传感器与测试技术作业题第五章

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1、第五章电感式传感器思考题：1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。答：a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻Rm发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励

2、线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。

3、这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ04的1/5以下，同时，这种

4、传感器制造装配困难。变面积型的灵敏度比便器习性的低，它的优点是具有良好对吧线性，量程较大，制造装配比较方便，应用较广。螺管型的灵敏度比变面积型的还低，但量程大，线性较好，制造装配方便，与变面积型相比，批量生产的互换性强，应用越来越多。1、电感式传感器的测量电路主要形式是什么？答：交流电桥是电感传感器的主要变换电路。桥臂可以是电阻、容抗或感抗元件。当不接负载（或负载阻抗为无穷大）时，其输出称为开路输出电压，表达式为：当电桥平衡时，即Z1Z3=Z2Z4，电桥的输出，当桥臂阻抗发生变化时，引起电桥不平衡，将不再为0，通过的变化，可以确定桥臂阻抗的变化。实际应用中，交流电桥

5、常与差动式电感传感器配用，传感器的两个电感线圈作为电桥的两个工作臂，电桥的平衡臂可以是纯电阻，也可以是变压器的两个次级线圈。2、与非差动型性比，差动型变磁阻式自感传感器有什么优点？答：具有下列优点：a)线性好；b)灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍；c)温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小；d)电磁吸力对测力变化的影响也由于能相互抵消而减小。3、什么是差动变压器的零点残余电压？如何消除？答：差动变压器随衔铁的位移输出一个调幅波，因而可以用反串电路作为转换电路，即直接将两个次级线圈反向串接，传感器的空载输出电压等于两个次

6、级线圈感应电动势之差。最常用的差动变压器的转换电路为差动整流电路。把两个次级电压分别整流后，以它们的差为输出端，这样，次级电压的相位和残余电压都不必考虑。4、什么叫涡流效应？答：涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈4，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。1、压磁式传感器的工作原理是什么？答：压磁式传感器的工作原理是基于铁磁材料的压磁效应，它具有输出功率大，抗干扰能力强，过载能力强、结构简单等优点；但测量精度一般，频率响应较低，常用于冶金、矿山、运输等工业，用于测力和

7、称重。近年来，应用逐渐广泛。2、为什么说感应同步器是数字传感器？答：感应同步器是利用两个平面绕组的互感系数随两者的相对位置变化而变化，来测量线位移和角位移的传感器，可以分为直线感应同步器和圆感应同步器。3、试比较差动电感传感器几种常用测量电路的特点。答：差动传感器几种常用的测量电路有：变气隙型、变面积型和螺管型三种。变气隙型传感器的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。变面积型传感器通常可以测量到几秒的微小角位移，输出的线性范围一般在±10°左右。螺管型与前面两种相比，虽然灵敏度低，但是示值范围大，自由行程可以自由