电感式传感器习题

1、A7AZ第4章电感式传感器1、说明电感式传感器有哪些特点。2、分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和灵敏度。3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。答相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路.正位移输岀正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向“4、分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善答：原因是改变了空气隙长度改善方法是让初始空气隙距离尽量小，同时灵敏度的非线性也将增加，这样的话最好使用差动式传感器，06ei-

2、.2-Q.$-0.4线圈1一线圈2螺管式线圈插棒式铁芯其灵敏度增加非线性减少。5、某差动螺管式电感传感器的结构参数为单个线圈匝数W=800匝，/=10mm,/c=6mm,r=5mm,rc=1mm,设实际应用中铁芯的相对磁导率人=3000,试求：在平衡状态下单个线圈的电感量L0=及其电感灵敏度足Kl=若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz,电压E=,设电感线圈有效电阻可忽略,求该传感器灵敏度K。(3)若要控制理论线性度在1以内,最大量程为多少图3-15差动螺管式电感传感器1)根椐螺管式电感传感器电感量计算公式，得口兀W2()L=oIr2+ylr2丿0l2rcc=4兀x/0J8002(10x

3、52x10_9+3000X6x12x10Jx10-3b=0.46(H)差动工作灵敏度：卩兀W20x1x10-6x300024兀x丿0-7x兀8002(0x10-3b=151.6H/m=151.6mH/mm(2)当f=1000Hz时，单线圈的感抗为XL=wL0=2nfL0=2nx1000x=2890(Q)显然XL线圈电阻R°,则输出电压为U=空里o2L0测量电路的电压灵敏度为UE1.8VK=7=1.96V/H=1.96mV/mHuAL2L2x0.46H0而线圈差动时的电感灵敏度为Kl=mm，则该螺管式电感传感器及其测量电路的总灵敏度为K=K-K=151.6mH/mmx1.96mV/mH

4、Lu=mm6、有一只差动电感位移传感器，已知电源电U=4V,f=400Hz，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Q,L=30mH，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题图3-16所示，试求：(1)匹配电阻R3和R4的值；(2)当厶Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；(3)用相量图表明输出电压与输入电压Usr之间的相位差。解：(1)线圈感抗XL=L=2fL=240030103=()线圈的阻抗Z=、.：R2+X2=：402+75.42=85.4©)耳L故其电桥的匹配电阻(见习题图3-16)R3=R4=z=()(2)当AZ=10时，电桥的输出电压分别为习题图3-16单臂

5、工作：双臂差动工作UscUsc=UTAZ=4x磐=0.117(V)UAZsr2Z申=tan-1=tan-1竺=27.9。3)®L75.47、如图3-17(见教材，附下)所示气隙型电感传感器，衔铁截面积S=4x4mm2，气隙总长度6=0.8mm,衔铁最大位移6=±0.08mm,激励线圈匝数W=2500匝，导线直径d=0.06mm,电阻率p=X10-60.cm,当激励电源频率f=4000Hz时，忽略漏磁及铁损，求：线圈电感值；(2)电感的最大变化量；线圈的直流电阻值；(4) 线圈的品质因数；(5) 当线圈存在200pF分布电容与之并联后其等效电感值。解：(1)线圈电感值图3-1

6、7气隙型电感式传感器(变隙式)4兀x10-7x25002x4x4x10-60.8xIO3=1.57x101H=157mH(2)衔铁位移A6=+0.08mm时，其电感值卩0w2s_4兀x10-7x25002x4x4x1068+A5x2(0.8+2x0.08)x10-3=X10-i(H)=131mH衔铁位移A6=-0.08mm时，其电感值L卩W2S4kx10-7x25002x4x4x10-6-8-A8x2(0.8-2x0.08)x10-3=X10-1(H)=196(mH)故位移AS=±0.08mm时，电感的最大变化量为AL=L-L=196-131=65(mH)(3)线圈的直流电阻=4x4

7、+设1CP0.06)mm为每匝线圈的平均长度，则lW-1R-p-pcpsKd242500x4x4+=1.75x10-60.06丿x101冷儿06x10-1)壬249.6©)(4)线圈的品质因数®L2fLQ=R=R=24960当存在分布电容200PF时，其等效电感值L-L一/L、p1-2LC1+(2Kf)2LC2兀x4000x1.57x10-115.8-1.57x10-1_1-(2kx4000)2x1.57x10-1x200x10-12-1.60x10-1(H)-160mH8、如图3-15所示差动螺管式电感传感器，其结构参数如下：l=160mm，r=4mm，r=2.5mm，l

8、=96mm,导线直径d=0.25mm,电阻率p=X10-6Qcm，线圈匝数W=W=3000cc12匝，铁芯相对磁导率人=30,激励电源频率f=3000Hz。要求：(1)画出螺管内轴向磁场强度Hx分布图，根据曲线估计当厶H<(IN/I)时，铁芯移动工作范围有多大(2) 估算单个线圈的电感值1=直流电阻只=品质因数Q=(3) 当铁芯移动±5mm时，线圈的电感的变化量AL=(4) 当采用交流电桥检测时，其桥路电源电压有效值E=6V,要求设计电路具有最大输出电压值，画出相应桥路原理图，并求输出电压值。解：(1)略(2)单位线圈电感值lcr22c4兀x10一7x兀x3000（16010_

9、3）2x10°丿=5.70x102（H）=57.0（mH）2-I兰0x10-3x42x10-6I2+30x96x10-32x2.52x10-6丿电阻值R=pI=p譽S兀d2/4=1.75x10-63000x2兀x4x10-1兀x0.252x10-2/4Clcp=2r，每匝导线长度)=26.9（0）c®L2f2kx3000x5.70x10-2Q=39.9则品质因数RR2690铁芯位移Alc=±5mm时，单个线圈电感的变化*kW2AL=-f*r2AlV/2力rccx10-3x兀x理002x30xC.5x10JxC5x10-3）=±5.2x10-3（H）=&#

10、177;5.2mH2要使电桥输出最大，须使电桥为等臂电桥，则相邻桥臂阻抗比值a=1；且将电感线圈L和平衡电阻R放置在桥路输出的两侧，则=±(n/2),这时电桥的灵敏度|K|=，差动工作时为其2倍，故其输出电压Uo=2xKALE=2x0.5x52x6oL57=(V)=544mV其电桥电路如下图所示，其中Z、Z2为差动螺管式电感传感器、R、R2为电桥平衡电阻。(图略)一、填空题：1、根据参数的变换，电感式传感器按原理可分为、式和。2、对于变隙式电感传感器，电感L与气隙厚度6成比，6小，灵敏度就。为了保证一定的线性度，变隙式电感传感器只能用于位移的测量。3、变截面式电感传感器理的电感量L与

11、气隙截面积A是（线性/非线性）关系。，灵敏度为。4、单线圈电感传感器与差动式电感传感器的特性比较可以看出，差动式电感传感器的线性较，灵敏度较。5、差动电感和变压器线性范围约为线圈骨架长度的左右。二、选择题1、适当提高励磁电压，能提高灵敏度。以为宜。电源频率以为宜。A.220V（发热）B.1V（励磁电流太小）C.10VD.10mVA.4kHzB.50Hz（工频）C.直流电D.100Hz（磁滞损耗）。2、欲测量极微小的位移，应选择自感传感器。希望线性好、灵敏度高、量程为1mm左右、分辨力为1mm左右，应选择自感传感器为宜。A.变隙式B.变面积式C.螺线管式3、希望线性范围为±1mm，应选

12、择线圈骨架长度为左右的螺线管式自感传感器或差动变压器。A.2mmB.20mmC.400mmD.1mm4、螺线管式自感传感器采用差动结构是为了。A.加长线圈的长度从而增加线性范围B.提高灵敏度，减小温漂C.降低成本D.增加线圈对衔铁的吸引力5、自感传感器或差动变压器采用相敏检波电路最重要的目的是为了。A.提高灵敏度B.将输出的交流信号转换成直流信号C.使检波后的直流电压能反映检波前交流信号的相位和幅度6、某车间用电感测微仪的装置来测量直径范围为10mm±1mm轴的直径误差，应选择线性范围为的电感传感器为宜（当轴的直径为10mm±0.0mm时，预先调整电感传感器的安装高度，使衔

13、铁正好处于电感传感器中间位置）。A.10mmB.3mmC.1mmD.12mm7、希望远距离传送信号，应选用具有输出的标准变送器。A.02V5V10mA20mA三、问答题：1、某些传感器在工作时采用差动结构，这种结构相对于基本结构有什么优点2、试分析差动变压器式电感传感器的相敏整流测量电路的工作过程。带相敏整流的电桥电路具有哪些优点3、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四、分析与计算题1、差动变压器式压力传感器，其压力与膜盒挠度的关系、差动变压器衔铁的位移与输出电压的关系如下图所示。求：1）当输出电压为50mV时，压力p为多少千帕2）在图a、b上分别标出线性区

14、，综合判断整个压力传感器的压力测量范围是（线性误差小于）。A.05060V5570差动变压器式压力变送器特性曲线2、有一台两线制压力变送器，量程范围为OTMPa，对应的输出电流为420mA。求：1）压力p与输出电流I的关系表达式（输入/输出方程）。当p为OMPa和时变送器的输出电流。2）如果希望在信号传输终端将电流信号转换为15V电压，求负载电阻RL的阻值。3）请将图中的各元器件及仪表正确地连接起来。第三章电感传感器一、填空题：1、变隙式变面积式变介电常数式2、反比高微小3、线性N2u/2d04、好大5、1/10二、选择题1、CA2、AC3、B4、B5、C6、B7、D三、问答题：1、差动形式误

15、差小、线性范围宽、灵敏度大2、优点：可以消除零点残余电压输出；线性范围大；可以判断衔铁移动的方向。3、衔铁处于零点附近存在的微小误差电压称为零点残余电压。它一方面限制了系统的分辨力，另一方面造成非线性。消除的方法：提高框架和线圈的对称性；尽量采用正弦波作为激励源；正确选择磁路材料，适当减小线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区；在线圈上并联阻容移向网络，补偿相位误差；采用相敏检波电路。三、分析与计算题1、1）50KPa2）-6060mV2、电涡流传感器习题一、选择题1、电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出的靠近程度。A.人体B.水C.黑色金属零件D.塑料零件2、电涡流探头的外壳用制作较为恰当。A.不锈钢B.塑料C.黄铜D.玻璃3、当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感L，调频转换电路的输出频率/。A.不变B.增大C.减小4、欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为左右的电涡流探头。A.0.1mmB.5mmC.50mmD.500mm二、填空题：1、欲测量镀层厚度，电涡流线圈的激励源频率约为。2、用于测量小位移的螺线管式自感传感器以及差动变压器线圈的激励源频率通常约为3、欲测量油管表面和细小裂纹，应选择直径为左右的探头。三、问答题用一电涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向窜动，已知传感器的灵