传感器与检测技术复习资料(7)

39、试述电容式传感器的工作原理与分类。 答案

以平板电容传感器为例，说明电容式传感器的工作原理与分类。平板电容器的电容量C=εS/d，由该式不难看出，当改变极板间隙d、极板间介电常数ε或两极板的重叠面积S时，都可以改变电容量C。因此，只要保持d 、S、ε中任何两个参量为定值，即可建立C与第三个参量的单一函数关系，测量C的变化，即可知道该参量的变化，这就是电容式传感器的工作原理。根据以上分析，电容式传感器可分为ε、S为定值的变隙式；S 、d为定值的变介电常数式和ε 、d为定值的变面积式。 40、电感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器电桥和带相敏整流的交流电桥谁能更好地完成这一任务？为什么？ 答案

电感式传感器测量电路的主要任务是将传感器输出的电感量，转换成与此电感成一定关系的电信号（电压、电流、频率等），以使用电测仪表进行测试。 带相敏整流的交流电桥能更好地完成上述任务，因为该电桥不仅消除了零点残余电压，而且其基本特性既能反映位移的大小，又能反映位移的方向。

41、何谓零点残余电压？说明该电压的产生原因及消除方法。 答案

差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，或称为零位输出电压，简称零位电压。 对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和三次谐波组成。基波产生的原因主要是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）所造成的。

消除或减小零点残余电压的主要方法有： (1) 尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的相互对称，这是减小零点残余电压的最有效方法。（2）传感器设置良好的磁屏蔽，必要时再设置静电屏蔽。（3）将传感器磁回路工作区域设计在铁芯磁化曲线的线性段。（4）采用外电路补偿。（5）配用相敏检波测量电路。

42、什么叫电涡流效应？什么叫线圈——导体系统？

答案：块状金属导体置于变化着的磁场中，或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上产生电涡流的现象称为电涡流效应。 电涡流式传感器的测试系统由电涡流式传感器和被测金属体两部分组成。该系统是一个电磁过程十分复杂、难以用基本方法建立数学模型的实际系统，因此，为便于对其工作原理和基本特性进行分析，往往将电涡流式传感器用传感器线圈代替（这是符合实际的），将被测金属体等效成短路环（假设电涡流仅仅分布于该环内），构成上述系统的简化模型，简称线圈——导体系统。

45、为什么霍尔元件不用金属制作，而用半导体，且用N型半导体制作？

答案：霍尔电势的大小与霍尔常数RH成正比，而霍尔常数与载流子的电阻率和迁移率成正比。金属因自由电子密度太大，迁移率太小，而且电阻率很低其霍尔常数太小而不适宜制作霍尔元件。半导体材料的载流子浓度相对地小很多，且电阻率较大，迁移率也较大，因而其霍尔常数大，加上N型半导体中电子迁移率高于P型半导体，所以霍尔元件都用N型半导体制作。

46、简述热电偶能够工作的两个条件是什么？

答案：热电偶两电极材料必须不同；两接点温度必须不同，这就是热电偶能够工作的两个条件。

五、分析计算题

1、用压电式加速度计及电荷放大器测量振动，若传感器的灵敏度KP为7.6 pC/g（g为重力加速度），电荷放大器的灵敏度KA为0.1V/pC，输入加速度为a。试写出系统输出电压U0的计算公式，并确定当输入加速度a为3g，5g时系统的输出电压

U3g，U5g。

（本小题写出计算公式的给4分，计算出一个具体结果给3分） 解：系统输出电压U0的计算公式为：U0?KP?KA?a

U3g?KP?KA?3g=2.28V U5g?KP?KA?5g=3.8V

12、下图是TI型有源带通滤波器的电路图，其中R1=R2=800?，R3=100?，C1=C2= ?pF，

试计算该电路的中心频率f0。

（本题由条件得出3个公式，每个公式2分，每个公式得出具体数值解给1分，最后总结1分）

解：因为R1=R2，C1=C2，

1 所以：C1=C2=Cm=C=?pF

Rm?R3*R1*R2R1?R2=200?

f0?12*?*Rm*Cm=2500Hz

所以，桥TI型有源带通滤波器的中心频率f0

4、压电式加速度传感器的结构如图所示，假设重块组件的质量为m，压电元件的压电系数

为d，传感器壳体内的等效阻尼系数为c。（本题10分）

要求：（1）分别给出输出电荷q及输出电压U与加速度a之间的关系；

（2）画出此加速度传感器的等效模型；

（3）推导传感器的微分方程，并说明它是几阶环节的传感器。

插头弹簧片壳体重块组件导电片压电元件 基座

解：（1）q=dF=dma．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． U=q/C=dma/C

C为传感器的电容量，a为测量加速度。 （2）等效模型如下图所示：

（3）以m为分析对象，其受力为 弹簧力-ky，阻尼力-Cdy/dt 由牛顿第二定律：

d2(x?y)dym??C?ky2dtdtd2ydyd2xm2?C?ky??m2??madtdtdt

所以是一个二阶环节的传感器。

8、已知变磁通式转速传感器输出电动势的频率f=72Hz，测量齿盘的齿数Z=36，求： （1）被测轴的转速是每分钟多少转？

（2）在上述情况下，如果计数装置的读数误差为±1个数字，其最大转速误差是多少？

60f60?72答：（1）n???120(转/分）

Z36 （2）频率计的计数装置读数误差为±1个数字，对应的角位移为±

其最大转速误差为±

1（转/分） 3611转=±转故Z36

9、已知测量齿轮齿数Z=18，采用变磁通感应式传感器测量工作轴转速(如图所示)。若测得输出电动势的交变频率为24(Hz)，求：被测轴的转速n(r/min)为多少?当分辨误差为±1齿时，转速测量误差是多少?

.(1)测量时，齿轮随工作轴一起转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变

化一次，因此，线圈感应电动势的变化频率f等于齿轮的齿数Z与转速n的乘积。

f=nZ/60

60f60?24==80(r/min) Z181(2)读数误差为±1齿，所以应为转，即：

181n=80± (r/min)

18n=

11、图为一直流应变电桥，E = 4V， R1=R2=R3=R4=350Ω，

求：①R1为应变片其余为外接电阻， R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?。 ②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同 其余为电阻，电压输出U0=?。

③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?。 ④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性， 邻臂异性，电压输出U0=?。

解：①②

③

④

4、在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系如下表所示，简述最小二乘法准则的几何意义，并讨论下列电压-压力直线中哪一条最符合最小二乘法准则？（10分） 测量次数I 1 2 3 4 5 压力xi（MPa） 2 4 5 8 10 电压yi（V） 10.043 20.093 30.153 40.128 50.072 （1）y=5.00x-1.05 （2）y=7.00x+0.09 （3）y=50.00x-10.50 （4）y=-5.00x-1.05 （5）y=5.00x+0.07

答：最小二乘法准则的几何意义在于拟和直线精密度高即误差小。 将几组x分别带入以上五式，与y值相差最小 …… 此处隐藏：1391字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……