传感器与测试技术作业评讲(2).doc

传感器与测试技术作业评讲（2）责任教师 张晓峰1电容式传感器的工作原理和主要性能是什么？涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是电容式传感器工作原理及特性。答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为当被测量的变化使式中的、或 任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化，这就是电容式传感器的工作原理。 主要性能是：(1)静态灵敏度，被测量变化缓慢的状态下，电容变化量与引起其变化的被测量之比。 (2)非线性，电容量 与极板间距 不是线性关系。(3)动态特性，传感器对于随时间变化的输入量的响应特性为传感器的动态特性。2简述电容式传感器的主要优缺点。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是电容式传感器的特点，掌握它的优缺点。答：(1)电容式传感器的优点：温度稳定性好。结构简单，适应性强。动态响应好。可以实现非接触测量，具有平均效应。电极板间的静电引力很小，所需输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力高，能敏感0.01m甚至更小的位移；由于其空气等介质损耗小，采用差动结构并接成桥式电路，允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度。(2)电容式传感器的主要缺点是：输出阻抗高，负载能力差。寄生电容影响大。输出特性非线性。3电感式传感器的测量电路主要形式是什么？涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是电感式传感器的测量电路，即转换电路。答：电感式传感器的测量电路主要形式是1）电阻平衡臂交流电桥，交流电桥是自感传感器的主要测量电路，自感线圈一般接成差动形式，如图2）变压器式交流电桥3）紧耦合电感臂交流电桥，紧耦合电感臂交流电桥以差动电感传感器的两个线圈作电桥工作臂，而紧耦合的两个电感作为固定臂组成电桥电路。采用这种测量电路可以消除与电感臂并联的分布电容对输出信号的影响，使电桥平衡稳定，另外简化了接地和屏蔽的问题。4简述压磁式传感器的工作原理。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是压磁式传感器。答：压磁式测力传感器的压磁元件由具有正磁致伸缩特性的硅钢片粘叠而成。如下图所示，硅钢片上冲有四个对称的孔，孔1、2的连线与孔3、4相互垂图(a)。孔1、2间绕有激磁绕组W12，孔3、4间绕有测量绕组W34，外力F与绕组W12、W34所在平面成45角。当激磁绕组W12通过一定的交变电流时，铁心中就产生磁场H，方向如图(b)所示。设将孔间区域分成A、B、C、D四部分。在无外力作用时，A、B、C、D四部分的磁导率相同，磁力线呈轴对称分布，合成磁场强度H平行于测量绕组W34的平面。在磁场作用下，导磁体沿H方向磁化，磁通密度B与H取向相同。由于测量绕组无磁通通过，故不产生感应电势。压磁式测力传感器的工作原理若对压磁元件施加压力F，如图(c)所示，A、B区域将产生很大的压应力，而C、D区域基本上仍处于自由状态。对于正磁致伸缩材料，压应力使其磁化方向转向垂直于压力的方向。因此，A、B区的磁导率下降，磁阻增大，而与应力垂直方向的上升，磁阻减小。磁通密度B偏向水平方向，与测量绕组W34交链，W34中将产生感应电势e。F值越大，W34交链的磁通越多，e值就越大。经变换处理后，即能用电流或电压来表示被测力F的大小。 5磁电式传感器可分为几类？各有什么性能特点？涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是磁电式传感器的类型。答：磁电式传感器分类。1变磁通式磁电传感器这种类型的传感器线圈和磁铁固定不同，利用铁磁性物质制成一个齿轮（或凸轮）与被测物体相连而连动，在运动中齿轮（或凸轮）不断改变磁路的磁阻，从而改变了线圈的磁通，在线圈中感应出电动势。这种类型的传感器在结构上有开磁路和闭磁路两种，一般都用来测量旋转物体的角速度，产生感应电势的频率作为输出，感应电动势的频率等于磁通变化的频率。闭磁路变磁通式传感器 开磁路变磁通式传感器 2) 恒定磁通式磁电传感器在图6-4中，线圈和壳体固定，永久磁铁用弹簧支承，当壳体随被测物体一起振动时，由于弹性元件较软而运动部件质量相对较大，因而有较大惯性，来不及跟随振动体一起振动，振动能量几乎全部被弹性元件吸收，永久磁铁与线圈之间产生相对运动，线圈切割磁力线，从而产生感应电动势 6-4当传感器结构选定后，式6-4中 、 、 都是常数，线圈的感应电动势仅与相对运动速度 有关，传感器的灵敏度为了得到较高的灵敏度，应采用磁能积较大的永久磁铁和尽量小的空气隙长度以提高磁感应强度，同时应使单线圈长度增加并提高有效匝数 ，但这些参数要受到传感器体积和重量等因素的制约。6请画出两种霍尔元件的驱动电路，并简述其优缺点。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是霍尔传感器。答：霍尔元件的基本驱动电路如下图所示。 对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，如下图所示。恒压驱动电路简单，但性能较差。随着磁感应强度增加，线性变化坏，仅用于精度要求不太高的场合；恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。 7磁栅式传感器的误差是哪些因素引起的？可应用于哪些场合？涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是磁栅式传感器。答：磁栅式传感器的误差包括零位误差和细分误差。零位误差是由以下因素造成的：1） 磁栅的节矩不均匀造成的零位误差；2） 磁栅的安装与变形误差；3） 磁栅剩磁变化所引起的零点漂移；4）