传感器用于测量电机转速时，一般是霍尔传感器固定安装，而在电机的旋转部位安装一个导磁性好的磁钢，旋转过程中，磁钢每接近霍尔传感器一次，霍尔传感器认为电机旋转了一圈，以此计算电机转速。

为了提高测量电机转速的准确性，在霍尔传感器旋转90°处安装另一个一样的霍尔传感器，最后测量结果由两个传感器数据合成的转速。

问题5：简述利用压力传感器测量容器中液位高度的方法

在物理学中，液体的压强P 由关系决定：gh P ρ=。对于同种液体而言，液体密度ρ是恒定的，因此，液体的压强P 与液面的高度h (距离液面的高度)成正比例的线性关系。由gh P ρ=得，不同高度液位面处液体的压强也各不相同。在应用压力传感器对液位进行测量时，通过将压力传感器安装于罐底。当罐内液面发生变化时，相当于罐底距离液面高度h 也同时在变化，压强自然也会随之变化，由

此便达到了连续测量的目的。

问题6：用电涡流传感器测量转轴的径向跳动时传感器直径与轴的直径之间应满足的关系，并说明原因。

电涡流传感器的变换原理是利用金属导体在交变磁场中产生的涡电流效应。

当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90°。轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，否则由于轴的挠度，得到的值会有偏差。

因为当探头直径太小时，涡流传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小灵敏度下降越多。实验测试，当被测表面大小与探头头部直径相同，其灵敏度会下降到72%左右。原因是被测直径太小时，被测物体作为导体在磁场中运动幅度太小涡流效应不明显，造成测量的不准确。

通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。