作业任务4传感器答案解析
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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。
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
工程测试技术作业
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 有关， 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
f
10000 2
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： C A
当极板移动一个距离δ后，电容变化为：
2 ） 半桥邻臂方式，电桥输出为：
uo
e(t) R 2R
e(t 2
)
s
g
wk.baidu.com
1 (A cos 10t 2
B
cos 100t )
2
E
cos 10000t
AE cos 10t cos 10000t BE cos 100t cos 10000t
3 ） 频谱图（双边谱）
0.25AE
0.25BE
10000 2
工程测试技术作业
C A A A
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？
工程测试技术作业
初级线圈
铁芯
次级线圈1
1
次级线圈2 e0
e1
v
3 4
e2
浮球
2
5 储槽
(a) 结构图
(b) 电气线路图
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
决定的。
A.贴片位置的温度变化
B.电阻丝几何尺寸的变化
工程测试技术作业
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
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
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？
1
1
1
2
2
2
答：（1）涡流传感器、电感式或电容传感器等
1）、应变片的变化量 R ?
R1
2）、组成半桥时，若电桥的另外两个桥臂电阻也为 120R2，求电桥F 输
出电压 uo (t) 。
3）、绘制 uo (t) 的频谱。
解：1）根据电阻应变片的工作原理可知：
R R
sg
已知：
R 120 sg 2 (t ) A cos 10t B cos 100t
可得： R(t) 240(Acos10t Bcos100t)
工程测试技术作业
3.下图悬臂梁贴有两应变片 R1 和 R2 ， R1 R2 120 ，梁受力的变化
规 律 为 (t) Acos10t B c o s1 0 0t ， R1 和 R2 的 灵 敏 度 为 S g 2 ， 已 知
R R1 R2 ，若电桥激励电压 e(t) E cos10000t ，问
工程测试技术作业
作业 4 位移传感器与位移测试
班级：
姓名：
学号：
成绩：
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。
变为 ，各应变片感受的应变为
R1
R2
R3
R4
R2
组桥如图所示：
Uo
1 4
ES[
()
()]
1 2
ES(1
)
R1
R4
E
Uo
R3
工程测试技术作业
2、用应变片搭成电桥测量如图所示两种情况的力，请回答下列问题：
F
F
A
M
B
1）两种情况下，上下两个应变片应接在电桥的哪两个臂上，画 出电路图。
2） 两种情况下，应分别采取什么措施来抵消温度变化引起的电 阻值的变化？ 答：1） A 图，测压力时，上下两个应变片的变化相同，因此应该接 到电桥的对臂上； B 图，测弯矩时，上下两个应变片的变化极性相 反，因此应该接到电桥的邻臂上。 2）A 图，采用对臂方式，所以不能进行温度自动补偿，应该增加两 个相同应变片，贴在构件附近固定位置（非变形位置，不受应变影响）， 分别贴在另外两个臂上，构成全桥方式，用于实现温度自动补偿。 B 图，由于采用邻臂方式，温度对两个应变片的影响可以抵消，已经实 现了自动温度补偿，无需再采取其它措施。
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。
（ 2 ）（a）测转速，（b）测材料的厚度，（c）零件计数
工程测试技术作业
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 ，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 ，各应变片感受的应变为
R1
R2
R3
R4
R2
组桥如图所示：
R1
Uo
1 4
ES[
( ) ()]
1 2
ES(1
)
R3
E
Uo
R4
（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
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
（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。
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
工程测试技术作业
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 有关， 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
f
10000 2
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： C A
当极板移动一个距离δ后，电容变化为：
2 ） 半桥邻臂方式，电桥输出为：
uo
e(t) R 2R
e(t 2
)
s
g
wk.baidu.com
1 (A cos 10t 2
B
cos 100t )
2
E
cos 10000t
AE cos 10t cos 10000t BE cos 100t cos 10000t
3 ） 频谱图（双边谱）
0.25AE
0.25BE
10000 2
工程测试技术作业
C A A A
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？
工程测试技术作业
初级线圈
铁芯
次级线圈1
1
次级线圈2 e0
e1
v
3 4
e2
浮球
2
5 储槽
(a) 结构图
(b) 电气线路图
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
决定的。
A.贴片位置的温度变化
B.电阻丝几何尺寸的变化
工程测试技术作业
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
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
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？
1
1
1
2
2
2
答：（1）涡流传感器、电感式或电容传感器等
1）、应变片的变化量 R ?
R1
2）、组成半桥时，若电桥的另外两个桥臂电阻也为 120R2，求电桥F 输
出电压 uo (t) 。
3）、绘制 uo (t) 的频谱。
解：1）根据电阻应变片的工作原理可知：
R R
sg
已知：
R 120 sg 2 (t ) A cos 10t B cos 100t
可得： R(t) 240(Acos10t Bcos100t)
工程测试技术作业
3.下图悬臂梁贴有两应变片 R1 和 R2 ， R1 R2 120 ，梁受力的变化
规 律 为 (t) Acos10t B c o s1 0 0t ， R1 和 R2 的 灵 敏 度 为 S g 2 ， 已 知
R R1 R2 ，若电桥激励电压 e(t) E cos10000t ，问
工程测试技术作业
作业 4 位移传感器与位移测试
班级：
姓名：
学号：
成绩：
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。
变为 ，各应变片感受的应变为
R1
R2
R3
R4
R2
组桥如图所示：
Uo
1 4
ES[
()
()]
1 2
ES(1
)
R1
R4
E
Uo
R3
工程测试技术作业
2、用应变片搭成电桥测量如图所示两种情况的力，请回答下列问题：
F
F
A
M
B
1）两种情况下，上下两个应变片应接在电桥的哪两个臂上，画 出电路图。
2） 两种情况下，应分别采取什么措施来抵消温度变化引起的电 阻值的变化？ 答：1） A 图，测压力时，上下两个应变片的变化相同，因此应该接 到电桥的对臂上； B 图，测弯矩时，上下两个应变片的变化极性相 反，因此应该接到电桥的邻臂上。 2）A 图，采用对臂方式，所以不能进行温度自动补偿，应该增加两 个相同应变片，贴在构件附近固定位置（非变形位置，不受应变影响）， 分别贴在另外两个臂上，构成全桥方式，用于实现温度自动补偿。 B 图，由于采用邻臂方式，温度对两个应变片的影响可以抵消，已经实 现了自动温度补偿，无需再采取其它措施。
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。
（ 2 ）（a）测转速，（b）测材料的厚度，（c）零件计数
工程测试技术作业
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 ，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 ，各应变片感受的应变为
R1
R2
R3
R4
R2
组桥如图所示：
R1
Uo
1 4
ES[
( ) ()]
1 2
ES(1
)
R3
E
Uo
R4
（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
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