傳感器與測試技術(shù)作業(yè)題第五章重點(diǎn)

1、第五章電感式傳感器思考題：1、說明變氣隙型電感傳感器、差動(dòng)變壓器式傳感器和渦流傳感器的主要組成、工作原理和基本特性。答：a）變氣隙型電感傳感器主要由線圈、鐵心、銜鐵三部分組成的。線圈是套在鐵心上的，在鐵心與銜鐵之間有一個(gè)空氣隙， 空氣隙厚度為3。傳感器的運(yùn)動(dòng)部分 與銜鐵相連。當(dāng)外部作用力作用在傳感器的運(yùn)動(dòng)部分時(shí)，銜鐵將產(chǎn)生位移，使空氣隙S發(fā)生變化，磁路磁阻Rm發(fā)生變化，從而引起線圈電感的變化。線圈電感 L的變化與空氣隙S的變化相對應(yīng)，這樣只要測出線圈的電感就能判定空氣隙的 大小，也就是銜鐵的位移。b）差動(dòng)變壓器式傳感器主要由鐵心、銜鐵和線圈組成。線圈又分為初級線圈（也稱激勵(lì)線圈）和次級線圈（也

2、稱輸出線圈）。上下兩個(gè)鐵心及初級、次級線圈是 對稱的。銜鐵位于兩個(gè)鐵心中間。上下兩個(gè)初級線圈串聯(lián)后接交流激磁電壓，兩個(gè)次級線圈按電勢反相串聯(lián)。它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，一般用于測量幾微米至幾 百微米的機(jī)械位移。缺點(diǎn)是示值范圍小，非線性嚴(yán)重。c）渦流傳感器的結(jié)構(gòu)很簡單，有一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成。線圈用高強(qiáng) 度漆包線或銀線繞制而成，用粘合劑站在框架端部，也可以在框架上開一條槽， 將導(dǎo)線繞在槽內(nèi)形成一個(gè)線圈。渦流傳感器的工作原理是渦流效應(yīng)，當(dāng)一塊金屬 導(dǎo)體放置在一變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中漩渦那 樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。渦流傳 感器最

3、大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，可以測量振動(dòng)、位移、厚度、轉(zhuǎn)速、 溫度和硬度等參數(shù)，還可以進(jìn)行無損探傷，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈 敏度高、測量線性范圍大、體積小等優(yōu)點(diǎn)。2、為什么螺管型電感傳感器比變氣隙型電感傳感器有更大的測位移范圍？答：變氣隙型靈敏度高，因?yàn)樵細(xì)庀?3 0一般取得很?。?.10.5mm）,當(dāng)氣隙 變化為 3 =1卩m時(shí)，電感的相對變化量 L/Lo可達(dá)0.010.002,因而它對處理 電路的放大倍數(shù)要求低。它的主要缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重，為了減小非線性，量程就 必須限制在較小范圍內(nèi)，通常為氣隙 3 0的1/5以下，同時(shí)，這種傳感器制造裝 配困難。變面積型的靈敏度比便器習(xí)性的

4、低， 它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好對吧線性， 量 程較大，制造裝配比較方便，應(yīng)用較廣。螺管型的靈敏度比變面積型的還低，但 量程大，線性較好，制造裝配方便，與變面積型相比，批量生產(chǎn)的互換性強(qiáng)，應(yīng) 用越來越多。3、電感式傳感器的測量電路主要形式是什么？答：交流電橋是電感傳感器的主要變換電路。 橋臂可以是電阻、容抗或感抗元件。 當(dāng)不接負(fù)載（或負(fù)載阻抗為無窮大）時(shí)，其輸出稱為開路輸出電壓，表達(dá)式為：y = 鬲甘 爲(wèi) & = 心禺一乙乙 /0+Z3+Z4 1 （Z1+Z訂（爲(wèi)+當(dāng)電橋平衡時(shí)，即ZiZ3=Z2 Z4,電橋的輸出；二；，當(dāng)橋臂阻抗發(fā)生變化時(shí)，弓I起電橋不平衡，1將不再為0,通過1的變化，可以確定橋臂阻

5、抗的變化。實(shí)際 應(yīng)用中，交流電橋常與差動(dòng)式電感傳感器配用， 傳感器的兩個(gè)電感線圈作為電橋 的兩個(gè)工作臂，電橋的平衡臂可以是純電阻，也可以是變壓器的兩個(gè)次級線圈。4、與非差動(dòng)型性比，差動(dòng)型變磁阻式自感傳感器有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：具有下列優(yōu)點(diǎn)：a）線性好；b）靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時(shí)，輸出信號大一倍；c）溫度變化、電源波動(dòng)、外界干擾等對傳感器精度的影響，由于能互相抵消而 減小；d）電磁吸力對測力變化的影響也由于能相互抵消而減小。5、什么是差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓？如何消除？答：差動(dòng)變壓器隨銜鐵的位移輸出一個(gè)調(diào)幅波， 因而可以用反串電路作為轉(zhuǎn)換電 路，即直接將兩個(gè)次級線圈反向串接，傳感器的空載輸

6、出電壓等于兩個(gè)次級線圈 感應(yīng)電動(dòng)勢之差。最常用的差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路為差動(dòng)整流電路。把兩個(gè)次級電壓分別整流后，以它們的差為輸出端，這樣，次級電壓的相位和殘余電壓都不 必考慮。6什么叫渦流效應(yīng)？答：渦流傳感器的工作原理是渦流效應(yīng)，當(dāng)一塊金屬導(dǎo)體放置在一變化的磁場中， 導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中漩渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈， 所以稱之為 電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應(yīng)。7、壓磁式傳感器的工作原理是什么？答：壓磁式傳感器的工作原理是基于鐵磁材料的壓磁效應(yīng)，它具有輸出功率大， 抗干擾能力強(qiáng)，過載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)；但測量精度一般，頻率響應(yīng)較低， 常用于冶金、礦山、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)，用于測力和稱

7、重。近年來，應(yīng)用逐漸廣泛。8、為什么說感應(yīng)同步器是數(shù)字傳感器？答：感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面繞組的互感系數(shù)隨兩者的相對位置變化而變化， 來測量線位移和角位移的傳感器，可以分為直線感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器。9、試比較差動(dòng)電感傳感器幾種常用測量電路的特點(diǎn)。答：差動(dòng)傳感器幾種常用的測量電路有：變氣隙型、變面積型和螺管型三種。變 氣隙型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，一般用于測量幾微米至幾百微米的機(jī)械位移。 缺點(diǎn)是示值范圍小，非線性嚴(yán)重。變面積型傳感器通?？梢詼y量到幾秒的微小角 位移，輸出的線性范圍一般在土 10左右。螺管型與前面兩種相比，雖然靈敏度 低，但是示值范圍大，自由行程可以自由安排，制造裝配也比較方便

8、。10、比較低頻透射式和高頻反射式渦流傳感器測厚度的原理有什么不同？答：低頻透射式渦流傳感器：為了較好的測量厚度，激勵(lì)頻率要選的較低，一般 在500Hz。一般地說，測薄導(dǎo)體時(shí)，頻率略高些，測厚導(dǎo)體時(shí)頻率應(yīng)低些。測p較小的材料（如銅材）時(shí)，應(yīng)選較低的頻率（ 500Hz），而測p較大的材料（如 黃銅、鋁）時(shí)，則選用較高的頻率（2kHz），從而保證在測不同材料時(shí)，得到較 好的線性和靈敏度。高頻反射式渦流傳感器：傳感器和基準(zhǔn)面的距離x是固定的，將被測物體放在基 準(zhǔn)面上以后，可測出渦流傳感器與被測物體之間的距離 d，于是可以求出被測物 體的厚度h=x-d。作業(yè)題：1、 當(dāng)自感式傳感器結(jié)構(gòu)和材料確定后，電

9、感L為氣隙截面積S及空氣隙長度S 的函數(shù)。S固定，可構(gòu)成變氣隙型傳感器。S固定，可構(gòu)成 變面積型傳感器。2、變氣隙型電感傳感器靈敏度 高，非線性嚴(yán)重，量程較小。變面積型電感傳感 器的靈敏度比空氣隙型的低，線性性好，量程較大。螺管型電感傳感器的靈敏度 比變面積型的還低，量程大：線性性較好。3、差動(dòng)電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是：兩個(gè)磁導(dǎo)體的幾何尺寸 完全相同，材料性能 完全相同，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸 也完全相同。4、差動(dòng)式的與單線圈的電感傳感器相比，具有線性 好、靈敏度提高一倍和測量 精度高的優(yōu)點(diǎn)。5、交流電橋的平衡條件是 Z1Z3=Z2Z4。6 零位誤差是指輸入為零時(shí)，輸出不為零。減小零位誤差

10、的方法是減小電源中 的諧波成分，還可以采用補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償。7、根據(jù)電磁場的理論，渦流的大小與導(dǎo)體的 電阻率p、導(dǎo)磁率u、導(dǎo)體厚度t 及線圈與導(dǎo)體之間的距離 X、線圈的激磁頻率3等參數(shù)有關(guān)。改變線圈和導(dǎo)體之 間的距離，可以做成測量位移、厚度、振動(dòng)的傳感器：改變導(dǎo)體的 電阻率，可以 做成測量表面溫度、檢測材質(zhì)的傳感器；改變導(dǎo)體的導(dǎo)磁率，可以做成測量應(yīng)力、 硬度的傳感器，同時(shí)改變X, p和，可以對導(dǎo)體進(jìn)行探傷。8、 低頻透射式渦流傳感器的測量原理是：當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈之間放入金屬 板后，引起接收線圈感應(yīng)電勢 E2的變化，金屬板的厚度S越大,E2就越小。通 常，測薄導(dǎo)體時(shí)，激勵(lì)頻率較高，測厚導(dǎo)體時(shí)激勵(lì)頻率應(yīng)較低。測較小的材料時(shí)，應(yīng)選較低的頻率，而測”較大的材料（黃銅、鋁）時(shí)，貝U選用 較高的頻率。9、渦流傳感器最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，應(yīng)用非常廣泛，可以檢測 位移和尺寸、厚度、轉(zhuǎn)速、溫度和渦流探傷。10、感應(yīng)同步器的激磁方式有兩種：一種是以滑尺（或定子）激磁,由定尺（或 轉(zhuǎn)