习题答案(董春利)

1、1 / 8 p11 1-1某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm 变到 5.0mm 时，位移测量仪的输出电压由3.5v减至 2.5v，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为25.40 .55.35 .2smv/mm 1-2某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器: 0.35/电桥：0.01v/放大器：100( 放大倍数 ) 笔式记录仪：0.1cm/v求： (1) 测温系统的总灵敏度； (2) 记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值。解：（1）测温系统的总灵敏度为035.01 .010001.035.0s cm/ （2）记录仪笔尖位移4cm 时，所对应的温度变化值

2、为29.114035.04t1-3有三台测温仪表，量程均为0600，精度等级分别为2.5 级、 2.0 级和 1.5 级，现要测量 500的温度，要求相对误差不超过2.5，选那台仪表合理? 最大相对误差分别为: %3500600%5 .2%1005006001s%4.2500600%0 .2%1005006002s%8.1500600%5.1%1005006003s方法二：根据题意，允许仪表绝对误差不超过5002.5%=12.5允许仪表相对误差不超过n%100sfa=%1006005 .12=2.08% 答：2 级和 1.5 级仪表均能满足测量误差要求，但从精度和经济性综合考虑，应选 2 级仪

3、表。1-4 检测及仪表在控制系统中起什么作用？两者的关系如何？2 / 8 p31 2-5 应力：sf纵向应变：41125110564.21020025.014.310esfe横向应变：54110692.710564.23.0r而：22rrkr所以：252210538.110010692.72rkrr2-7 rt=r0(1+t) =50(1+4.2810-3 250)=103.5 2-6 因为： s=0.82mv/v 当 ui=2v 时，额定负荷2t 时的输出电压为：uo=0.82mv/v2v=1.64mv 所以承载 0.5t时的输出电压为：uo=1.64mv0.5/2=0.41mv 根据全桥电

4、压公式：)(444332211rrrrrrrruuio式中： r1= r2 =r3 =r4 r1=r3 ，r2=r4=r1(-u) 所以：311111111111041. 012)(4rrurrrrrrrruuiior1=0.41 10-3120/1.3=-0.038r2=0.4110-3120/=0.038 0.3=0.011 r1= r3=119.962 r2= r4=120.011 uo=1.64mv0.5/2=0.41mv p=u2/r=1/120=8.33mw 2-10 采用阻值为120灵敏度系数k=2.0 的金属电阻应变片和阻值为120的固定电阻组成电桥，供桥电压为4v，并假定负载

5、电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和 1 000 时，3 / 8 试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。解：单臂时40uku，所以应变为1 时660102410244uku/v，应变为 1000 时应为330102410244uku/v；双臂时20uku，所以应变为1 时660104210242uku/v，应变为 1000 时应为330104210242uku/v；全桥时uku0，所以应变为1 时60108u/v，应变为 1000 时应为30108u/v。从上面的计算可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。1u 时的电阻变化量为：r1=12

6、02 110-6=0.24 10-31000u 时的电阻变化量为：r2=120 2110-3=0.24 单臂电桥：6311110212041024.044rruuio灵敏度： s1=u01/ui=0.5 10-63122102120424.044rruuio灵敏度： s2=u02/ui=0.5 10-3双臂电桥：6311110412021024.042rruuio灵敏度： s1=u01/ui=110-63122104120224.042rruuio灵敏度： s2=u02/ui=110-3全桥：631111081201024. 04rruuio4 / 8 灵敏度： s1=u01/ui=210-6

7、312210812024.04rruuio灵敏度： s2=u02/ui=210-3p45 3-2 变介电常数3-4 正方形平板电容器, 极板长度a=4cm,极板间距离=0.2mm.若用此变面积型传感器测量位 移x, 试 计 算 该 传 感 器 的 灵 敏 度 并 画 出 传 感 器 的 特 性 曲 线 . 极 板 间 介 质 为 空气 ,f/m1085.812-0。解：这是个变面积型电容传感器。8 .70102.01085.810163124200ac/pf xkxcxaacx17708 .70)(00axcccx001770102 .01041085.8321200axcckxpf/m 20

8、406080pfcx1234xcm03-5为什么说变极距型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征? 答：下图为变极距式电容传感器的原理图。图中1 为固定极板， 2 为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量c。12d1固定极板 2-活动极板5 / 8 设极板面积为a，其静态电容量为dac，当活动极板移动x 后，其电容量为22011dxdxcxdac(1) 当 xd 时1122dx则)1 (0dxcc(2) 由式（ 1）可以看出电容量c 与 x 不是线性关系，只有当xd 时，才可认为是最近似线形关

9、系。同时还可以看出，要提高灵敏度，应减小起始间隙d。但当 d 过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况。在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。3-8 1)00ddcc)(483.1)(10483.1103.0101614.30006.11085.812361200pffaacr)(0099. 0103 .0483.11023600pfcddc2) 变化的格数为 :100 50.0099=4.95( 格) p62 4-1.电感传感器有几大类?各有何特点 ? 答: 电感传感器有两大类: 自感式、互感式

10、。电涡流特点 : 结构简单、 工作可靠、 测量精度高、 零点稳定、 输出功率大等优点, 其缺点是 : 灵敏度、6 / 8 线性度和测量范围相互制约, 自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。电涡流 的最大特点 : 能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量 , 还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点。影响 电涡流 灵敏度的主要因素: 被测体材料、形状、大小。4-3. 影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？影响差动变压器输灵敏度的主要因素是：励磁源电压和频率、差动变压器一、二次线圈的匝数比、衔铁直径与长度、材料质量、环境温度、负载电阻等。、影响差动变压器输

11、出线性度的主要因素是：衔铁直径、长度、材料和线圈骨架的形状、大小。4-5电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？答：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。4-6如图所示为一差动整流电路，试分析电路的工作原理。vu0答：这是简单的电压输出型，动铁芯移动时引起上下两个全波整流电路输出差动电压，中间可调整零位，输出电压与铁芯位移成正比。这种电路

12、由二极管的非线性影响以及二极管正向饱和压降和反向漏电流的不利影响较大。4-7如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路，l1、l2为传感器的两差动电感线圈的电感，其初始值均为l0。r1、r2为标准电阻， u 为电源电压。试写出输出电压u0与传感器电感变化量l 间的关系。u0ur1r2l1l2解： 输出与输入的关系是7 / 8 urllfllfrllfllfu22200212000)(2)(2)(2)(2若电感增量无穷小，且两个电阻均为r，高 q 值（ l/r）则：ulluljrljuzzu00110222p78 3压电式传感器能否用于静态测量？为什么? 答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电

13、晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。5用压电式加速度计及电荷放大器测量振动加速度，若传感器的灵敏度为70pc/g（g 为重力加速度），电荷放大器灵敏度为10mv/pc ，试确定输入3g（平均值）加速度时，电荷放大器的输出电压ou（平均值，不考虑正负号）；vmvu1 .221003107008压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题? 答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。9 一压电式传感器的灵敏度k110pc mpa

14、， 连接灵敏度k2=0.008v pc 的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度k3=25mm v，当压力变化p=8mpa 时，记录笔在记录纸上的偏移为多少? 解：记录笔在记录纸上的偏移为s=100.008 25 8=16/mm10某加速度计的校准振动台，它能作50hz 和 1g 的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度k100mv g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为 9.13v，试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。解：此加速度计的灵敏度为3.911009130kmv/g 标定系统框图如下：电压放大器阻抗变换器加速度计晶体管毫伏表p97 7. 为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？8 / 8 答：因为导体材料的（电子迁移率）虽然很大，但（电阻率）很小，故不宜做成霍尔元件，而绝缘材料的虽然很大，但很小，故也不宜做成霍尔 元件。8. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，nqdkh1。9. 写出你认为可以用霍尔传感来检测的物理量。答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转