传感器补充习题.ppt

补充习题2 主要对应第4 5章需要掌握的知识点 大家回去后自己做习题 下次课让部分同学讲解 第4章 知识要点 可变磁阻式传感器的典型结构 电路分析 例题 电感传感器的敏感元件是什么 其转换原理是什么 试分析下图所示可变磁阻式电感传感器工作原理 答案 电感传感器的敏感元件是什么 其转换原理是什么 电感传感器的敏感元件是电感线圈 其转换原理基于电磁感应原理 它把被测量的变化转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化从而达到被测量到电参量的转化 当一个简单的单线圈作为敏感元件时 机械位移输入会改变线圈产生的磁路的磁阻 从而改变自感装置的电感 磁路的磁阻变化可以通过空气间隙的变化来获得 也可以通过改变铁芯材料的数量或类型来获得 采用两个线圈的互感装置 当一个激励源线圈的磁通量被耦合到另一个传感线圈上 就可以从这个传感线圈得到输出信号 输入信息是衔铁位移的函数 它改变线圈间的耦合 耦合可以通过改变线圈和衔铁之间的相位位置而改变 这种相对位置的改变可以使线位移 也可以是转动的角位移 按照转换方式的不同可以将电感传感器分为自感型 包括可变磁阻式与高频反射式 与互感性 差动变压器式与低频透射式 答案 试分析下图所示可变磁阻式电感传感器工作原理 1 是间隙变化型电感传感器 W A是固定不变的 则由被测的物理量的变化引起变化 传感器输出电感变化量 L 实现被检参数到电感变化的转换 此类传感器多用于微小位移的测量 2 是面积变化型电感传感器 W 是固定不变的 磁路截面积由A变为A A 使传感器的电感由L变为L L 输出 L 实现被测参数到电参量 电感变化量 L的转换 此类传感器自由行程限制小 示值范围较大 可将衔铁做成转动式测量角位移 第4章 例题 试分析右图所示可变磁阻式电感传感器工作原理 变气隙型差动变压器式电感传感器结构 试说明其工作原理 答案 试分析右图所示可变磁阻式电感传感器工作原理 3 所示为螺管式电感传感器 在螺线管中插入一个可移动的铁芯 铁芯在线圈中伸入长度 l引起螺线管电感变化 L 此类传感器的灵敏度较低 但螺管可以做得较长 故适于测量较大的位移量 数毫米 答案 变气隙型差动变压器式电感传感器结构 试说明其工作原理 当衔铁位于气隙的中间位置时 1 2 两线圈的电感值相等 L1 L2 L L L1 L2 0 当衔铁偏离中间位置时 一个线圈的电感值增加 L L1 L L 另一个线圈的电感值减少 L L2 L L 电感变化量为 L1 L2 L L L L 2 L 显然 差动变压器式传感器比单边式传感器的灵敏度高1倍 第4章 知识要点 涡流效应 电涡流式传感器原理 电涡流式电感传感器的应用 电涡流式传感器原理图a 传感器激励线圈 b 被测金属导体 第4章 例题 下图是测量转速的电涡流示意图 试说明其工作过程 已知变气隙厚度电感传感器的铁心截面积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 灵敏度将如何变化 答案 下图是测量转速的电涡流示意图 试说明其工作过程 在旋转体上开一个或数个槽或齿 将涡流传感器安装在旁边 当转轴转动时 涡流传感器周期性地改变着与转轴之间的距离 于是它的输出也周期性发生变化 即输出周期性的脉冲信号 脉冲频率与转速之间有如下关系 槽数或齿轮越多 测量精度越高 对上式进行线性处理 即忽略高次项得 衔铁上移 两个线圈的电感变化量 L1 L2分别由式 4 10 及式 4 12 表示 差动传感器电感的总变化量 L L1 L2 具体表达式为 灵敏度K0为 比较单线圈式和差动式 差动式变间隙电感传感器的灵敏度是单线圈式的两倍 差动式的非线性项 忽略高次项 单线圈的非线性项 忽略高次项 由于 因此差动式的线性度得到明显改善 差动变隙式电感传感器 单线圈式灵敏度为 答案 已知变气隙厚度电感传感器的铁心截面积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 灵敏度将如何变化 灵敏度K0为 单线圈式灵敏度为 解 单线圈式灵敏度为 差动结构灵敏度为 第5章 知识要点电容传感器的变换原理 变极距式电容传感器 图5 1平板电容器的结构 第5章 变面积式电容传感器 变介电常数式电容传感器 应用 图5 2线性移变面积型电容式传感器原理图 图5 5电容式传感器液位测量原理图 第5章 例题 压差传感器结构如下图所示 传感器接入二极管双T型电路 已知电源电压UE 10V 频率f 1MHz R1 R2 40k 压差电容C1 C2 10pF RL 20k 试分析 当压力传感器有压差PH PL使电容变化 C 1pF时 一个周期内负载电阻上产生的输出电压URL平均值的大小与方向 5 2 4二极管双T型交流电桥 当传感器没有输入时 C1 C2一个周期内流过负载的平均电流为0 当传感器有输入时 C1 C2 图5 12二极管双T型交流电桥a 双T型电桥连接b 方波电源c 正半周d 负半周 5 2 4二极管双T型交流电桥 电路简单 不需附加相敏整流电路 直接得到较高的直流输出电压 输出信号的上升时间取决于负载电阻 可用来测量高速机械运动 答案 电源电压UE 10V 频率f 1MHz R1 R2 40k 压差电容C1 C2 10pF RL 20k 当压力传感器有压差PH PL使电容变化 C 1pF时 一个周期内负载电阻上产生的输出电压URL平均值的大小与方向 第5章 例题 已知 圆盘形电容极板直径 间距 在电极间置一块厚的云母片 空气 求 无云母片及有云母片两种情况下电容值及是多少 当间距变化时 电容相对变化量及是多少 差动式变极距型电容传感器 若初始容量 初始距离 当动极板相对于定极板位移了时 试计算其非线性误差 若改为单极平板电容 初始值不变 其非线性误差有多大 击穿问题 图5 7放置云母片的电容式传感器结构 图5 6电容量与极板间距的非线性关系 一般极板间距在25 200um范围内 而最大位移应小于间距的十分之一 因此这种电容式传感器主要用于微位移测量 答案 已知 圆盘形电容极板直径 间距 在电极间置一块厚的云母片 空气 求 无云母片及有云母片两种情况下电容值及是多少 解 1 5 1 2变极距型电容式传感器 电容增量与距离增量近似线性关系 答案 当间距变化时 电容相对变化量及是多少 差动的好处 线性度得到改善 灵敏度得到一倍的改善 相对变化量 变极距型电