傳感器基礎(chǔ)學(xué)習(xí)知識(shí)原理課后規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)答案

1、第一章傳感與檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)1 .什么是測(cè)量值的絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差？答：某量值的測(cè)得值和真值之差稱為絕對(duì)誤差。相對(duì)誤差有實(shí)際相對(duì)誤差和標(biāo)稱相對(duì)誤差兩種表示方法。實(shí)際相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比；標(biāo)稱相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差與測(cè)得值之比。引用誤差是儀表中通用的一種誤差表示方法，也用相對(duì)誤差表示，它是相對(duì)于儀表滿量程的一種誤差。引用誤差是絕對(duì)誤差（在儀表中指的是某一刻度點(diǎn)的示值誤差）與儀表的量程之比。2 .什么是測(cè)量誤差？測(cè)量誤差有幾種表示方法？它們通常應(yīng)用在什么場(chǎng)合？答：測(cè)量誤差是測(cè)得值與被測(cè)量的真值之差。測(cè)量誤差可用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差表示，引用誤差也是相對(duì)誤差的一種表示方法。在實(shí)

2、際測(cè)量中，有時(shí)要用到修正值，而修正值是與絕對(duì)誤差大小相等符號(hào)相反的值。在計(jì)算相對(duì)誤差時(shí)也必須知道絕對(duì)誤差的大小才能計(jì)算。采用絕對(duì)誤差難以評(píng)定測(cè)量精度的高低，而采用相對(duì)誤差比較客觀地反映測(cè)量精度。引用誤差是儀表中應(yīng)用的一種相對(duì)誤差，儀表的精度是用引用誤差表示的。3 .用測(cè)量范圍為-50+150kPa的壓力傳感器測(cè)量 140kPa壓力時(shí)，傳感器測(cè)得示值為 142kPa ,求該示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差、標(biāo)稱相對(duì)誤差和引用誤差。解：絕對(duì)誤差142 140 2kPa實(shí)際相對(duì)誤差140100% 1.43%標(biāo)稱相對(duì)誤差引用誤差142 140142142 140150100% 1.41%100% 1%4

3、.什么是隨機(jī)誤差？隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因是什么？如何減小隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響？答：在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化著的誤差稱為隨機(jī) 誤差。隨機(jī)誤差是由很多不便掌握或暫時(shí)未能掌握的微小因素（測(cè)量裝置方面的因素、環(huán)境方面的因素、人 員方面的因素），如電磁場(chǎng)的微變，零件的摩擦、間隙，熱起伏，空氣擾動(dòng)，氣壓及濕度的變化，測(cè)量人員 感覺(jué)器官的生理變化等，對(duì)測(cè)量值的綜合影響所造成的。對(duì)于測(cè)量列中的某一個(gè)測(cè)得值來(lái)說(shuō)，隨機(jī)誤差的出現(xiàn)具有隨機(jī)性， 即誤差的大小和符號(hào)是不能預(yù)知的, 但當(dāng)測(cè)量次數(shù)增大，隨機(jī)誤差又具有統(tǒng)計(jì)的規(guī)律性，測(cè)量次數(shù)越多，這種規(guī)律性表現(xiàn)得越明顯。所以一般

4、 可以通過(guò)增加測(cè)量次數(shù)估計(jì)隨機(jī)誤差可能出現(xiàn)的大小，從而減少隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。5 .什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差可分哪幾類？系統(tǒng)誤差有哪些檢驗(yàn)方法？如何減小和消除系統(tǒng)誤差？答：在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差可分為恒值（定值）系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。誤差的絕對(duì)值和符號(hào)已確定的系統(tǒng)誤差稱為恒值（定值）系統(tǒng)誤差；絕對(duì)值和符號(hào)變化的系統(tǒng)誤差稱為變值系統(tǒng)誤差，變值系統(tǒng)誤差又可分為線性系 統(tǒng)誤差、周期性系統(tǒng)誤差和復(fù)雜規(guī)律系統(tǒng)誤差等。在測(cè)量過(guò)程中形成系統(tǒng)誤差的因素是復(fù)雜的，通常人們難于查明所有的系統(tǒng)誤差，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差必

5、須根據(jù)具體測(cè)量過(guò)程和測(cè)量?jī)x器進(jìn)行全面的仔細(xì)的分析，這是一件困難而又復(fù)雜的工作，目前還沒(méi)有能夠適用于發(fā)現(xiàn)各種系統(tǒng)誤差的普遍方法，只是介紹一些發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的一般方法。如實(shí)驗(yàn)對(duì)比法、殘余誤差觀察法，還有準(zhǔn)則檢查法如馬利科夫判據(jù)和阿貝檢驗(yàn)法等。由于系統(tǒng)誤差的復(fù)雜性，所以必須進(jìn)行分析比較，盡可能的找出產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素，從而減小和消除系統(tǒng)誤差。1.從產(chǎn)生誤差根源上消除系統(tǒng)誤差；2.用修正方法消除系統(tǒng)誤差的影響；3.在測(cè)量系統(tǒng)中采用補(bǔ)償措施；4.可用實(shí)時(shí)反饋修正的辦法，來(lái)消除復(fù)雜的變化系統(tǒng)誤差。6 .什么是粗大誤差？如何判斷測(cè)量數(shù)據(jù)中存在粗大誤差？答：超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差，粗大誤差又稱疏

6、忽誤差。此誤差值較大，明顯歪曲測(cè)量結(jié)果。在判別某個(gè)測(cè)得值是否含有粗大誤差時(shí)，要特別慎重，應(yīng)作充分的分析和研究，并根據(jù)判別準(zhǔn)則予以確定。通常用來(lái)判斷粗大誤差的準(zhǔn)則有：3 準(zhǔn)則（萊以特準(zhǔn)則）；肖維勒準(zhǔn)則；格拉布斯準(zhǔn)則。第二章傳感器概述2-1什么叫傳感器？它由哪幾部分組成？它們的作用及相互關(guān)系如何？答：傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常傳感器有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部份；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部份。由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換

7、電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等，此外信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及傳感器的工作必須要有輔助的電源，因此信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路以及所需的電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部份。2-2 什么是傳感器的靜態(tài)特性？它有哪些性能指標(biāo)？分別說(shuō)明這些性能指標(biāo)的含義。答：傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)（被測(cè)量是一個(gè)不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間變化緩慢的量）時(shí)的輸出輸入關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性可以用一組性能指標(biāo)來(lái)描述，有靈敏度、遲滯、線性度、重復(fù)性和漂移等。靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵隽吭隽?y與引起輸出量增量 y的相應(yīng)輸入量增量 x的之比。用S表示靈 敏度,即S=Zy/Ax傳感器的線性度是指在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差

8、值Lmax滿量程輸出值丫FS之比。線性度也稱為非線性誤差，用rL表示，rL Lmx 100%即Yfs。遲滯是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坑尚〉酱螅ㄕ谐蹋┘拜斎肓坑纱蟮叫。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象。即傳感器在全量程范圍內(nèi)最大的遲滯差值4Hmax與滿量程輸出值 YFS 之比稱為遲滯H誤差，用此表示，即：100%重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。重 復(fù)性誤差屬于隨機(jī)誤差，常用均方根 誤差計(jì)算，也可用正反行程中最 大重復(fù)差 值 Rmax計(jì)算，R （2 3）100%即：Yfs2-3 什么是傳感器的動(dòng)態(tài)特性？有哪幾種分析方法？它們各有哪些性能指

9、標(biāo)？答：傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的響應(yīng)特性。主要的分析方法有：瞬態(tài)響應(yīng)法（又稱時(shí)域分析法） ，相應(yīng)的性能指標(biāo)有時(shí)間常數(shù)°、延遲時(shí)間 td、上 升時(shí)間tr、超調(diào)量b和衰減比d等；頻率響應(yīng)法，相應(yīng)的性能指標(biāo)有通頻帶3 0.707、工作頻帶3 0。95、時(shí)間 常數(shù)TT、固有頻率3 n、跟隨角（j） 0。70等。第三章應(yīng)變式傳感器1 . 什么叫應(yīng)變效應(yīng)？利用應(yīng)變效應(yīng)解釋金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。答：在外力作用下，導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料產(chǎn)生機(jī)械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象，稱為史K應(yīng)變效應(yīng)。其表達(dá)式為R，式中K為材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)，當(dāng)應(yīng)變材料為金屬或合金時(shí)，dR在彈

10、性極限內(nèi)K為常數(shù)。金屬電阻應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量R與金屬材料的軸向應(yīng)變成正比，因此，利用電阻應(yīng)變片，可以將被測(cè)物體的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成與之成正比關(guān)系的電阻相對(duì)變化量，這就是金屬電阻應(yīng)變片的工作原理。2 . 試述應(yīng)變片溫度誤差的概念，產(chǎn)生原因和補(bǔ)償辦法。答：由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度偏離應(yīng)變片標(biāo)定溫度而給測(cè)量帶來(lái)的附加誤差，稱為應(yīng)變片溫度誤差。產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要原因有：由于電阻絲溫度系數(shù)的存在,當(dāng)溫度改變時(shí)，應(yīng)變片的標(biāo)稱電阻值發(fā)生變化。當(dāng)試件與與電阻絲材料的線膨脹系數(shù)不同時(shí),由于溫度的變化而引起的附加變形，使應(yīng)變片產(chǎn)生附加電阻。電阻應(yīng)變片的溫度補(bǔ)償方法有線路補(bǔ)償法和應(yīng)變片自補(bǔ)償法兩大類。電橋補(bǔ)償法是最常

11、用且效果較好的線路補(bǔ)償法，應(yīng)變片自補(bǔ)償法是采用溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片或雙金屬線柵應(yīng)變片來(lái)代替一般應(yīng)變片，使之兼顧溫度補(bǔ)償作用。3 .什么是直流電橋？若按橋臂工作方式不同，可分為哪幾種？各自的輸出電壓如何計(jì)算?答：如題圖3-3所示電路為電橋電路。若電橋電路的工作電源E為直流電源，則該電橋稱為直流電橋。題圖3-3直流電橋差動(dòng)全橋電路,Uo出電壓為：按應(yīng)變所在電橋不同的工作橋臂，電橋可分為:單臂電橋，R1為電阻應(yīng)變片，R2、R3、R4為電橋固定電Uo阻。其輸出壓為E _R4 Ri差動(dòng)半橋電路，Ri、R 2為兩個(gè)所受應(yīng)變方向相反的應(yīng)變片,UoR3、R4為電橋固定電阻。其輸出電壓為：Ri、R2、R3、R4均為

12、電阻應(yīng)變片，且相鄰兩橋臂應(yīng)變片所受應(yīng)變方向相反。其輸ERiRiRi4 .擬在等截面的懸臂梁上粘貼四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動(dòng)全橋電路，試問(wèn):(1)四個(gè)應(yīng)變片應(yīng)怎樣粘貼在懸臂梁上?(2)畫(huà)出相應(yīng)的電橋電路圖。答：如題圖3-4 ( a)所示等截面懸梁臂， 在外力F作用下，懸梁臂產(chǎn)生變形，梁的上表面受到拉應(yīng)變,而梁的下表面受壓應(yīng)變。當(dāng)選用四個(gè)完全相同的電阻應(yīng)變片組成差動(dòng) 全橋電路，則應(yīng)變片如題圖 3-4 ( b)所示粘貼。應(yīng)變片題圖3-4 (a)等截面懸臂梁(b)應(yīng)變片粘貼方式(c)測(cè)量電路R4所受應(yīng)變方向相同，、R3、電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的差動(dòng)全橋電路接線如圖3-4 ( c)所示，R1、 所受應(yīng)變

13、方向相同，但與 R1、R4所受應(yīng)變方向相反。5 .圖示為一直流應(yīng)變電橋。圖中E=4V , R1 = R2= R3= R4= 120(1)R為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻。當(dāng)R1的增量為R11.2時(shí)，電橋輸出電壓 U0(2)R , R2都是應(yīng)變片，且批號(hào)相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同,其余為外接電阻，電橋輸出電壓U 0(3)題(2)中，如果R2與R感受應(yīng)變的極性相反，且R1R21.2,電橋輸出電壓U 0R4R3R4磔E 0 240根據(jù)題意，設(shè)R RR1 R2R2U。R2R2R1R2R2R4R3一 ER4R2R26.題圖6等強(qiáng)度梁測(cè) 力系統(tǒng)示意圖R1R2E _R22 RR3R4圖示為等強(qiáng)度梁測(cè)力系

14、統(tǒng),1.21200.02為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.05,未受應(yīng)變時(shí)，Ri=120 Qo當(dāng)試件受力F時(shí)，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變£ =800 gm/m ,求:(1) 應(yīng)變片電阻變化量 Ri和電阻相對(duì)變化量 Ri/ Ri(2) 將電阻應(yīng)變片Ri置于單臂測(cè)量電橋， 電橋電源電壓為直流 3V,求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。(3) 若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)，有Ri已知 K 2.05,800 %, R i20代入公式則RiKRi2.05 800 i0 6 i20 0.20RiRi0.20i200.i7?若將電阻應(yīng)變片置于單臂測(cè)

15、量橋路中U。則R 3i 0.00i7 i.25mVRi4非線性誤差Ri2Ri0.085i -R2R若要減小非線性誤差，可采用半橋差動(dòng)電路，且選擇Ri R2R3 R4 i20 RR2 0.20Ri和R2所受應(yīng)變大小相等，應(yīng)變方向相反。此時(shí)U0R1 2.50mV2 RiL 07.在題6條件下，如果試件材質(zhì)為合金鋼，線膨脹系數(shù)銅，其電阻溫度系數(shù)i5 i0 6 / c,線膨漲系數(shù). ii i0 6 /gC,電阻應(yīng)變片敏感柵材質(zhì)為康i4 9 i0 6 / 、八 , 14.9 10C。當(dāng)傳感器的環(huán)境溫度從10c變化到50 c時(shí)，引起附加電阻相對(duì)變化量RRt為多少？折合成附加應(yīng)變t為多少?解：在題 3-6

16、的條件下合金鋼線膨脹系數(shù)為 g=11 x 10-6/ C o 則6o1 11 1050 10應(yīng)變片敏感柵材質(zhì)為康銅。電阻溫度系數(shù)為s M.9 106/c。則 s 01stR時(shí)，電阻絲產(chǎn)生附加電阻變化為：0 1 14.9 10 650 10當(dāng)兩者粘貼在一起RK0R1 g s t2.05 120 11 10 6 14.9 10 650 10=-0.038386當(dāng)測(cè)量的環(huán)境溫度從10 c變化到50c時(shí)，金屬電阻絲自身溫度系數(shù)15 10 /C。則:RR1t 120 15 10 650 100.07200總附加電阻相對(duì)變化量為:RtR RR0R00.07200 0038381200.02802%折合附加

17、應(yīng)變?yōu)?RtR00.0002802mt - 0.0001367 m 136.7 mK 2.05mm3-8 一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑為 20mm ,內(nèi)徑為18mm ,在其表面粘貼八個(gè)應(yīng)變片，四個(gè)沿軸向粘貼，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120 Q,靈114敏度為2.0 ,泊松比為0.3 ,材料彈性模量E 2.1 10 Pa。要求:繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)各應(yīng)變片的電阻； 當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算電橋負(fù)載開(kāi)路時(shí)的輸出解:已知：F=10kN ,外徑D 20mm,內(nèi)徑d18mm , r = 120 q , k =

18、2.0 ,11 .E 2.1 10 Pa, Ui=10V ._ 2. 2圓筒的橫截面積為S D d4彈性元件貼片位置及全橋電路如圖所示。59.7 10 6 mm3Rl84 , R R7口r3 小.R2 %一 1應(yīng)變片1、2、3、4感受軸向應(yīng)變:(c)(d)a)(b)應(yīng)變片5、6、7、8感受周向應(yīng)變:滿量程時(shí),RiR2R3R4KxRK RSE2.0出 i2059.7 i0 6mm3 2.i i0iiPaR5R6R7R8K yRRi0.30.1910.0573電橋的輸出為:U0 UiRiRiR3R3RiRiR3R3R5R5R7R7R6RR8R8r6R6RR8R2R20.i9i-R7i0Vi20.i

19、9i i20.i9iii9.943 ii9.943i20.i9i i20.i9i ii9.943 ii9.943 ii9.943 ii9.943 i20.i9i i20.i9ii0mV第四章電感式傳感器i.說(shuō)明差動(dòng)變隙電壓傳感器的主要組成，工作原理和基本特性答：差動(dòng)變隙電壓傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所示。主要由鐵芯，銜鐵，線圈三部分組成。傳感器由兩個(gè)完全相同的電壓線圈合用一個(gè)銜鐵和相應(yīng)磁路。工作時(shí)，銜鐵與被測(cè)件相連，當(dāng)被測(cè)體上下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)銜鐵也以相同的位移上下移動(dòng)，使兩個(gè)磁回路中磁阻發(fā)生大小相等方向相反的變化。導(dǎo)致一個(gè)線圈的電感量增加，另一個(gè)線圈的電感量減小，形成差動(dòng)形式。其輸出特性為：24L Li

20、L2 2L0i 000若忽略上式中的高次項(xiàng)，可得LL0為了使輸出特性能得到有效改善，構(gòu)成差動(dòng)的兩個(gè)變隙式電感傳感器在結(jié)構(gòu)尺寸、材料、電氣參 數(shù)等方面均應(yīng)完全一致。2 .變隙試電感傳感器的輸入特性與哪些因素有關(guān)？怎樣改善其非線性？怎樣提高其靈敏度？ 答：變隙試電壓傳感器的輸出特性為：23L L。i 0000有關(guān)。當(dāng)選定鐵芯，銜鐵材料及尺寸，確定其輸出特性與初始電壓量 L0,氣隙厚度 0,氣隙變化量線圈的匝數(shù)及電氣特性，則從傳感器的輸出特性可以看出,L與 成非線性關(guān)系，為改善其非線性，通常采用差動(dòng)變隙式電 感傳感器，如題圖4 1所示，輸出特性表達(dá)式為;24L 2Lo1000將上式與單線圈變隙式傳感

21、器相比，若忽略非線性項(xiàng)，其靈敏度提高一倍，若保留一項(xiàng)非線性項(xiàng)，則單線L圈式Lo2L0,而差動(dòng)式Lo320 由于 0 <<1 ,因此，差動(dòng)式的線性度得到明顯改善。3 .差動(dòng)變壓器式傳感器有幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點(diǎn)?答：差動(dòng)變壓器式傳感器有變隙式差動(dòng)變壓器式和螺線管式差動(dòng)變壓器式傳感器二種結(jié)構(gòu)形式。變隙式差,輸出電壓與比值成正比，然而W2, / w比.W2UiU 0動(dòng)變壓器傳感器的輸出特性為W0值與變壓器的體積與零點(diǎn)殘余電壓有關(guān)。應(yīng)綜合考慮；U0與0成反比關(guān)系，因此要求0越小越好，但較小的0使測(cè)量范圍受到約束，通常在0.5mm左右。螺線管式差動(dòng)變壓器式傳感器的輸出特性是激勵(lì)電壓U和激

22、磁頻率f的函數(shù)，理論上，靈敏度 K與U、f成正比關(guān)系，而實(shí)際上由于傳感器結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱、鐵損、磁漏等因素影響，Kvf不成正比關(guān)系，一般在400Hz10KHz范圍內(nèi)K有較大的穩(wěn)定值，K與U不論在理論上和實(shí)際上都保持較好的線性關(guān)系。一般差動(dòng)變壓器的功率控制在1瓦左右，因此U取值在38伏范圍之內(nèi)。為保證傳感器有較好的線1 1性度，其測(cè)量范圍為線圈骨架長(zhǎng)度的10到4。因此可以測(cè)量大位移范圍。4.差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路包括哪些元件和參數(shù)？各自的含義是什么？答：差動(dòng)變壓器式傳感器在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下，其等效電路如題圖4 4所示。其中U1為初級(jí)線圈L1a的激勵(lì)電壓，r1為初級(jí)

23、線圈直流電阻， L1為初級(jí)線圈交流電感，r2a, 12b為兩次級(jí)線圈直流電阻，L2a , L2b為兩次級(jí)線圈的交流電感。 初級(jí)線圈與兩次級(jí)線圈的互感系數(shù)為 M1, M 2 ,線圈W2a的感應(yīng)電勢(shì)為E2a ,線圈W2b的感應(yīng)電勢(shì)為 E2b O5.差動(dòng)變壓器式傳感器的零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么？怎樣減小和消除它的影響?答：差動(dòng)電壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。對(duì)零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜主 要由基波和三次諧波組成，基波產(chǎn)生的主要原因是傳感器兩個(gè)次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱，三 次諧波產(chǎn)生的原因主要是磁性材料磁化曲線的非線性(磁飽和，磁滯)所造成的。消除或減小零點(diǎn)殘余電

24、壓的主要方法有：盡可能保證傳感器幾何尺寸，線圈電氣參數(shù)和磁路的相互對(duì)稱。傳感器設(shè)置良好的磁屏蔽，必要時(shí)再設(shè)置靜電屏蔽。將傳感器磁回電路工作區(qū)域設(shè)計(jì)在鐵芯曲線的線性段。采用外電路 補(bǔ)償。配用相敏檢波測(cè)量電路。6,簡(jiǎn)述相敏檢波電路的工作原理，保證其可靠工作的條件是什么？答：相敏檢波電路如題圖 4 6 ( a)所示。圖中Vdi, Vd2 , VD3 Vd4為四個(gè)性能相同的 二極管。以同一方向串聯(lián)接成一個(gè)閉合回路，組成環(huán)形電橋。輸入彳t號(hào)U 2 (差動(dòng)變壓器式傳感器輸出的調(diào)諧波電壓)通過(guò)變壓器 T1加入環(huán) 形電橋的一個(gè)對(duì)角線上，參考彳t號(hào)U S通過(guò)變壓 器T2加到環(huán)形電橋的另一個(gè)對(duì)角線上，為保證相敏檢

25、波電路可靠工作，要求U S的幅值要遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)U2的幅值，以便有效控制四個(gè)二極管的導(dǎo)通狀態(tài)，且U S和差動(dòng)變壓器式傳感器激勵(lì)電壓 U1Rl UiUo ni R2Rl ,在由同一振蕩器供電。保證二者同頻同相(或反相)。當(dāng)x>0時(shí)，U2與Us同頻同相。Vd1 , Vd4截止,VD2 , Vd3導(dǎo)通，則可得題圖4 6 ( b)所示等效電路。其輸出電壓表達(dá)式為U2與Us均為負(fù)半周時(shí)，Vd2、Vd3截止,Vd1、Vd 4導(dǎo)通，則題圖4 6 ( C)所示為等效電路，其Rl U1Uo輸出電壓表達(dá)式亦為必R 2RL ，這說(shuō)明只要位移X>0 ,不論U2與Us是正半周還是負(fù)半周，負(fù)載電阻Rl兩端得到

26、的電壓始終為正。當(dāng) X<0時(shí)，采用上述相同方法可以得到輸出電壓Uo的表達(dá)式Rl U2Uo為n1 R 2Rl 。( n1為變壓器T1的變比)。故題圖4 6 ( a)所示相敏檢波電路輸出電壓Uo的變化規(guī)律充分反映了被測(cè)位移量的變化規(guī)律，即電壓數(shù)值反映了 X大小，而Uo極性則反映了位移 X的方向7.已知一差動(dòng)整流電橋電路如題圖4-7所示。電路由差動(dòng)電感傳感器乙、Z2及平衡電阻R1、R2(R1R2)組成。橋路的一個(gè)R1 R2為平衡電阻，Ui為交流電對(duì)角接有交流電源 U i ,另一個(gè)對(duì) 角線為輸出端UO ,試分析該電路 的工作原理。解：題圖4 7為差動(dòng)整流電橋電路，Z1, Z2為差動(dòng)電壓傳感器,源

27、，C1、C2 , R3、R4構(gòu)成一 型濾波電路，輸出電壓為Uo 當(dāng)被測(cè)輸入量為零時(shí)，傳感器Zl與傳感器Z2相等，此時(shí)若Ui為正半周，則Vd1、Vd3導(dǎo)通，Vd2、Vd4截止，電流11流經(jīng)21,Vd3,R2,電流12流經(jīng)22,Vdi,Ri,如果四只二極管具有理想特性(導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻為零，截止時(shí)內(nèi)阻為無(wú)窮大)，則UR11 2 R1 , U R2I1 R2。且如題圖47所示UR1與U R2方向相反，Uo UR1 UR20。若Ui為負(fù)半周，則VD2、Vd4導(dǎo)通，Vd1、Vd3截止，電流I1流名5R1,Vd2，乙，而電流I2流經(jīng)R2,Vd4，乙，此時(shí)UR1I1R1,UR2I2R2,且如圖所示UR1與UR2方

28、向相反，Uo UR1UR20。 當(dāng)被測(cè)輸入量不等于零，且Z1 > Z2 ,若U i為正半周，此時(shí)有1 < 2 >1>2>UoUR1 UR2>0。若 Ui 為負(fù)半周此時(shí) UR1I1R1UR2I2R2I1(l2 則Uo ur UR2>o,即不論Ui為正半周還是負(fù)半周，U0輸出電壓始終為正。 當(dāng)被測(cè)輸入量不等于零，且 Z1< Z2時(shí)，采用相同的分析方法同理可得：Uo U R1 UR2<0 ,即不論Ui為正半周還是負(fù)半周， Uo輸出電壓始終為負(fù)。5000所以該測(cè)量電路輸出電壓幅值反映了被測(cè)量的大小，而U0的符號(hào)則反映了該被測(cè)量的變化方向8.已知變氣

29、隙電感傳感器的鐵芯截面積S 1.5cm2,磁路長(zhǎng)度L 20cm,相對(duì)磁導(dǎo)率氣隙 00.5cm,0.1mm ,真空磁導(dǎo)率0 410 H/m ,線圈匝數(shù)W 3000,求單端式傳感器的靈敏度L/。若做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度將如何變化?解:L。L0soW21.5 10 4 410 7 300022 02 0.5 10 227420S0W4101.5 10300022 0.5 0.01 10169.6mH169.6 3.5mHK靈敏度：30 35Hm接成差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，則K 2 , 70Hm靈敏度提高一倍。7 .何謂渦流效應(yīng)？怎樣利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量？答：塊狀金屬導(dǎo)體置于變化著的磁物中，或在磁場(chǎng)中作

30、切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng) 電流，此電流叫電渦流，所產(chǎn)生電渦流的現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器的測(cè)試系統(tǒng)由電渦流式傳感器和被測(cè)金屬兩部分組成。當(dāng)線圈中通以交變電流11時(shí)，其周圍產(chǎn)生交變磁物 H 1 ,置于此磁物中的導(dǎo)體將感應(yīng)出交變電渦流1 2 , 1 2又產(chǎn)生新的交變磁物 H 2 ,H2的作用將反抗原磁物 H1,導(dǎo)致線圈阻抗Z發(fā)生變化，Z的變化完全取決于導(dǎo)體中的電渦流效應(yīng)，而電渦流效應(yīng)既與導(dǎo)體的電阻率 ，磁導(dǎo)率 ，幾何尺寸有關(guān)，又與線圈的幾何參數(shù)、線圈中的激磁電流 頻率f有關(guān)，還與線圈和導(dǎo)體間的距離 X有關(guān)，因此，可得等效阻抗 Z的函數(shù)差系式為Z F（ 、r、f、X）式中

31、r為線圈與被測(cè)體的尺寸因子。以上分析可知，若保持，r, f參數(shù)不變，而只改變 x參數(shù)。則Z就僅僅是關(guān)于x單值函數(shù)。測(cè)量出等效阻抗 Z ,就可實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量 x的測(cè)量。8 .電渦流的形成范圍包括哪些內(nèi)容？它們的主要特點(diǎn)是什么？r以（1.8 2.5） ras答：電渦流的形成范圍包括電渦流的徑向形成范圍、電渦流強(qiáng)度與距離的關(guān)系和電渦流的軸向貫穿深度。電渦流的徑向形成范圍的特點(diǎn)為：金屬導(dǎo)體上的電渦流分布在以線圈軸線為同心, 為半徑的范圍之內(nèi)（ras為線圈半徑），且分布不均勻。在線圈軸線（即短路環(huán)的圓心處）內(nèi)渦流密度為零。電渦流密度的最大值在 r ras附近的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)。電渦流強(qiáng)度與距離 X呈非線性關(guān)

32、系。且隨著X的增加，電渦流強(qiáng)度迅速減小。 當(dāng)利用電渦流式傳感器測(cè)量位移時(shí)，只有在.X£s =0.050.15的范圍內(nèi)才具有較好的線性度和較高的靈敏度。電渦流的軸向貫穿深度按指數(shù)規(guī)律分布，即電渦流密度在被測(cè)體表面最大，隨著深度的增加，按指數(shù) 規(guī)律衰減。9 .電渦流傳感器常用測(cè)量電路有幾種？其測(cè)量原理如何？各有什么特點(diǎn)？ 答：電渦流傳感器常用的測(cè)量電路有：調(diào)頻式測(cè)量電路和調(diào)幅式測(cè)量電路二種。第五章1 .根據(jù)工作原理可將電容式傳感器分為那幾種類型？每種類型各有什么特點(diǎn)？各適用于什么場(chǎng)合？答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式彳感器有三種基本類型，即變極距（d）型（又稱變間隙型）、變面積（A）型和變介電常數(shù)（9型。變間隙型可測(cè)量位移， 變面積型可測(cè)量直線位移、角位移、尺寸，變介電常數(shù)型可測(cè)量液體液位、材料厚度。電容式傳感器具有以下特點(diǎn)：功率小，阻抗高，由于電容式傳感器中帶電極板之間的靜電引力很小，因此，在信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中，只需要施加較小的作用力，就可以獲得較大的電容變化量及高阻抗的輸出；動(dòng)