傳感器原理與應(yīng)用 A 試題答案

鄭州廣播電視大學(xué)2008~2009學(xué)年度期末考試傳感器原理與應(yīng)用A試題答案一、填空（每空1分，共20分）1、敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路2、線性度靈敏度遲滯重復(fù)性（任填三個(gè)）3、瞬態(tài)響應(yīng)法頻率響應(yīng)法4、單臂電橋差動(dòng)電橋差動(dòng)全橋5、電磁感應(yīng)電感（自感或互感）自感式（電感式）互感式（差動(dòng)變壓器式）6、高頻反射式低頻透射式7、變極距型變面積型變介電常數(shù)型二、名詞解釋（每小題5分，共20分）1、傳感器――傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置?；?qū)⒈粶y(cè)非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系電量輸出的器件或裝置。（5分）2、電渦流效應(yīng)――根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流,此電流叫電渦流,以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。（5分）3、靈敏度――在穩(wěn)態(tài)下傳感器輸出的變化量Δy與引起此變化量的輸入變化量Δx的比值即為其靈敏度，用K表示，即K=輸出量的變化量/輸入量的變化量＝Δy/Δx。（5分）4、壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)）――某些物質(zhì)沿某一方向受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí)其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，此時(shí)在這種材料的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)。（3分）當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨之改變。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)”或“順壓電效應(yīng)”。（1分）反之，當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)”或“電致伸縮效應(yīng)”。（1分）三．.簡答（每小題6分，共18分）1、應(yīng)變片在使用時(shí)，為什么會(huì)產(chǎn)生溫度誤差？如何補(bǔ)償？答：由于環(huán)境溫度帶來的誤差稱為溫度誤差，又稱熱輸出。（2分）溫度誤差主要是由于電阻材料阻值隨著溫度變化而引起，另外，應(yīng)變片與試件不能隨溫度變化同步變形也會(huì)產(chǎn)生附加形變。（2分）可采用自補(bǔ)償法和線路補(bǔ)償法來補(bǔ)償溫度誤差。（2分）2、什么是應(yīng)變效應(yīng)?金屬絲材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)與半導(dǎo)體材料的有何不同？答：導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外界力的作用時(shí)，產(chǎn)生機(jī)械變形，機(jī)械變形導(dǎo)致其阻值變化，這種因形變而使阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。（2分）對(duì)于金屬材料，其電阻變化主要是由于尺寸變化引起的，可通過實(shí)驗(yàn)方法來確定應(yīng)變靈敏系數(shù)；（2分）對(duì)于半導(dǎo)體材料，受力后電阻變化主要是由電阻率變化引起，其靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片高。（2分）3、簡述自感式傳感器與差動(dòng)變壓器式傳感器的異同。答：(1)不同點(diǎn)：1)自感式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成自感系數(shù)的變化；（2分）2)差動(dòng)變壓器式傳感器把被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化。（2分）(2)相同點(diǎn)：兩者都屬于電感式傳感器，都可分為氣隙型、截面型和螺管型三種。（2分）四、分析與計(jì)算（1、2、3每小題10分，4小題12分，共42分）1、如右圖所示，試推導(dǎo)變面積式電容傳感器的靈敏度。（10分）解：對(duì)于平板直線位移式電容傳感器，當(dāng)其中一個(gè)極板發(fā)生x位移后，改變了兩極板間的遮蓋面積S，電容量C同樣隨之變化。（2分）當(dāng)x=0時(shí)，若忽略邊緣效應(yīng)，（2分）當(dāng)x≠0時(shí)，若忽略邊緣效應(yīng)，（2分）電容變化量：（2分）靈敏度：（2分）2、采用阻值R=120?、靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片與阻值R=120?的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)椋?000μ時(shí)，若要使輸出電壓大于10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？（10分）解：（2分）單臂電橋的輸出電壓：（2分）半橋差動(dòng)的輸出電壓：（2分）全橋差動(dòng)的輸出電壓：（2分）所以要采用全橋差動(dòng)的方式。（2分）3、分析螺旋管式差動(dòng)變壓器的工作原理。（10分）解：對(duì)于差動(dòng)變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)繞組互感相同，因而由初級(jí)側(cè)激勵(lì)引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。由于兩個(gè)次級(jí)繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。（4分）當(dāng)銜鐵移向某個(gè)次級(jí)繞組一邊時(shí)，將使初級(jí)繞組與該次級(jí)繞組的互感增大，與另一個(gè)次級(jí)繞組的互感減小，因而使一個(gè)次級(jí)繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于另一個(gè)次級(jí)繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)就越大。（4分）差動(dòng)變壓器的輸出電壓的有效值為：（2分）4．如果要測(cè)量加速度可以選用哪些傳感器？比較各種不同傳感器轉(zhuǎn)換原理的異同。（12分）答：1）應(yīng)變式傳感器：將被測(cè)加速度轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變梁上質(zhì)量塊的慣性力，利用應(yīng)變片測(cè)出該力，從而求得加速度。（3分）2）電容式傳感器：兩極板間有一個(gè)用彈簧支撐的質(zhì)量塊m，質(zhì)量塊的兩端面經(jīng)拋光后作為動(dòng)極板，當(dāng)有加速度時(shí)，由于m的慣性作用，使其相對(duì)固定電極產(chǎn)生位移，將被測(cè)加速度轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)極板的位移，求出電容變化即可求得加速度。（3分）3）差動(dòng)變壓器：將銜鐵與被測(cè)振動(dòng)體相連。當(dāng)被測(cè)體帶動(dòng)銜鐵以加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，差動(dòng)變壓器的銜鐵被帶著一起振動(dòng)，相應(yīng)的輸出電壓也按相同的