传感器原理与应用 A 试题答案

郑州广播电视大学2008~2009学年度期末考试传感器原理与应用A试题答案一、填空（每空1分，共20分）1、敏感元件转换元件转换电路2、线性度灵敏度迟滞重复性（任填三个）3、瞬态响应法频率响应法4、单臂电桥差动电桥差动全桥5、电磁感应电感（自感或互感）自感式（电感式）互感式（差动变压器式）6、高频反射式低频透射式7、变极距型变面积型变介电常数型二、名词解释（每小题5分，共20分）1、传感器――传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。或将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件或装置。（5分）2、电涡流效应――根据法拉第电磁感应原理,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,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。（5分）3、灵敏度――在稳态下传感器输出的变化量Δy与引起此变化量的输入变化量Δx的比值即为其灵敏度，用K表示，即K=输出量的变化量/输入量的变化量＝Δy/Δx。（5分）4、压电效应（正压电效应和逆压电效应）――某些物质沿某一方向受到外力作用时，会产生变形，同时其内部产生极化现象，此时在这种材料的两个表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。（3分）当作用力方向改变时，电荷极性也随之改变。这种机械能转化为电能的现象称为“正压电效应”或“顺压电效应”。（1分）反之，当在某些物质的极化方向上施加电场，这些材料在某一方向上产生机械变形或机械压力；当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。这种电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应”或“电致伸缩效应”。（1分）三．.简答（每小题6分，共18分）1、应变片在使用时，为什么会产生温度误差？如何补偿？答：由于环境温度带来的误差称为温度误差，又称热输出。（2分）温度误差主要是由于电阻材料阻值随着温度变化而引起，另外，应变片与试件不能随温度变化同步变形也会产生附加形变。（2分）可采用自补偿法和线路补偿法来补偿温度误差。（2分）2、什么是应变效应?金属丝材料的电阻应变效应与半导体材料的有何不同？答：导体或半导体在受到外界力的作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使阻值发生变化的现象称为应变效应。（2分）对于金属材料，其电阻变化主要是由于尺寸变化引起的，可通过实验方法来确定应变灵敏系数；（2分）对于半导体材料，受力后电阻变化主要是由电阻率变化引起，其灵敏系数比金属应变片高。（2分）3、简述自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。答：(1)不同点：1)自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化；（2分）2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。（2分）(2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可分为气隙型、截面型和螺管型三种。（2分）四、分析与计算（1、2、3每小题10分，4小题12分，共42分）1、如右图所示，试推导变面积式电容传感器的灵敏度。（10分）解：对于平板直线位移式电容传感器，当其中一个极板发生x位移后，改变了两极板间的遮盖面积S，电容量C同样随之变化。（2分）当x=0时，若忽略边缘效应，（2分）当x≠0时，若忽略边缘效应，（2分）电容变化量：（2分）灵敏度：（2分）2、采用阻值R=120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变为＝1000μ时，若要使输出电压大于10mV，则可采用何种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？（10分）解：（2分）单臂电桥的输出电压：（2分）半桥差动的输出电压：（2分）全桥差动的输出电压：（2分）所以要采用全桥差动的方式。（2分）3、分析螺旋管式差动变压器的工作原理。（10分）解：对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个次级绕组互感相同，因而由初级侧激励引起的感应电动势相同。由于两个次级绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。（4分）当衔铁移向某个次级绕组一边时，将使初级绕组与该次级绕组的互感增大，与另一个次级绕组的互感减小，因而使一个次级绕组内的感应电动势大于另一个次级绕组内的感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。（4分）差动变压器的输出电压的有效值为：（2分）4．如果要测量加速度可以选用哪些传感器？比较各种不同传感器转换原理的异同。（12分）答：1）应变式传感器：将被测加速度转变为应变梁上质量块的惯性力，利用应变片测出该力，从而求得加速度。（3分）2）电容式传感器：两极板间有一个用弹簧支撑的质量块m，质量块的两端面经抛光后作为动极板，当有加速度时，由于m的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，将被测加速度转变为动极板的位移，求出电容变化即可求得加速度。（3分）3）差动变压器：将衔铁与被测振动体相连。当被测体带动衔铁以加速度a运动时，差动变压器的衔铁被带着一起振动，相应的输出电压也按相同的