傳感器技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)訓(xùn) 課后習(xí)題答案項(xiàng)目單元3

項(xiàng)目單元3

3.6習(xí)題參考答案

1.電感式傳感器分為哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？

答：電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的一種裝置,

傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。

電感式傳感器種類：自感式、互感式、渦流式、壓磁式、感應(yīng)同步器。

工作原理：自感、互感、渦流、壓磁。

2.比較差動(dòng)式電感傳感器和差動(dòng)變壓器式傳感器在結(jié)構(gòu)和工作原理上的異同。

答：自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器相同點(diǎn)：工作原理都是建立在電磁

感應(yīng)的基礎(chǔ)上，都可以分為變氣隙式、變面積式和螺旋式等。

不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上，自感式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為電感線圈的電感值

變化。差動(dòng)變壓器式電感式傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為傳感器互感的變化，

傳感器本身是互感系數(shù)可變的變壓器。

3.說明差動(dòng)變隙式電感傳感器的主要組成和工作原理，采用差動(dòng)變隙式電感傳感

器有何優(yōu)點(diǎn)。

答：差動(dòng)變隙式電感傳感器的主要由兩個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的電感線圈組成，電氣參數(shù)相

同，共用一個(gè)銜鐵，當(dāng)銜鐵發(fā)生位移時(shí)，一個(gè)線圈的電感量增加，一個(gè)電感量減

小，電感量的變化反應(yīng)了位移的大小。采用差動(dòng)變隙式電感傳感器優(yōu)點(diǎn)：1）差

動(dòng)變隙式電感傳感器靈敏度是單個(gè)電感傳感器的兩倍，2）可以改善電感傳感器

的線性。

4.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？

答：零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：主要是由傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)和幾

何尺寸不對(duì)稱，以及磁性材料的非線性等引起的。零點(diǎn)殘余電壓的波形十分復(fù)雜，

主要由基波和高次諧波組成?；óa(chǎn)生的主要原因是：傳感器的兩次級(jí)繞組的電

氣參數(shù)、幾何尺寸不對(duì)稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)幅值不等、相位不同，因

此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線圈中感應(yīng)電勢(shì)都不能完全抵消。高次諧波（主

要是三次諧波）產(chǎn)生原因：是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁滯）。零

點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)設(shè)法減小Ux,否則將會(huì)影

響傳感器的測(cè)量結(jié)果。

5.什么是電渦流效應(yīng)?怎樣利用電渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測(cè)量？

答：電渦流效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生電渦流，且該電渦流所

產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)方向相反的一種物理現(xiàn)象。電渦流傳感器的敏感元件是

線圈，當(dāng)給線圈通以交變電流并使它接近金屬導(dǎo)體時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)被導(dǎo)

體電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)部分抵消，使線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化。

這種變化與導(dǎo)體的幾何尺寸、導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率有關(guān)，也與線圈的幾何參量、電流

的頻率和線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離有關(guān)。

進(jìn)行位移測(cè)量，可根據(jù)實(shí)際的已知位移量來標(biāo)定固定的線圈下的電感量，從

而以此進(jìn)行位移的測(cè)量。

6.選擇題

(1).現(xiàn)欲測(cè)量極微小的位移，應(yīng)選擇_工電感傳感器。希望線性好、靈敏

度高、量程為1mm左右、分辨率為lum左右，應(yīng)選擇C自感傳感器。

A、變隙式B、變面積式C、螺線管式

(2).希望線性范圍為±lmm,應(yīng)選擇線圈骨架長(zhǎng)度為_艮—左右的螺線管式

自感傳感器或差動(dòng)變壓器。

A、2mmB、20mmC、400mmD、1mm

(3).螺線管式自感傳感器采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)是為了B。

A、加長(zhǎng)線圈的長(zhǎng)度從而增加線性范圍

B、提高靈敏度，減小溫漂

C、減低成本

D、增加線圈對(duì)銜鐵的吸引力

(4).自感傳感器或差動(dòng)變壓器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了C。

A、提高靈敏度B、將輸出的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)

C、使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號(hào)的相位和幅度。

(5).電渦流接近開關(guān)可以利用電渦流原理檢測(cè)出J的靠近程度。

A、人體B、液體C、黑色金屬零件D、塑料零件

(6).電渦流探頭的外殼用制作較為恰當(dāng)。

A、不銹鋼B、塑料C、黃銅D、玻璃

2

(7).當(dāng)電渦流線圈靠近非磁性導(dǎo)體(銅)板材后，線圈的等效電感LC

調(diào)頻轉(zhuǎn)換電路輸出頻率fBo

A、不變B、增大C、減小

7、構(gòu)思一個(gè)多功能警棍，希望能夠?qū)崿F(xiàn)：①產(chǎn)生強(qiáng)烈眩光；②產(chǎn)生3x1(/v

左右的高壓；③能在50mm距離內(nèi)探測(cè)出犯罪嫌疑人是否攜帶槍支或刀具。請(qǐng)畫

出該警棍的外形圖，包括眩光燈按鍵、高壓發(fā)生器按鍵、報(bào)警LED、電源總開關(guān)

等，并寫出使用說明書。

說明書略

8、圖3.33所示的是一種差動(dòng)電感用的差動(dòng)整流電橋電路。電路由差動(dòng)電感

Li、L2、整流二極管VDI~VD4、平衡電阻RI、R2(RI=R2),以及低通濾波器Ci、

C2、R3、R4(C1=C2>R3=R4)等組成。整流橋的一對(duì)對(duì)角接點(diǎn)通過差動(dòng)電感Li、L2

(其感抗為XU、XL2)接激勵(lì)源UI,另一對(duì)對(duì)角接點(diǎn)作為輸出電壓端。請(qǐng)用不

同顏色的筆分別畫出Ui正半周和負(fù)半周流經(jīng)二極管及Ri、R2的電流山、IL2、

ILI、IL2以及它們?cè)赗I、R2上的壓降URI、UR2的極性。并說明銜鐵上移(感抗

XLI\、XL2I)時(shí)，URI、UR2哪個(gè)絕對(duì)值大,以及Uo的極性。

3

圖3.33差動(dòng)電感的差動(dòng)整流橋路

答：忽略R3、R4的影響，可知UO=URI-UR2。

若電源電壓U,上端為正、下端為負(fù)時(shí)，Vpi、Vps導(dǎo)通。當(dāng)差動(dòng)電感傳感器

Zi=Z+AZ,Z2=Z-^Z時(shí)，URI>UR2,Uo為負(fù)。當(dāng)差動(dòng)電感傳感器Zi=Z-4Z,

Z2=Z+AZ時(shí)，URI<UR2,UO為正。若電源電壓U,上端為負(fù)、下端為正時(shí)，Vpz、

vpa導(dǎo)通，。當(dāng)差動(dòng)電感傳感器z尸z+az,Z2=z-az時(shí)，uRI>uR2,u。為負(fù)。

I當(dāng)差動(dòng)電感傳感器ZkZ-aZ,Z2=Z+^Z時(shí)，UR《UR2,UO為正。因此，無論

電源電壓U,的正負(fù)如何，輸出電壓U。的大小反映AZ的大小，Uo的正負(fù)極

性反映4Z的正負(fù)情況（例如銜鐵的移動(dòng)方向）。

9、工業(yè)或汽車中經(jīng)常需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速、直線速度及累計(jì)行程等參

數(shù)?，F(xiàn)以大家都較熟悉的自行車的車速及累計(jì)公里數(shù)測(cè)量為例，來了解類似運(yùn)動(dòng)

機(jī)構(gòu)的類似原理。

現(xiàn)要求在自行車的適當(dāng)位置安裝一套傳感器及有關(guān)電路，使之能顯示出車速

（km/h）、及累計(jì)公里數(shù)（km）,當(dāng)車速未達(dá)到設(shè)定值（vmin）時(shí)綠色LED閃亮，

提示運(yùn)動(dòng)員加速；當(dāng)累計(jì)公里數(shù)達(dá)到設(shè)定值（Lmax）時(shí)，紅色LED閃亮、喇叭響，

提示運(yùn)動(dòng)員停下休息，計(jì)數(shù)器同時(shí)復(fù)位，為下一個(gè)行程作準(zhǔn)備。具體要求如下：

（1）畫出傳感器在自行車上的安裝簡(jiǎn)圖（要求做到讀者能看懂兩者之間的

相互關(guān)系）；

（2）畫出測(cè)量轉(zhuǎn)換電路原理框圖（包括顯示電路）

（3）簡(jiǎn)要說明工作原理。寫出公里數(shù)L與車輪直徑D及轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)N之間的

計(jì)算公式；

（4）寫出車速v與車輪周長(zhǎng)1及車輪每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)n之間的計(jì)算公式。

答：工作原理：觀察自行車的結(jié)構(gòu)可知，車速及公里數(shù)與車輪的直徑及轉(zhuǎn)速

成正比，因此應(yīng)將注意力集中到自行車的前、后輪上。設(shè)車輪的直徑為D（m）,則

周長(zhǎng)1=TID,車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)即為自行車行駛距離的基本參數(shù)。若轉(zhuǎn)動(dòng)圈