11月4日复习题解析(2)

?R1?K??R1?1.64?10?3?120?0.197?

（2）U0?E?R13???1.64?10?3?1.23mV 4R14?R1/R11.64?10?3?L???0.08%

2??R1/R12?1.64?10?3（3）若要减小非线性误差，一是要提高桥臂比，二是要采用差动电桥。

四、习题 （一）、选择题

1、影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（ ） A．导电材料电阻率的变化 B．导电材料几何尺寸的变化 C．导电材料物理性质的变化 D．导电材料化学性质的变化 2、电阻应变片的线路温度补偿方法有（ ）

A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法 C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路法

3、当应变片的主轴线方向与试件轴线方向一致，且试件轴线上受一维应力作用时，应变片灵敏系数K的定义是（ ）

A．应变片电阻变化率与试件主应力之比 B．应变片电阻与试件主应力方向的应变之比

C．应变片电阻变化率与试件主应力方向的应变之比 D．应变片电阻变化率与试件作用力之比 4、由（ ）、应变片及一些附件（补偿元件、保护罩等）组成的装置称为应变式传感器。 A．弹性元件 B．调理电路 C．信号采集电路 D．敏感元件 （二）、填空题

1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称（ ）效应；固体受到作用力电阻率要发生变化，这种现象称为（ ）效应。

2、要把微小应变引起的微小电阻变化精确的测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用（ ）或（ ）。

第4章 电感式传感器

一、学习要求：

1、掌握变磁阻电感式传感器的工作原理、输出特性、测量电路及典型应用。 2、掌握差动变压器式传感器的输出特性和灵敏度。 二、知识回顾

1、变磁阻电感式传感器

2N2N?0A0?工作原理：L? Rm2?输出特性：灵敏度K??L/L1? ???0测量电路：交流电桥、变压器式交流电桥、谐振式测量电路

2、差动变压器电感式传感器

当衔铁位于中间位置时：输出电压为0

6

???当衔铁上移??时，U0??当衔铁下移??时，U0??N2?Ui ?0N1??N2?Ui ?0N1?N2Ui灵敏度K?

N1?0零点残余电压产生的原因：3点，消除的办法：2点（62页） 三、作业题 4.3、4.9

（作业4.3）已知变气隙厚度电感式传感器的铁芯截面积S?1.5cm2，磁路长度L?20cm，相对磁导率?r?5000，气隙

?0?0.5cm， ????0.1mm，真空磁导率?0?4??10?7H/m，线

圈匝数W?3000，求单线圈式传感器的灵敏度?L/??。若将其做成差动结构，灵敏度如何变化？

???L解：?L?L0 ,K??0??W2?0A030002?4??10?7?1.5?10?4L0??H?54??10?3H ?22?02?0.5?1054??10?3所以：K??10.8??34，做成差动结构形式灵敏度将提高一倍。

0.5?10?2四、习题 （一）、选择题

1、电感式传感器的常用测量电路不包括（ ） A．交流电桥 B．变压器式交流电桥 C．脉冲宽度调制电路 D．谐振式测量电路 2、下列说法正确的是（ ）

A．差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置 B．差动整流电路可以判断衔铁的位置和运动方向

C．相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向 D．相敏检波电路可以判断位移的大小和位移的方向 3、零点残余电压产生的原因不包括（ ） A．传感器的两个次级绕组的电气参数不同 B．传感器的两个次级绕组的几何尺寸不对称 C．磁性材料磁化曲线的非线性 D．环境温度的升高 （二）、填空题

1、电感式传感器是建立在（ ）基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为（ ）或（ ）的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。

2、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种：（ ）电路和（ ）电路。

3、差动变压器结构形式有（ ）、（ ）和（ ）等，但它们的工作原理基本一样，都是基于（ ）的变化来进行测量的，实际应用最多的是（ ）

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变压器。

第5章 电容式传感器

一、学习要求：

1、掌握平板或圆筒电容式传感器的电容量表示 2、掌握电容式传感器的三种类别

3、掌握变面积型电容器的分类及测量原理；掌握变介质型、变极距型、差动变极距型电容式传感器的测量原理

4、掌握变极距、差动变极距型电容式传感器的灵敏度及其相对非线性误差分析方法 二、知识回顾

??A1、平板电容器分为变面积型、变介质型和变极距型，电容计算公式为C?0r

d2??0?rl2、圆筒电容器分为变面积型和变介质型，电容计算公式为C?

ln(R/r)3、变面积型：对于平板测线位移，

?C?x?? C0a2?h?0(?1?1)

ln(D/d) 变介质型：对于圆筒型，?C?C?C0?变极距型：?C?C0?d?d，非线性误差???100% d0d04、测量电路：调频电路、运算放大器、变压器式交流电桥、二极管双T型交流电桥、脉冲

宽度调制电路。 三、作业 5.2，5.8

5.2一个以空气为介质的平板电容式传感器结构如图5-3a所示，其中a=10mm、b=16mm，两极板间距d0?1mm。测量时，一块极板在原始位置上向左平移了2mm，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移灵敏度K0(已知空气的相对介电常数?r?1，真空时的介电常数?0?8.854?10?12F/m)。

解：（1）电容变化量

?0?r?xb8.854?10?12?1?2?10?3?16?10?3?C?d0?1?10?3?2.83?10?13

?C?x2mm???0.2 Ca10mm?C2.83?10?13K???1.41?10?10 ?3?x2?10

8

5.8（1）?C?9.88?10?3pF

（2）5格 四、习题 （一）、选择题

1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（ ） A．保持不变 B．增大一倍 C．减小一倍 D．增大两倍

2、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（ ） A．灵敏度增加 B．灵敏度减小 C．非线性误差增加 D．非线性误差不变 3、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（ ） A．变间隙式 B．变面积式

C．变介电常数式 D．空气介质变间歇式

4、电容式传感器中输入量与输出量的关系为线性的有（ ） A．变面积型电容传感器 B．变介质型电容传感器 C．变电荷型电容传感器 D．变极距型电容传感器 5、关于差动脉冲宽度调制电路的说法正确的是（ ） A．适用于变极板距离和变介质型差动电容传感器 B．适用于变极板距离差动电容传感器且为线性特性 C．适用于变极板距离差动电容传感器且为非线性特性 D．适用于变面积型差动电容传感器且为线性特性 （二）、简答题

1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？各适用于什么场合？ （四）、计算题

1、已知两极板电容传感器，其极板面积为A，两极板间介质为空气，极板间距1mm，当极距减少0.1mm时，求其电容变化量和传感器的灵敏度？若参数不变，将其改为差动结构，当极距变化0.1mm时，求其电容变化量和传感器的灵敏度？并说明差动传感器为什么能提高灵敏度并减少非线性误差。

??A?A?0A 解：（1）C0?0r?0?3?1000d01?10?C?C0?d0.1?1000?0A?100?0A d01K??C/C0100?0A/1000?0A?/mm?1/mm ?d0.1?d?200?0A d0（2）差动?C?2C0（3）差动K??dd02?C/C0200?0A/1000?0A?/mm?2/mm ?d0.12??0.1?100%??100%?1%

1第6章 压电式传感器

一、学习要求

1、掌握压电效应、正压电效应、逆压电效应的含义

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2、掌握石英晶体具有压电效应特性的分子结构特性、压电陶瓷的压电特性机理 3、掌握压电式传感器的等效电路与测量电路 4、掌握压电元件并联或串联的特性 二、知识回顾

1、压电效应：就是对某些电介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部将产生极化而使其表面出现电荷集聚的现象，也称为正压电效应。 逆压电效应

压电材料：石英晶体、多晶陶瓷材料和有机高分子聚合材料

2、石英晶体：电轴、机械轴、光轴、纵向压电效应、横向压电效应。 压电陶瓷的压电特性机理；

压电材料的主要特性参数（压电系数、弹性系数、介电常数、机电耦合系数、电阻和居里点等）及其含义

3、压电式传感器可以等效为一个电荷源和一个电容器并联；也可等效为一个与电容器串联的电压源。

4、与单片时相比，压电元件并联时，正负电极上的电荷量增加了一倍，总电容量增加了一倍，其输出电压与单片时相同；压电元件串联时，电荷量Q与单片时相同，总电容量为单片时的一半，输出电压增大了一倍。 三、作业题

6.1，6.3，6.9，6.12

（作业6.12）将压电式传感器与一只灵敏度为Sv且可调的电荷放大器连接，然后接到灵敏度为Sx?20mm/V的光线示波器上记录，现知压电式压力传感器灵敏度为Sp?5pc/Pa，该测试系统的总灵敏度为S?0.5mm/pa，试问：

（1） 电荷放大器的灵敏度Sv应调为何值（V/pc）?

（2） 用该测试系统测40Pa的压力变化时，光线示波器上光点的移动距离是多少？ 解：（1）因为S?SpSVSX 所以SV?S0.5mm/PamV??5 SPSX5pc/Pa?20mm/Vpc（2）x?S?40Pa?0.5mm?40Pa?20mm Pa

四、习题 （一）、选择题

1、对石英晶体，下列说法正确的是（ ）

A．沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生 B．沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生 C．沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有有电荷产生 D．沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生 2、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比正确的是（ ）

A．压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好 B．压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好 C．石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性也比压电陶瓷好 D．石英晶体比压电陶瓷的压电效应明显，稳定性不如压电陶瓷好

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