測(cè)試技術(shù)課后題4傳感器

習(xí)題4常用傳感器4.6電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑δ0=0.3mm，介質(zhì)為空氣。問(wèn):

r=4mm，工作初始極板間距離①假如極板間距離變化量Δδ

=±lμm，電容的變化量

C是多少

?②假如丈量電路的敏捷度

S1=100mv/pF,

讀數(shù)儀表的敏捷度

S2=5格/mV，在Δδ

=±1μm時(shí)，讀數(shù)儀表的變化量為多少

?解CCCC0πr228.8510123.14(4103)2(106)(0.3103)24.9410154.94103pFxS1S2C100mV/pF5格/mV(4.94103)pF2.47格4-1什么是應(yīng)變片的敏捷系數(shù)？它與電阻絲的敏捷系數(shù)有何不一樣？為何？一般狀況下，應(yīng)變片的敏捷系數(shù)小于電阻絲的敏捷系數(shù)。原由是：當(dāng)應(yīng)變片粘貼于彈性體表面也許直接將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)試件上時(shí)，因?yàn)榛缀驼辰Y(jié)劑的彈性模量與敏感柵的彈性模量之間有差異等原由，彈性體或試件的變形不行能所有平均地傳達(dá)到敏感柵；絲柵橫向效應(yīng)的影響。4-2金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不一樣？前者利用金屬應(yīng)變?nèi)瞧痣娮璧淖兓?；此后者是利用半?dǎo)體電阻率變化惹起電阻的變化（壓阻效應(yīng)）。4-3試比較自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同。不一樣點(diǎn)：自感式傳感器把被測(cè)非電量的變化變換成自感系數(shù)的變化；差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)非電量的變化變換成互感系數(shù)的變化。同樣點(diǎn)：二者都屬于電感式傳感器，都可以分為氣隙型、截面型和螺管性三各種類。4-4在自感式傳感器中,螺管式自感傳感器的敏捷度最低，為何在實(shí)質(zhì)應(yīng)用中卻應(yīng)用最廣泛？答：在自感式傳感器中，固然螺管式自感傳感器的敏捷度最低，但示值范圍大、線性也較好；同時(shí)還具備自由行程可任意安排、制造裝置方便、可互換性好等長(zhǎng)處。因?yàn)榫邆淞诉@些長(zhǎng)處，而敏捷度低的問(wèn)題可在放大電路方面加以解決，故目前螺管式自感傳感器應(yīng)用中最廣泛。4-5為何電容式傳感器易受攪亂？如何減小攪亂？(1)傳感器兩極板之間的電容很小，僅幾十個(gè)pF，小的甚至只有幾個(gè)pF。(2)而傳感器與電子儀器之間的連接電纜卻擁有很大的電容，如障蔽線的電容最小的l米也有幾個(gè)pF，最大的可達(dá)上百個(gè)pF。這不但使傳感器的電容相對(duì)變化大大降低，敏捷度也降低，更嚴(yán)重的是電纜自己擱置的地點(diǎn)和形狀不一樣，或因振動(dòng)等原由，都會(huì)惹起電纜自己電容的較大變化，使輸出不真實(shí)，給丈量帶來(lái)偏差。解決的方法，一種方法是利用集成電路，使放大丈量電路小型化，把它放在傳感器內(nèi)部，這樣傳輸導(dǎo)線輸出是直流電壓信號(hào)，不受分布電容的影響;采納障蔽傳輸電纜，合適降低分布電容的影響。因?yàn)殡娎|分布電容對(duì)傳感器的影響，使電容式傳感器的應(yīng)用遇到必定的限制。4-6用壓電式傳感器能丈量靜態(tài)或變化很緩慢的信號(hào)嗎？為何？因?yàn)椴恍蟹婪兜卮嬖陔姾尚孤?，利用壓電式傳感器丈量靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)量值時(shí)，一定采納必定措施，使電荷從壓電元件經(jīng)丈量電路的漏失減小到足夠小的程度；動(dòng)向丈量時(shí)，電荷可以不停增補(bǔ)，從而供應(yīng)丈量電路必定的電流，故壓電式傳感器適合做動(dòng)向丈量。4-7什么是物性型傳感器?什么是結(jié)構(gòu)型傳感器?試舉例說(shuō)明。物性型傳感器依靠敏感元件資料自己的物理變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。比方利用水銀的熱脹冷縮現(xiàn)象制成水銀溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫；利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成壓電測(cè)力計(jì)等。結(jié)構(gòu)型傳感器依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。比方，電容式傳感器依靠極板間距離變化惹起電容量變化；電感式傳感器依靠銜鐵位移惹起自感或互感變化等。4-8有源型傳感器和無(wú)源型傳感器有何不一樣?試舉例說(shuō)明。有源型傳感器即能量控制型傳感器，是從外面供應(yīng)輔助能量使其工作的，并由被丈量來(lái)控制外面供應(yīng)能量的變化。比方，電阻應(yīng)變丈量中，應(yīng)變計(jì)接于電橋上，電橋工作能源由外面供應(yīng)，而因?yàn)楸徽闪孔兓瞧饝?yīng)變計(jì)的電阻變化來(lái)控制電橋的不均衡程度。其余電感式測(cè)微儀、電容式測(cè)振儀等均屬此各種類。無(wú)源型傳感器即能量變換型傳感器，是直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作的，比方，熱電偶溫度計(jì)、彈性壓力計(jì)等。但由千這種傳感器是被測(cè)對(duì)象與傳感器之間的能量傳輸，必然以致被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的變化，而造成丈量偏差。4-9采納位移傳感器應(yīng)注意哪些問(wèn)題?4-11壓電式加快度傳感器的固有電容為Ca，電纜電容為Cc，電壓敏捷度Ku=U0/a(a為被測(cè)加快度)，輸出電荷敏捷度K=Q/a。試推導(dǎo)K和K的關(guān)系。quq解：QCaU0KqaCaKuaKqCaKu4-12丈量溫度的金屬熱電阻應(yīng)擁有什么特征?（1）溫度系數(shù)i的值要大溫度系數(shù)i越大，敏捷度越高。純金屬的溫度系數(shù)i比合金要高。一般使用純金屬。2）其資料的物理、化學(xué)性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)固3）電阻溫度系數(shù)要保持常數(shù)4）擁有較高的電阻率可以減少熱電阻體積和熱慣性。5）資料簡(jiǎn)單提純，保證較好的復(fù)制性滿足以上要求的資料有鉑、銅、鐵和鎳。而鉑和銅應(yīng)用較廣。4-13SnO

2半導(dǎo)體氣敏元件與其余種類氣敏元件對(duì)比，有什么特色

?電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣敏半導(dǎo)體資料，如氧化錫(SnO2)、氧化錳

(MnO2)

等金屬氧化物制成敏感元件，當(dāng)它們汲取了可燃?xì)怏w的煙霧，如氫、一氧化碳、烷、醚、醇、苯以及天然氣、沼氣等時(shí)，會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，放出熱量，使元件溫度相應(yīng)增高，電阻發(fā)生變化。利用半導(dǎo)體資料的這種特征，將氣體的成分和濃度變換成電信號(hào)。敏捷度高、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)和成本低4-14如何改進(jìn)單極式變極距型電容傳感器的非線性？為減小非線性偏差，一般取極距相對(duì)變化范圍Δδ/δ0≤0.1；為改進(jìn)非線性，提升敏捷度和減少外界要素(如電源電壓、環(huán)境溫度等)的影響，常采用差動(dòng)形式。4-15電容式傳感器，極板寬度b=4mm，縫隙=0.5mm，極板間介質(zhì)為空氣，試求其靜態(tài)敏捷度。若極板挪動(dòng)2mm，求其電容變化量。解：Cεblδεb8.854101241031012S70.8(F/m)=0.0708(pF/mm)δ0.5103CSl0.070820.142(pF)4-16壓電式傳感器的放大電路有哪些？為何多采納電荷放大器？電壓放大器，電荷放大器。電荷放大器敏捷度與電纜長(zhǎng)度沒(méi)關(guān)，下限頻率較低。3-6圖3-28a所示電容式傳