传感器课后答案

2-1 什么叫传感器？它由哪几部分组成？它们的作用及相互关系如何？

【答】

1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。

3、它们的作用是：

（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；

（2）转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分；

（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、

运算调制等；

（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的工作必须有辅助的电源。

4、最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些

传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m 是敏感元件，

压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。

2 试述温度误差的概念、产生的原因和补偿的办法。

【答】

1、由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

2、产生的原因有两个：一是敏感栅的电阻丝阻值随温度变化带来的附加误差；二是当试件与电阻丝材料

的线膨胀系数不同时，由于环境温度的变化，电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻变化。

3、电阻应变片的温度补偿方法通常有：线路补偿和应变片自补偿。

3-4 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥测量电路，试问：

（1）四个电阻应变片怎样贴在悬臂梁上？

（2）画出相应的电桥电路。

【答】

1、在悬臂梁力传感器中，一般将应变片贴在距固定端较近的表面，且顺梁的方向上下各贴两片，上面

两个应变片受压时，下面两个应变片受拉，并将四个应变片组成全桥差动电桥。这样既可提高输出电压

灵敏度，又可减小非线性误差。

图3-1 等截面积悬臂梁

2、差动全桥测量电路

图3-2 差动全桥测量电路

3-6 题3-4 图为等强度梁测力系统，R1 为电阻应变片，应变片灵敏度系数K=2.05，未受应变时，R1=120

Ω。当试件受力F 时，应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求：

（1）应变片电阻变化量ΔR1 和电阻相对变化量ΔR1/R1。

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（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，求电桥输出电压及电桥非线性误

差。

（3）若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差大小。

3、减小非线性误差采取的措施

为了减小和克服非线性误差，常采用差动电桥。差动电桥无非线性误差，且半差动电桥电压灵敏

度K U=E/2，是单臂工作时的2 倍，全差动电桥电压灵敏度K U=E，是单臂工作时的4 倍。同时还具

有温度补偿作用。

4-5 差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？【答】

1、零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。

（1）产生基波分量的主要原因是：传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两

臂的电气参数不一致。

（2）造成高次谐波分量的主要原因是：磁性材料磁化曲线的非线性，同时由于磁滞损耗和两线圈磁路

的不对称，造成两线圈中某些高次谐波成分不一样，不能对消，于是产生了零位电压的高次谐波。此外，

激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰，也会产生高次谐波。

2、减小电感式传感器的零点残余电压的措施

（1）从设计和工艺上保证结构对称性

为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构；其

次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线

的线性段；减少激励电流的谐波成分与利用外壳进行电磁屏蔽也能有效地减小高次谐波。（2）选用合适的测量线路

另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。

采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把

衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除

掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1

变到2，从而消除了零点残余电压。

图

4-2 相敏检波后的输出特性

（3）采用补偿线路

采用平衡调节网络，这是一种既简单又行之有效的方法。

图4-3 补偿电路图

4-10 何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？

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【答】

1、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，导体内

将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。

2、有一通以交变电流的传感器线圈。由于电流的存在，线圈周围就产生一个交变磁场H1。若被测导体

置于该磁场范围内，导体内便产生电涡流，也将产生一个新磁场H2，H2 与H1 方向相反，力图削弱原磁

场H1，从而导致线圈的电感、阻抗和品质因数发生变化。这些参数变化与导体的几何形状、电导率、磁

导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的线圈到

被测导体间的距离参数改变，余者皆不变，就能构成测量位移的传感器。

5-1 根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？每种类型各有什么特点？各适用什么场合？

【答】

1、电容式传感器分为：变极距(变间隙)(δ)型、变面积型(S)型、变介电常数

(εr)型三种基本类型。

2、特点与应用

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（1）变极距(变间隙)(δ)型：只有在Δd/d0 很小时，才有C 与Δd 近似的线性关系，所以，