传感器试题和答案解析

1、-. z.一等强度梁测力系统，R*为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2，未受应变时，R* = 100。当试件受力F时，应变片承受平均应变 = 1000m/m，求：1应变片电阻变化量R*和电阻相对变化量R*/R* 。2将电阻应变片R*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假设要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。解：12将电阻应变片R*置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为R*。当R*有R*的变化时，电桥输出电压为 ：非线性误差：3要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的2倍，则应该在等强度

2、梁的正反面对应贴上两个一样的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥，且取其他桥臂电阻也为R*。此时，要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个一样的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。此时，有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器见下列图。其中a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置上平移了5mm，求：1极板未移动时，电容的初始电容值。2极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度K空气相对介电常数，真空的介电常数。解：12当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有当一

3、块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有或：或：4、一个以空气为介质的平板电容式传感器构造如右图所示，其中a=10mm，b=16mm，两极板间距d=1mm。测量时，假设上极板在原始位置(*=0mm上向左平移了2mm即*=2mm，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移相对灵敏度K0空气的相对介电常数r=1F/m，真空时的介电常数0=8.85410-12F/m 解：电容变化量为：即电容减小了电容相对变化量为：位移相对灵敏度为：5、镍铬镍硅热电偶，工作时冷端温度为30，测得热电动势E(t,t0)=38.560mv，求被测介质实际温度。(E(30,0)=1.203mv) 工作端温度()020406

4、0708090热电动势 (mv)90037.32538.12238.91539.70340.09640.48840.897解：由条件可知：t0=30，Et,t0=38.560mv根据中间温度定律:E(t,t0)= E(t,0)- E(t0,0)= E(t,0)- E(30,0)=38.560 E(t,0)=38.560+ E(30,0)=38.560+1.203=39.763(mv) 39.703 39.763 40.096EM=39.763,EL=39.703,EH=40.096tL=960, tH=970 被测介质实际温度为： 6、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=5m

5、m，假设与被测工件的初始间隙d0=0.5mm。试真空的介电常数等于8.85410-12F/m，求：1如果传感器与工件的间隙变化量增大d=10m，电容变化量为多少？ 2如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF,则在间隙增大d=1m时的输出电压为多少？解： 电容式传感器的电容量：则初始电容量：间隙变化后的电容量：则电容变化量： 灵敏度，所以则：7、使用镍铬-镍硅热电偶，其基准接点为30 ，测温接点为400 时的温差电动势为多少？假设仍使用该热电偶，测得*接点的温差电动势为10.275mV，则被测接点的温度为多少？镍铬-镍硅热电偶分度表 参考端温度为0工作端温度/01020304050607080

6、90热电动势/mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.214500

7、20.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476解：由分度表查得E30，0=1.203mV， E400，0=16.395mV。 由中间温度定律Et,t0=E(t,tc)+E(tc,t0)有： E400，30=E400，0-E30，0=16.395-1.203=15.192mV 由分度表查得E250，0=10.151mV， E260，0=10.560mV。 由插值法得： =2538、电阻应变片阻值为120，灵敏系数，沿纵向粘贴于直径为的圆形钢柱外表，钢材的弹性模量，1求钢柱受拉力作用时应变片电阻的变化量和相对变化量；2又假设

8、应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉力作用时应变片电阻的相对变化量为多少？解：129、分度号为S的热电偶冷端温度为t0=20，现测得热电势为11.710mV，求被测温度为多少度？(E(20,0)=0.113mv) 工作端温度()0204060708090热电动势 (mv)110010.75410.99111.22911.46711.58711.70711.827解：Et,t0=11.710Et,0=E(t,t0)+E(t0,0)11.710=E(t,0)-E(20,0)=E(t,0)-0.113所以Et,0=11.823mV查表：E(1180,0)=11.707mV, E(1190,0)=11

9、.827mV所以=1180+10=147010、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。R1、R2、R3、R4标称阻值均为120，桥路电压为2V，物重m引起R1、R2变化增量为1.2。1) 画出应变片组成的电桥电路。计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。 说明R3、R4起到什么作用？ 解： 应变片组成半桥电路： R3、R4可以进展温度补偿。11、有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm，假设与被测工件的初始间隙=0.3mm，试求：1) 假设极板与工件的间隙变化量=2m时，电容变化量为多少2) 假设测量电路的灵敏度S1=100mV/

10、pF，读数仪表的灵敏度S15格/mv,则在=2m时,读数仪表的示值变化多少格解：1设电容变化量为,由题意可知： 解得：2= 格 综合设计分析题假设要你需要用差动变压器式加速度传感器来测量*测试平台振动的加速度。请你：1设计出该测量系统的框图，并作必要的标注或说明；2画出你所选用的差动变压器式加速度传感器的原理图，并简述其根本工作原理；解：1测试平台振动加速度的测量系统框图 2差动变压器式加速度传感器的原理图 综合设计分析题 t tR2,R4R1,R3Fl*如上图所示为一悬臂梁式测力传感器构造示意图，在其中部的上、下两面各贴两片电阻应变片。弹性元件各参数分别为：；电阻应变片灵敏度系数，且初始电阻

11、阻值在外力为0时均为。 1设计适当的测量电路，画出相应电路图；2分析说明该传感器测力的工作原理配合所设计的测量电路；3当悬臂梁一端受一向下的外力作用时，试求此时四个应变片的电阻值提示：；4假设桥路供电电压为直流10v时，计算传感器的输出电压及其非线性误差。解：1采用全桥电路：UUiR4R3R2R1U0(2) 当传感器弹性元件悬臂梁受到外力作用时，将产生一定形变从而引起粘贴在其上的四个应变片两个受拉，另两个受压发生相应应变，致使其中两个应变片阻值增加，另两个应变片阻值减小。将四个应变片接入所设计的全桥电路中，从而将电阻值的变化转换成为电桥电压输出，输出电压的大小间接反映了被测外力的大小，如此实现

12、了对外力的测量。3 电阻变化量 四个应变片的电阻值变为： 4当桥路供电电压为直流10v时，则输出电压为： (v)非线性误差为：综合设计分析题FFR1R2R3R4如上图所示为一弹性元件为圆柱型的应变式测力传感器构造示意图。弹性元件横截面积为S，弹性模量为E，应变片初始电阻值在外力F=0时均相等，电阻丝灵敏度系数为K0，泊松比为。1、设计适当的测量电路要求采用全桥电路，画出相应电路图，并推导桥路输出电压U0和外力F之间的函数关系式。提示：RR，推导过程中可做适当近似处理2、分析说明该传感器测力的工作原理配合所设计的测量电路。UiUiR4R3R2R1U0 电桥输出电压为：初始状态时，当时， 对上式作

13、近似处理，略去分母中项及分子中高次项，则设轴向应变为，则径向应变为，由传感器构造示意图可知，当传感器受力时，应变片和产生的应变为：而应变片和的应变为：又 应力 应变 代入计算式中可得：2、工作原理：当传感器弹性元件受到沿轴向的外力作用时，将产生一定形变从而引起粘贴在弹性元件上的四个应变片两个沿轴向粘贴，另两个沿径向粘贴发生相应应变，致使其中两个应变片阻值增加，另两个应变片阻值减小。将四个应变片接入所设计的全桥电路中，经推导，测量电路输出电压由上式可见，当、及桥路电源电压一定时，输出电压与外力成正比，即输出电压的大小反映了被测外力的大小，如此实现了对外力的测量。 综合设计分析题在如下图的悬臂梁测

14、力系统中，可能用到4个一样特性的电阻应变片,，各应变片灵敏系数K=2，初值为100 。当试件受力F时，假设应变片要承受应变，则其平均应变为= 1000m/m。测量电路的电源电压为直流3V。1假设只用1个电阻应变片构成单臂测量电桥，求电桥输出电压及电桥非线性误差。2假设要求用2个电阻应变片测量，且既要保持与单臂测量电桥一样的电压灵敏度，又要实现温度补偿，请画图标出2个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘出转换电桥，标明这2个应变片在桥臂中的位置？3要使测量电桥电压灵敏度提高为单臂工作时的4倍，请画图标出各个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘出转换电桥，标明各应变片在各桥臂中的位置，并给出此时电桥输出电压及电桥非线性误差大小？解：1设用电阻应变片作测量电