《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后标准答案

出电压U的表达式为

0u0??RL?u2n1?R?2RL?。（n1为变压器T1的

变比）。故题图4—6﹙ａ﹚所示相敏检波电路输出电压u的变化规律充分反映了被测位移量的变化规

0律，即电压数值反映了?x大小，而u极性则反映了

0位移?x的方向。

7. 已知一差动整流电桥电路如题图4-7所示。电路由差动电

题图4-7 差动整流电桥电路 感传感器Z、Z112及平衡电阻R、R（R12i?R2）组成。桥路的一个对角

O

接有交流电源U，另一个对角线为输出端U，试分析该电路的工作原理。

解：题图4—7为差动整流电桥电路，Z，Z为差动电

12压传感器，R1?UC1、C2、?R2为平衡电阻，i为交流电源，?型滤波电路，输出电压为U。

012R3、R4构成一?①当被测输入量为零时，传感器Z与传感器Z相等，

?此时若U为正半周，则V、V导通，V、V截止，

iD1D3D2D4电流I流经Z，V，R，电流I流经Z，V，R，如

11D3222D11

果四只二极管具有理想特性（导通时内阻为零，截止时内阻为无穷大），则UR??12?1??R??I??R?IU21，R212。且如题

U0?UR图4—7所示UR与UR方向相反，

D2D4D1D3???U??0?R2i为1。若U1V截止，V导通，V、负半周，则V、电流I??流经R，

1??I??R?流经R2，VD4，Z2，此时UVD2，Z1，而电流I?2R111，??I??RUR222，且如图所示

?UR1与

?UR2方向相反，

??U??U??0U0R1R2。

?②当被测输入量不等于零，且Z>Z，若U为正半周，

12i此时有I?R212，0R1R2>0。i为若U???I?RUR111负半周，此时，

???I?RUR222，

I?1<

I?2则

??U??U???U0R1R2>0，即不论Ui为正半周还是负半周，U0输

出电压始终为正。

③当被测输入量不等于零，且Z

12析方法同理可得：U0?UR0???U??R2<0，即不论Ui为正半周1?还是负半周，U输出电压始终为负。

所以该测量电路输出电压幅值反映了被测量的

?大小，而U的符号则反映了该被测量的变化方向。

08. 已知变气隙电感传感器的铁芯截面积S?1.5cm2，磁路长度L?20cm，相对磁导率?

1?5000，气隙?0?0.5cm，

?7????0.1mm，真空磁导率?0?4??10H/m，线圈匝数

。若做成差

w?3000，求单端式传感器的灵敏度?L??动结构形式，其灵敏度将如何变化？ 解：

?0S0W21.5?10?4?4??10?7?30002L0???169.6mH?22?02?0.5?10?0S0W24??10?7?1.5?10?4?30002L???169.6?3.5mH?22?2??0.5?0.01??10

?L3.5?10?3K???35H?3m 灵敏度：??0.1?10接成差动结构形式，则

K?2??L?70Hm ??灵敏度提高一倍。

9． 何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？

答：块状金属导体置于变化着的磁物中，或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流，此电流叫电涡流，所产生电涡流的现象称为电涡流效应。

电涡流式传感器的测试系统由电涡流式传感器和被测金属两部分组成。当线圈中通以交变电流I?时，

1?其周围产生交变磁物H，置于此磁物中的导体将感

1

??

应出交变电涡流I?，I?又产生新的交变磁物H，H的

222

2

?作用将反抗原磁物H，导致线圈阻抗Z发生变化，Z1的变化完全取决于导体中的电涡流效应，而电涡流效应既与导体的电阻率?，磁导率?，几何尺寸有关，又与线圈的几何参数、线圈中的激磁电流频率f有关，还与线圈和导体间的距离x有关，因此，可得等效阻抗Z的函数差系式为

Z?F（?、?、r、f、x）

式中r为线圈与被测体的尺寸因子。

以上分析可知，若保持?，?，r，f参数不变，而只改变x参数。则Z就仅仅是关于x单值函数。测量出等效阻抗Z，就可实现对位移量x的测量。 10． 电涡流的形成范围包括哪些内容？它们的主要特点是什么？

答：电涡流的形成范围包括电涡流的径向形成范围、电涡流强度与距离的关系和电涡流的轴向贯穿深度。

电涡流的径向形成范围的特点为：①金属导体上的电涡流分布在以线圈轴线为同心，以（1.8～2.5）rasas为半径的范围之内（r为线圈半径），且分布不均匀。

②在线圈轴线（即短路环的圆心处）内涡流密度为零。③电涡流密度的最大值在r?r附近的一个狭窄

as区域内。

电涡流强度与距离x呈非线性关系。且随着x的增加，电涡流强度迅速减小。当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在xr=0.05～0.15的范围内才具

as有较好的线性度和较高的灵敏度。

电涡流的轴向贯穿深度按指数规律分布，即电涡流密度在被测体表面最大，随着深度的增加，按指数规律衰减。

11． 电涡流传感器常用测量电路有几种？其测量原理如何？各有什么特点？

答：电涡流传感器常用的测量电路有：调频式测量电路和调幅式测量电路二种。

调频式测量电路如题图4—11﹙ａ﹚所示，传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改