传感器技术基础与应用实训 课后习题答案项目单元3

项目单元3

3.6习题参考答案

1.电感式传感器分为哪几种类型?各有何特点？

答：电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置,

传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。

电感式传感器种类：自感式、互感式、涡流式、压磁式、感应同步器。

工作原理：自感、互感、涡流、压磁。

2.比较差动式电感传感器和差动变压器式传感器在结构和工作原理上的异同。

答：自感式传感器与差动变压器式传感器相同点：工作原理都是建立在电磁

感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等,

不同点：结构上，自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值

变化。差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为,专感器互感的变化，

传感器本身是互感系数可变的变压器。

3.说明差动变隙式电感传感器的主要组成和工作原理，采用差动变隙式电感传感

器有何优点。

答：差动变隙式电感传感器的主要由两个结构对称的电感线圈组成，电气参数相

同，共用一个衔铁，当衔铁发生位移时，一个线圈的电感量增加，一个电感量减

小，电感量的变化反应了位移的大小。采用差动变隙式电感传感器优点：1）差

动变隙式电感传感器灵敏度是单个电感传感器的两倍，2）可以改善电感传感器

的线性。

4.差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？

答：零点残余电压产生原因：主要是由传感器的两次级绕组的电气参数和几

何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。零点残余电玉的波形十分复杂，

主要由基波和高次谐波组成。基波产生的主要原因是：传感器的两次级绕组的电

气参数、几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，因

此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波（主

要是三次谐波）产生原因：是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）。零

点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小Ux,否则将会影

响传感器的测量结果。

5.什么是电涡流效应?怎样利用电涡流效应进行位移测量？

答：电涡流效应是指金属导体置于交变磁场中会产生电涡流，且该电涡流所

产生磁场的方向与原磁场方向相反的一种物理现象。电涡流传感器的敏感元件是

线圈，当给线圈通以交变电流并使它接近金属导体时，线圈产生的磁场就会被导

体电涡流产生的磁场部分抵消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化。

这种变化与导体的几何尺寸、导电率、导磁率有关，也与线圈的几何参量、电流

的频率和线圈到被测导体间的距离有关。

进行位移测量，可根据实际的已知位移量来标定固定的线圈下的电感量，从

而以此进行位移的测量。

6.选择题

(1).现欲测量极微小的位移，应选择_区_电感传感器。希望线性好、灵敏

度高、量程为1mm左右、分辨率为lum左右，应选择£自感传感器。

A、变隙式B、变面积式C、螺线管式

(2).希望线性范围为±lmn应选择线圈骨架长度为一8左右的螺线管式

自感传感器或差动变压器。

A、2mmB、20mmC、400mmD、1mm

(3).螺线管式自感传感器采用差动结构是为了B0

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、减低成本

D、增加线圈对衔铁的吸引力

(4).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上。

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。

(5).电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出J的靠近程度。

A、人体B、液体C、黑色金属零件D、塑料零件

(6).电涡流探头的外壳用一8_制作较为恰当。

A、不锈钢B、塑料C、黄铜D、玻璃

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(7).当电涡流线圈靠近非磁性导体(铜)板材后，线圈的等效电感LC,

调频转换电路输出频率fB.

A、不变B、增大C、减小

7、构思一个多功能警棍，希望能够实现：①产生强烈眩光；②产生3x10,V

左右的高压；③能在50mm距离内探测出犯罪嫌疑人是否携带枪支或刀具。请画

出该警棍的外形图，包括眩光灯按键、高压发生器按键、报警LED、电源总开关

等，并写出使用说明书。

说明书略

8、图3.33所示的是一种差动电感用的差动整流电桥电路。电路由差动电感

Li、L2、整流二极管VDi~VD&、平衡电阻RI、R2(RI=R2),以及低通滤波器Ci、

C2、R3、R4(CI=C2>R3=R4)等组成。整流桥的一对对角接点通过差动电感Li、L2

(其感抗为XLI、XL2)接激励源Ui,另一对对角接点作为输出电压端。请用不

同颜色的笔分别画出Ui正半周和负半周流经二极管及Ri、R2的电流ILI、IL2、

I'u、I'L2以及它们在RI、R2上的压降URI、UR2的极性。并说明衔铁上移(感抗

XLIf、XL2I)时，URI、UR?哪个绝对值大，以及Uo的极性。

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图3.33差动电感的差动整流桥路

答：忽略R3,R4的影响，可知Uo=UR.UR2。

若电源电压U,上端为正、下端为负时，Vpi、Vps导通。当差动电感传感器

Zi=Z+AZ,Z2=Z-Z\Z时，UR>UR2,UO为负。当差动电感传感器Zi=Z-Z\Z,

Z2=Z+AZ时，URI<UR2,UO为正。若电源电压U,上端为负、下端为正时，Vpz、

Vpa导通，。当差动电感传感器Z尸Z+AZ,Z2二Z-aZ时，URi>UR2,U。为负。

I当差动电感传感器Z尸Z・AZ,Z2=Z+Z\Z时，URI<UR2,UO为正。因此，无论

电源电压U,的正负如何，输出电压U。的大小反映4Z的大小，Uo的正负极

性反映az的正负情况（例如衔铁的移动方向）。

9、工业或汽车中经常需要测量运动部件的转速、直线速度及累计行程等参

数。现以大家都较熟悉的自行车的车速及累计公里数测量为例，来了解类似运动

机构的类似原理。

现要求在自行车的适当位置安装一套传感器及有关电路，使之能显示出车速

（km/h）、及累计公里数（km）,当车速未达到设定值（vmin）时绿色LED闪亮，

提示运动员加速；当累计公里数达到设定值（Lmax）时.，红色LED闪亮、喇叭响，

提示运动员停下休息，计数器同时复位，为下一个行程作准备。具体要求如下:

（1）画出传感器在自行车上的安装简图（要求做到读者能看懂两者之间的

相互关系）

（2）画出测量转换电路原理框图（包括显示电路）

（3）简要说明工作原理。写出公里数L与车轮直径D及转动圈数N之间的

计算公式；

（4）写出车速v与车轮周长1及车轮每分钟转动圈数n之间的计算公式。

答：工作原理：观察自行车的结构可知，车速及公里数与车轮的直径及转速

成正比，因此应将注意力集中到自行车的前.、后轮上。设车轮的直径为D（m）,则

周长1二疝，车轮转动的圈数即为自行车行驶距离的基本参数。若转动圈数为