[小学教育]传感器与自动检测技术(第二版)余成波主编第三章答案

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1、传感器与自动检测技术作业电信10-1杨文军1006110124传感器与自动检测技术作业电信10-1杨文军1006110124第三章3.3金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同?答：金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律，应变片的结构尺寸变化时，电阻也会相应地变化，其电导率P并未发生变化。而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是，其电导率P则发生变化的现象。3.5某一直流电桥，供电电源电动势E=局二心二100Q,R和&为相同型号的电阻应变片，其电阻均为100

2、Q,灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别黏贴于等强度梁同一截面的正、反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000^,试求此时电桥输出端电压％。解：由题意知：分析得差动电桥因为:Uo=E(R]+A/?iR+A/?i+/?2—A/?2R3R3+R4又A/?i==Ri,R3=R4,所以Uo」E空2R又冇匹=Ks&；因此：Uo=LE7Cs£v=-x3x2x5000xW6=0.015VR22所以：此时电桥输出电压U0=0.015Vc3.6哪些因素引起应变片的温度误差，写出相对的误差表达式，并说明电路补偿法的原理。答：第一，由于测量

3、现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。产生应变片温度误差的主要因素冇：a、电阻温度系数的影响：：敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：当温度变化△t时，电阻丝电阻的变化值为ARt=Rt-R0=RoaoAt；b、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响:当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同吋，不论环境温度如何变化，电阻丝•的变形仍和自山状态一样,不会产牛附加变形。当试件和电阻丝线膨胀系数不同时，山于环境温度的变化,电阻丝会产生附加变形，从而产生附加电阻。有：AR/Ro=aAto根据电路分析，可知电桥

4、输出电压〃。与桥臂参数的关系为：Uo=Ua—Uh=RR3RR4—R2R3uU—uR+R1R3+R4(R+/?2)(/?3+7?4)Uo=g(RR4—R2R3)U(R+R2)(R3+Ra)即g是由桥臂电阻和电源电压决定的常数。由此可知，当心心为常数时，心&对电桥输出电压％的作用效果相反。利用这一关系即可对测量结果进行补偿。3.12电感式传感器有几大类？各有何特点？答：1）电感式传感器分为自感式传感器、互感式传感辭和涡流式传感器等三大类。2）常用电感式传感器有变间隙型、变而积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制

5、成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加谋差。a、变间隙型电感传感器这种传感器的气隙§随被测最的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。§一般取在0」〜0.5毫米Z间。b、变面积型电感传感器这种传感器的诙芯和衔铁Z间的相对覆盖面积（即磁通截面）随被测量的变化而改变，从而改变磁阻。它的灵皱度为常数，线性度也很好。c、螺管插铁型电感传感器它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感最。这种传感

6、器的最程人，灵敏度低，结构简单，便于制作。3.13什么叫零点残余电压？产生的原因是什么?答：如图所不：第一问：当两线圈的阻抗相等时，即Z1=Z2,这时电桥平衡输出电压为零。由于传感器阻抗是一个复数阻抗，冇感抗也冇阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。若画出衔铁位移x与电桥输出电压U0有效值的关系Illi线，则如图所示，虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一•般把这个最小的输出电压称为零点残余压，并eO

7、表示。第二问：零点残余电压产生的主要原因冇两个方

8、M：1.由于两个二次测量线圈的等效参数不对称时输出地基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。2由于铁芯的B・H特性非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。3.17电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、儿何形状，线圈的儿何参数，激励电流的频率以及线圈到被测导体之间的距离等因素影响。电涡流式传感器具有结构更简单、体积小、灵嫩度高、测量线性范围大（频率响应宽）、抗干扰能力

9、强、不受油污等介质影响，并可以进行无接触测量等优点。3.18什么是压电效应？以石英晶体为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的?种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。当去掉外力后，他又璽新回到不带电状态。石英晶体属于单晶体，化学式为SiO2,外形结构呈六面体，沿各方