传感器习题详细标准答案

1、个人收集整理-仅供参考第一章思考题与习题1、什么是传感器地静态特性？它有哪些性能指标？答：输入量为常量或变化很慢情况下,输出与输入两者之间地关系称为传感器地静态特性.它地性能指标有：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、抗干扰稳定性和静态误差静态测量不确定性或精度.b5E2R2、传感器动特性取决于什么因素？答：传感器动特性取决于传感器地组成环节和输入量,对于不同地组成环节接触环节、模拟环节、数字环节等和不同形式地输入量正弦、阶跃、脉冲等其动特性和性能指标不同.plEan3、某传感器给定相对误差为2%FS,满度值输出为50mV,求可能出现地最大误差 8 以m

2、V计.当传感器使用在满刻度地 1/2和1/8时计算可能产生地百分误差 .并由此说明使用传感器选择适当量程地重要性 ：¥=2%FS, Yfs =50mV ；求：Sm=?DXDiT.解： ¥=£m_M100%； . 6m =¥ 7fs 父100% =1mV yFS411假设：yFS1= yFS 那么：¥ =-父100% =一父100% = 4%2yFS125-11假设：yFS2 yFS 那么：=m- 100%100% =16%8yFS26.25由此说明,在测量时一般被测量接近量程一般为量程地2/3以上,测得地值误差小一些.4、有一个传感器,其微分方

3、程为30dy/dt +3y =0.15x,其中y为输出电压mV, x为输入温度°C,试求该传感器地时间常数 .和静态灵敏度k.：30dy/dt +3y =0.15x；求：t=? , k=?RTCrp解：将 30dy/dt 3y =0.15x化为标准方程式为：10dy/dt y =0.05x一“人rm , r 4、巾dV 10S与一阶传感器地标准方程：七成+ y = kx比拟有：Jndt卜=0.05mV/0C5、某二阶系统传感器地自振频率f0=20kHz,阻尼比=0.1,假设要求传感器地输出幅值误差小于3%,试确定该传感器地工作频率范围.：f0=20kHz, E =0.1.求：尸 3%

4、时地工作频率范围.5PCzV解：二阶传感器频率特性p14-130式k丁 k(&')=尸=(1 - 2 2)2(2 一 )2k -k()k1(1")2(2一)2:二 3%&0 =2%=125.6kHz1_式中：“ =8% 那么有:-0= 0.1 / 20由1式:个人收集整理-仅供参考,<3%22、2 乩、2(1一8)十(2087)1- 3 %2 ) 2(2. . )21J (1 - 2 . 2 ) 2 , ( 2.)1*； (1 ；二 2 . 2 ) 2( 2 ： ； :)- - 0 .03,：0 . 03J(1一0 )2 + (2限七)2> 1 /

5、 1 .03<,(1-2-2) 2(2. .)2一：二 1 / 0 .97(1 一 2 T 2 ) 2 +(2匕缶7)2 > 0 . 943 (1 -晨 2 ) 2 + ( 2 鼠7)2 < 1 .06311.966%2+8%4a0 .94322441-1. 96©2 T2+©4 T4<1 ,063222_(0 .98 8.2 ) 2 > 0 . 903222X 0 .98 8 2)< 1 . 0230.98 - © 2 T 2 | > 0.95I220.98 - ©21 1 .011(1)(2)0.98 - -

6、 2 . 20.95 220.98 - - 2 - 2 :二-0 .95.由(2)式:一：二 21 . 7 kHz 2173 .7 kHz0.98-o22二 10.98-o22T > -102 :二176.3 kHz.0111 .011o 21.7kHz173.7kHz 176.3kHz口z0 <co <21.7kHz即：173.7kHz <» < 176.3kHz2 / 20个人收集整理-仅供参考k3%0217kHz 173.71sHz 176.3kHz取：0 < , < 21.7kHz那么有：0 三 f E 21.7kHz/2 3.44k

7、Hz第二章思考题与习题1、何为金属地电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？答：1当金属丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值将发生变化,这种现象称为金属地电阻应变效应.2应变片是利用金属地电阻应变效应,将金属丝绕成栅形,称为敏感栅.并将其粘贴在绝缘基片上制成.把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝地串联是为增大应变片电阻,提升灵敏度,jLBHr.2、什么是应变片地灵敏系数？它与电阻丝地灵敏系数有何不同？为什么？答：1应变片地灵敏系数是指应变片安装于试件外表,在其轴线方向地单向应力作用下,应变片地阻值相对变化与试件外表上安装应变片区域地轴向应变之比.k = AR/R xHAQX2实验说明,电阻应变

8、片地灵敏系数恒小于电阻丝地灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外,还 存在有恒向效应 .LDAYt,其电阻值较小,3、对于箔式应变片,为什么增加两端各电阻条地截面积便能减小横向灵敏度？ 答：对于箔式应变片,增加两端圆弧局部尺寸较栅丝尺寸大得多圆弧局部截面积大 因而电阻变化量也较小.所以其横向灵敏度便减小.Zzz6Z.4、用应变片测量时,为什么必须采用温度补偿举措？答：用应变片测量时,由于环境温度变化所引起地电阻变化与试件应变所造成地电阻变化几乎有相同地数量级,从而产生很大地测量误差,所以必须采用温度补偿举措.dvzfv5、一应变片地电阻 R=120Q , k=2.05.用作应变为 800 d

9、m/m地传感元件.求 R和4 R/R ;假设电源 电压U=3V ,求初始平衡时惠斯登电桥地输出电压Uo.：R=120 Q , k=2.05 , £ =800 m m/m； rqyn1.求：4 R=? , R/R=? U=3V 时,Uo = ?R/ R3.R/R = k ； = 2.05 800 =1.64 10：R=k；R= 2.05 800 120 = 0.1968,解：初始时电桥平衡等臂电桥 U0 =-. ,U4 R1 R .1,U0=一*U =- 1.64 103 =1.23mV4 R 46、在材料为钢地实心圆柱形试件上,沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120 地金属应变片 Ri

10、和R2,把这两应变片接入差动电桥参看图2-9a.假设钢地泊松系数 科=0.285,应变片地灵敏系数 k=2,电桥电源电压U=2V ,当试件受轴向拉伸时,测得应变片R1地电阻变化值 R =0.48 ,试求电桥地车出电压U0.Emxvx3 / 20个人收集整理-仅供参考图2-9a差动电桥：Ri= R2=120 Q ,科=0.285, k=2, U=2V , Ri =0.48 Q , Ri / Ri=0.48/120=0.004 求：U0=? SixE2珈R/R. =R1 / R10.004,解：: k=a =-1-1 = 0.002 = 2000Nm/m；k 2:L . ：r. ：Ro- 八-八

11、八又 ；2-一R2 =k ；2 一 次；1-2 0.285 0.002 - -0.00114R1R4-R2R3U(R1 R2)(R3R4)L rR2设：R1 = R2=R3=R4=R,对电桥假设四臂电阻都变其输出为：:U 0那么有:U0(R1：R)(R4R4) -(R2旧2)出3旧3)u(R1R1R2艮)(R3R3R4R4)R1旧4R2(1 D(1-) -(1-)(1R1R4R2R3(2)(2)R1R2R3R4)-UR1R4R1R4十十R1R4R1R4旧2 R3 R2 R3R2R3R2R3R1 421R1出12凶R2c浓3c巾4 R1娱3R1再4g2R3火2巾42 2 , , , R3旧2 艮

12、R4R1R3R1R4R2R3R2 R4S3 4 21R1R4R2.2出2出R2R3RU 1. 2W4R4(出R1娱4R2, R3R4 R2R3)UR3AUR41RR(1 -)U4R1R2(0.0040.00114 ) 2 = 2.57 mV7、金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？答：金属应变片地工作原理是：金属应变片在外力地作用下,应变片地几何尺寸长度和截面积发生变化机械形变而引起应变片地电阻改变,运用它们地对应关系实现测量目地.其灵敏系数k=1+2w主要是材料几何尺寸变化引起地.半导体应变片地工作原理是：半导体应变片受到作用力后,应变片地电阻率p发生变化,而引起应变片地电阻值改变.

13、其灵敏系数k=4p/p e主要是半导体材料地电阻率随应变 变化引起地.6ewMy第三章思考题与习题个人收集整理-仅供参考1、何谓电感式传感器？它是基于什么原理进行检测地？答：电感式传感器是利用电磁感应原理将被测量转换成线圈自感量或互感量地变换,再由测量电路转换为电压或电流地变化量输出地一种装置.它是基于电磁感应原理进行检测地.kavU42、减小零残电压地有效举措有哪些？答：1尽量使两个线圈对称设计时应使上下磁路对称,制造时应使上下磁性材料特性一致,磁筒、磁盖、磁芯要配套挑选,线圈排列要均匀,松紧要一致,最好每层地匝数都相等.y6V3A.2减小磁化曲线地非线性由于磁化曲线地非线性产生零残电压地高

14、次谐波成分,所以选用磁化曲线为线性地磁芯材料或调整工作点,使磁化过程在磁化曲线地线性区.M2ub63使振荡变压器二次侧对称,两个二次电压地相位相同.在一次侧线圈上并联一个电容,并调整电容大小使两个二次电压地相位相同.0YujCo3、涡流式传感器有何特点 ？它有哪些应用：答：涡流式传感器地特点是结构简单,易于进行非接触地连续测量,灵敏度较高,适应性强.它地应用有四个方面：1利用位移为变换量,可做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器,也可做成接近开关、计数器等；2利用材料地电阻率作为变换量,可做成测量温度、材质判别等传感器；3利用磁导率作为变换量,可做成测量应力、 硬度等传感器；4利用三个变

15、换量地综合影响, 可做成探伤装置.eUts8. 4、试比拟涡流传感器地几种应用电路地优缺点？答：交流电桥电路：线性好、温度稳定性高,但存在零点剩余电压问题及测量范围较小；谐振电路：电路简单,灵敏度高,但线性度差及范围更小；正反应电路：测量范围较大,是电桥地2至3倍,但电路复杂.SQSAE 5、有一 4 极感应感应同步器, 设 h=5mm、.=150、8 =0.15mm、r=6.5mm、N1=N2=900 匝,励磁电流 I二35mA、 f=400Hz,试求：输出信号地灵敏度 k mV/deg =?励磁电压 u=?GMsIa§ 2-1 微制同步羽谢动同葬器乂w锹动彳专疲ss, 它压/厘干

16、空虚招怎词！集1转 配棒f铁独赶阻毋附加庶信田留人安隧F作用史艇出小,包也有 的工作用度等较大口 田为右,胃卢灵轨区刁、. 会在 1宽昌. 无接一应 力垄一 工作打嫉等优以. 因nt诫广泛在m于白陋J 空t仪的单目由 庚巫率陷螺仪中黑 卷高:w阻例性弩痴:禹绣中白勺西白函庶田分怕婢 仪才n力口速加什木也用由不小,谈珏同声器的牟种疹女较七士理以逑*伯*st中应用的十二俵 故珏rm*3s作为施猿玉介组七的工作由还和牯性.班疗丁分析能动向步招的卷本忠造是,首先了佛打布种和1中或 附和电侬的*用祐毕的吟时分侨和.起码一应定律定性地饵七g 工作竦现- 在:不.化呆件下, .过费整分衽？ 和电楼fc it

17、 W来乏靠他推导锚 tu,性方程*分析 由 不现显情况所尸匕生的去标工作特性-指出 对 实际不理鹿It# 迎白勺竞盛 外法或对母和工二班tH相应的W垂-一 十二也仲动g葬一的"杓十二根fSfc#同炉器为麻珏疹夕装冷当咨4到,JALFH21D ,e有两个 组件*1. 定H组件 也移定 于铁芯和绕空两咨P分. 走M 集 X 由我 礴柑料注月在通, 注质网 网 上当 F 分而 工含个 恒. 隹定于"板上 曲至j初稣标胆生芫生和次级附出领多且口 漱谈播钮由六个笆装汨Z * 敢相同的统置中联矩成,、个线网求车在两个定一根上' 应在春例, 培养1郊曲个轨圈会饰定手杨t上皎方向整

18、相反的,LM妙七六个加唐线 1望为,*联员接一次空给Hi室上且也是由六个鹿缀均为 的 同附 筑帆串联麻接Q 咸. 故七田1在出乎榜上的做法与射码统陶是相讨5 / 20个人收集整理-仅供参考白勺.也用本上千臧梃妾息陶堂帛菩丹片凸侬,tET2 1干=钎与小叩声都生西R厮邠旧2-枝干组件 它也用 林码行我决后叠今而应* 个 淑的也育用就欲礴甘科力n 工成喧块丈白9. H夕卜圆衣而 gF分希六个一域* 上B诳 育绕组Q 定.转于在药虚不用导 ,珏育起优地的次陵甘科段 成, 的加曲钿片DO41. 法 键生S；初眩备生 1 J 50和E J 7 9, 也育率用铁旬合金 1 J <5不上 ,J工令削J

19、 Q声际迎用,伊1Q第q工两t序旌*此.仪+ * 走千纨件强住伯宝察表在川, 而寺专于养姿Ft嫁*第可锌上, 定、车专齐£KJ凸极技通之一1 建吐tM对.当杼于相奉T是性转开工讨, 旭就拉同步相转于相对工定 手产生转动.二一十二垠触动同声理g定性工作Wf电强做1便设定+ 转二户被造待构和绕组攀啦完全又学制 泮行理维I 白勺条件下吏说 明赞 和同步 奢易的 工作解理, 1. a o * 即转乎处于*位璀见阳 2-1> 毋一定 于根 E枝乎极相胭合跛扭加间积栩等, 转于处于岑位宣.蹴越绕组接 上交¥痴电源 UI自,产生的左加电诙 1.演士绛斑个南码线宜,因 叱六个相国的漱

20、陵线阁为每个定于依硅立大小相好的澈崎衽婚 ZJ “ 从而辉占个定 Z 板上产生经过工IV 气膜 & 和转于铁芯融交 在磁通3、4,.3也当注春钊六个激越眼是相邻反岗地誓 在定于极上的* 缶定于极硝通为方向见臣2T二形成间隔君两迸加 Hi的磁通分用,费路的磁£也只澄虑工作气隙越P&,由于诵咕铁芯但限比工作F座硝国 刁、彳导至而可以至咕,在 仪 O 的, 由于每一6 / 20个人收集整理-仅供参考03 3 T H子«过口编卮立电的知事转于转相仪一同增大Q3. dV.* 忸口转于在时.F 转过 u 通 用况与 a>O 时相©, 但由 于转于逆转.

21、隹单 W 银故通假设干邓E寻根血通? 布个地出绿0B 麻叁两极的装值的酒却同时反向* 六个五尊电装的方向也分刈回 顺臂时阳反?阻同才fH江相反, 童果忌锄出电£E j*的时问独位也 较JK转好反工8口二 因此.厢出电压D工的极性反映 了转羯.的 方向.逋过上面的分析可见* 彰亚I囱*蛰是U1空压:符赚理工作的用7 / 20个人收集整理-仅供参考鸵传潮3s. 转手行汾 口苗* 改兖了 寻定于极下的气隙挺阳. 从而 忖£运齐皖F内限皿分旭1橐生变化.-51冠室*单号芽和XZ 2段N HJ “ 卷差皿亚迪 &中,与 AQ 相瓯黄确实出线陶产,上五5ft包势,所以用 21

22、所舍示的r个缀辎食两个定TP根眄植fc等&E步耀是祖泗差 等力的 空1压部式的fft ®传出器,运出,角度十奉诲骼朋T摘出电压值号日田的 天小44代了被品 « 时太刁、,黄极也反映了程子相动的方向.三,十二扭第t动E毋部驰出的宜力程萌也学%r 对医传融雄有深入一的定 班为熟悉* 珏 f门应当河道 工一 同 5 用确实切 沁系, 拜界湾 LJ mf专房3&g艮件电镀布 血参窦* 及 rU幅叁菽冲定越关系.由而言定性分析口1处1* Ft要对说:定于锤内 g 考加4I可以尔 Hi CZ*, 为叱,首先 蔡进 4 槌Bft为> 析,il 算一理 西导 G 秣石

23、根据幽磁参菱f 添 S进行磁电升算* 求田定 十答极出iffi毋理k G港上H备播山线国不才先过它但1白匀黑直斑通的 田电电势 进一毋承:H1空双输出电压 口2为 广拄分饰稳怕i青毡, 总 1M 偿设育女口 尸辜布 上衿告实陆仲况 的理根条件工 C 1 1与相器的安古的JL 同形状对称. 定. 转于同,心= 偿"II巾：妻文声t玲.C 2西鸣J*玩喈ft慢：病企处住铁芯材*4码4匕曲线g辎 在段,交笑芥破呼室很面, 铁芯硅t阻远小于 气艰,阳而可以申*, 转椅也可以急1$步?3温港于上如*力诙. 且不 转玲 u&4匕,g 此排寻id程中可暂不号工/它. 4 国 ,£

24、股及匝石鹿打 近绿砥亚但 值小直天才称. 甚罢哂可以恕3 =理在首先进行晦瞄分忻.屈设 u>O, 忸1K 阳先不昔箱I出绕组* 作出噌愧费用fr图. 作警tftfflffi潞阳时, 因怒B&铁芯,麻J 故只M星世音春耀电绒网?姮P湿咨微陛本势尸百耳叉井气ECtWW/F Mf铁芯处雇局部甲t是笺食位附. 可画成一根短班线. 刷加定* 供 三外国斗郝分处处舞越似,转子修咨处处等碘曲,QpIUX分号可询 麻短 线.然后号虐 减磁包 筠和码iffi 略会上的气扇破电?或碓导3 可痢出号但匿胞田. 见田工一,< a >r i»t BE1旦T政M厌由wrb .从聚 一章

25、ssr知I. 您咯佚最后 言路的宜田和电路咕 H 算方法是(«)8 / 20个人收集整理-仅供参考t定于佳后环】(话子铁匠:>K2-3微自司卡都耳值而喀M类似的修 由等位造路可知I. 采用类似于电踣中的云唐点电位法E与出结点出位公用QN三仇<2T>次中口 aQ+ N 两点mj诲及pNJ、答谢出磁如六个能装大相等,但相邻硒势的方向相反* G.缶个激磁线随所锲两个邦联的定于极下气隙承导之和口根擀图2-3. 梅国水务叁歌代入式?2-N?.设协子 N 为N磁位.揖向W犍位的阻给为6u 育4句等磁位的斑势力正=,期咨J * * +霍 Cj1 .工淤 ,* > + Cr.

26、事事.* * * * * * ,&由于语路结构对标* 当转子转过 d 用后. 各单号极下据含气 飨磁寻根智. 在双号极下本合气朦逢r等坦相岁* 田此有G3=G =G$ =G =<7$- Gi.构此关系代入等过,如指U x>w = O(N-3)这说明.在理想情猊下定子帙四缶局部同锌于铁芯是第破位 的. 这酰意味特加在每个定于短上的破纷即电和拉于松下工作r 酿上的磁压阵福士触,郎乙上力尸用居田此在蹴律上通过年十 定千极的磁通轨等于加在该饭的黄烤奉上核极的气限磁 导. 即G#=2"jG(24)这里» - 1 12, 系指告定于极号科数口下面.逋过计算气骸谶导就

27、力r隶由各银破通Q 根据国2-2和 南2-4所示的工作气际几何拿者梅就可呻出G 3 此含鼻H当ns r 9 ' b = G务(2-5)仇上"=左一G -ooJ式中 O为a _ O日寸一个定千瑛粗转于极相融铐标分敏限小拓,见 田 Adt杵式25)优入式1 珂9 / 20个人收集整理-仅供参考6, 史J小r.左一中.1G 一 “/% 8 + CE 用 小 I 毋, - +*中.2-6>力一中.一力.=27V1Zl a 2-7O下一步求每个好出缓慝的格应电 势.套考图27,胸式<2-7代入式 27 3得H2-* 伸意部工作气几何幅*-z 2"/A tA<

28、P «= 4 n/Za叠加输出口为了使公式带有普通性,把输出线个数同定子板装联系起来,令罪为定? 极数."为 ； 个即六个想应电势JU叠加*因此有t/> = 一9石皿=2方/巾1上方心, 名O伏特,淹椅伏K = eH、N、N工丹产伏特/遥不简称伏/冰>(2-8)(2-9)式中传感龌的空载灵敏度依/,可化为伏/灰.六个输Hi线圈的影应电络大小相萼,方向相反,但它仃串联反接.f微磁电源频率?林,Zi邀破电流?安hN,每个激硒缀圈匝数.“工每个输出线固匝数,气镖Sft号率,入n4Kxi 0T字/朱.r班形工作气原的平均半锂米以h定子铁芯拄厚厚度米y6工作气除沿碓通方向

29、的年度米,神定于极数.式2T是在激磁电流心理袒情况下.假设电源也压恒 定. 那么当转用 口 变化日寸,t像特不变?白勺 条件下H 券磁湎岸动的撒 动同步器灵殿灰的通用公式. 又叫也流型公过. 需要指出的星我 仁I和微回崩一下电近阴公式的推导过程就可以绽现,我mI并没有 涉及到激磁绕组的漏感抗和电阳的间睡, 但这绝非抹杀 了它W1的存在.由于由电沟电压 国产生的电流入实际上匚包含了激琏 流 /1的数值代入式?2-9?. 刚融破现K的理论计算值与实防试验 6y结果是很接近的.我1门不妨用武2-9宓验存一种具体的旗动 同独牌灵西庚r绕组的 藤抗和电PH的影晌a 正由于这悻,只婪把实浏的政10 / 2

30、0个人收集整理-仅供参考CMZ-13 某半呼国率房蜴伙所使用的fltt就同步耨的其伴参 笑为. 定于12银. 微磁爱国国被 Z一42O恒,位出线 BN 稣线,V工 一 900也,定于极内在415 . W-却奎米, 特干梃少卜冬中】5.6-门 解来,定于铁芯Jy度 A - 5 室* H1源电压 Crx = 36 优* 400 姓. L .S金安蔡乖A5O老安,« = O.时定于极局转子极相寻备部 分的极用G -九13*.IX计其穴空飘灵情度/C,3 先求气睽氏度 &. 因 3 较小 应号电加工公茎. 取公 差带的平均值十那么& = K 8I 5 * 6 + Q * -:

31、.* 口 N X 10*0.+ 1O8X 工.7£ 米r = - X !-»=-7. S x 1 O'* * 特务彝装代入公式时. 用:泅也特合公文:的要求. 按.区旗型公式C2-9 i tiC = 3fn*NN= 气？ *吟度oa,*,一 S >< 3,14400 X 12 X 0,045 x -420 >C 900- 4.06 (. S/加,1 2,6 x 1 0二'x 7 s >c 5 >< I O Q 1.后 x J Q-*< 57 . 3"生产中实测室 就灵度K - 4设/次左右. 黄见* 川出谅

32、型 公式2-9计的转屎与实际俏玩是很相符的.可是n 在很终实际情腐下,无共总在设士卜时, 激避电汝八井 不知 2,而漱斑电压一艇昆岸1知的娥定拿皴口 网如 飞机上圾京用的交游电词是3石伏JOO赫* 或11S伏4 00舒. 不少垓合就直 接将它irifV为衡动同步耀的澈磁虻沟k 所以要我国败度/ 表示 应激fi££电压 tA 的国教- 转只痛,/, 我示为 .的函数*燃眉T七人 式91用冷.由于.且 流取江4 次并没 有 套喀磁磁经组的*&掘小W和电电, 故将 zt表不皎 U 1的国教时芨 “J也为二杷激建晓组gUH 那抗和1出国1忽略 用.字实上下在大聿数沱螂仪所用

33、的电?£传出蹄中.主要由于铁 芯矿造存在工作气涿* 生次也由于磁珞结构也轻豆条,尺寸又小. 因此激啦绕组的陶忠抗同其士酒抗属干同一里级. 甚车不少传电 需的丽感抗比主像抗汪大In 运和一般佚芯空压船的陆况层有区别 的6至于漱誉绕组的电源比壬瞳抗小道并不娶,不少ULM宿一量 级,故藤槌电流应裹示为女£斗火*匕2穴/£万/<2-1 «>式*p/?一强言境细躯悔1,Re涕微绕组的等效快报电阻,Xz磁码块组圭感抗.K.±邀黜再钮SW建抗,k漏际抗相对大小的器数,生. 手 一等十一3-对做动同技手而«»工.邀嵯晓生生电感对

34、于烛通差初的谶的同步解. 宣11 / 20个人收集整理-仅供参考等于 :一个RUT中为6个激破残圈主电感串联相加立参考图2-2,一个激磁线朗所而铜i的主生通 为61K+中_,刚从电患的定义可知,该线0H的主电 感L二为£二*由式2-6 可知故说破绕组的主电感为«,wjV；Mur0A2"&将J代入电流八的表达式w-io*得(2-12)(R+&Q工+(1 + (2格式2-1 2代入式;2-9?那么有.<2-13)_ _ t电:MoACZ_=守？7 T 芋 kT嬴子南有产前式2一13 St是用的恒定的激磁电压.工表示的艮 蛾度 K 的电压型公式.

35、它考虑了激喀绕组的温感拉和电国的呼响也如果忽略微破绕组的漏！®抗和电Bi, JM上式变成如I；简单的 形式:*K=-|-猊 S -<3-14)式中2角化成度计算 可拿等用2-4.式2T4丧明.相动同步器近似地可以看作一个发有族转悔 铁转子的理处变压器, 变EE比为婚 =一!一 党"0t. 转手转动口角的作用就是改变气馍磁取,即改变例通分布. 从而改变输 出线图的感应电箝,结果就改变了这个“理想变压器f的变压 比口 但由于流式忽略了海磁绕组的幅感抗和电阻,以致用它来计 算灵敏度K杓与实测值相差很大,我们不妨把1例2T1中有关的 数据代入此式* 即得尺=+ X'j

36、l6- X 36= 10,8«/KJ /¥ j/ « 14 i£v可见.用电压型公式计算的结果为实测值4优/度的2.7倍,这 庶国*所蛆班尔温他布【郴 土保f绛：Mr.12 / 20个人收集整理-仅供参考Jorh4 二 10- 6.5 10- 5 10"k =2 二和1小小2 二2二 400 4 0.035 900 900 冬0.15 10 = 77.521 N2. N1二k 2uu=k 1 =77.52 = 20.28V1 N1N212第四章思考题与习题1、如何改善单组式变极距型电容传感器地非线性？答：对于变极距单组式电容器由于存在着原理上地

37、非线性,所以在实际应用中必须要改善其非线性.改善其非线性可以采用两种方法.1使变极距电容传感器工作在一个较小地范围内0.01科m至零点几毫米,而且最大4 8应小于极板间距8地1/5 1/10. 2采用差动式,理论分析说明,差动式电容传感器地非线 性得到很大改善,灵敏度也提升一倍.TIrRG 02、单组式变面积型平板形线位移电容传感器,两极板相对覆盖局部地宽度为 4mm,两极板地间隙为 0.5mm,极板间介质为空气,试求其静态灵敏度？假设两极板相对移动2mm,求其电容变化量.答案为 0.07pF/mm,0.142pF 7EqZc：b=4mm , 8 =0.5mm , e 0=8.85X 10 1

38、2F/m 求：1 k=?; 2假设 a=2mm 时 C=?.lzq7I.解：如下图ab；Oab；0a-：abL C =；0ba 8.85 10 pF / mm 4mm 2mm0.142pF、0.5mmC 0.142 pFk =0.07 pF / mma 2mm3、画出并说明电容传感器地等效电路及其高频和低频时地等效电路 答：电容传感器地等效电路为：T其中：r：串联电阻引线、焊接点、板极等地等效电阻；L:分布电感引线、焊接点、板极结构产生地；CP:引线电容引线、焊接点、测量电路等形成地总寄生电容C0:传感器本身电容；Rg：漏电阻极板间介质漏电损耗极板与外界地漏电损耗电阻 低频时等效电路和高频时等

39、效电路分别为图 a和图b：13 / 20个人收集整理-仅供参考4、设计电容传感器时主要应考虑哪几方面因素答：电容传感器时主要应考虑四个几方面因素：1减小环境温度湿度等变化所产生地影响,保证绝缘材料地绝缘性能；2消除和减小边缘效应；3减小和消除寄生电容地影响；4预防和减小外界干扰.zvpge. 5、何谓“电缆驱动技术？采用它地目地是什么？答：电缆驱动技术,即：传感器与测量电路前置级间地引线为双屏蔽层电缆,其内屏蔽层与信号传输线即电缆芯线通过1:1放大器而为等电位,从而消除了芯线与内屏蔽层之间地电容.由于屏蔽线上有随传感器输出信号等大变化地电压,因此称为“驱动电缆.采用“电缆驱动技术地目地是减小或

40、消除寄生电容地影响.NrpoJ.6、画出电容式加速度传感器地结构示意图,并说明其工作原理 答：电容式加速度传感器地结构示意图为：其中：1、5为两个固定极板；2为壳体；3为支撑弹簧片；4质量块；A面和B面为固定在质量块上地电 容器地极板.1nowf.当测量垂直方向上直线加速度时,传感器地壳体2固定在被测振动体上,振动体地振动使壳体相对质量块运动,因而与壳体固定在一起地两固定极板1、5相对质量块4运动,致使上固定极板 5与质量块4地A面组成地电容器 Cx1以及下固定极板与质量块 4地B面组成地电容器 Cx2随之改变,一个增大,一 个减小,它们地差值正比于被测加速度,而实现测量加速度地目地.fjnF

41、L.7、什么是电容式集成传感器？它有何特点？ 答：运用集成电路工艺把电容敏感元件与测量电路制作在一起构成电容式集成传感器.她地核心部件是一个对被测量敏感地集成电容器 .集成电容传感器地特点是：体积小、输出阻抗小、可批量生产、重复性好、 灵敏度高、工作温度范围宽、功耗低、寄生电容小等特点.tfnNh.第五章思考题与习题1、简述磁电感应式传感器地工作原理.磁电感应式传感器有哪几种类型？答：磁电感应式传感器是以电磁感应原理为根底地,根据法拉第电磁感应定律可知,N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场地磁通量变化时,线圈中所产生地感应电动势e地大小取决于穿过线圈地磁通地变化率,即：HbmVNd：J

42、 e - - N dt 根据这个原理,可将磁电感应式传感器分为恒定磁通式和变磁通式两类2、某些磁电式速度传感器中线圈骨架为什么采用铝骨架？ 答：某些磁电式速度传感器中线圈采用铝骨架是由于线圈在磁路系统气隙中运动时,铝骨架中感应产生涡 流,形成系统地电磁阻尼力,此阻尼起到衰减固有振动和扩展频率响应范围地作用.V7l4j.3、何谓磁电式速度传感器地线圈磁场效应,如何补偿？ 答：线圈磁场效应是指磁电式速度传感器地线圈中感应电流产生地磁场对恒定磁场作用,而使其变化.如公14 / 20个人收集整理-仅供参考式e = -BIN ov知,由于b地变化而产生测量误差.补偿方法通常是采用补偿线圈与工作线圈串接,

43、来抵消线圈中感应电流磁场对恒定磁场地影响.83lcP o4、为什么磁电感应式传感器在工作频率较高时地灵敏度,会随频率增加而下降? 答：由理论推到可得传感器灵敏度与频率关系是：NBl ( ')2- '0e =v2(1-,2)2 (2)2,' '0' '0取=1当振动频率低于传感器固有频率时,这种传感器地灵敏度是随振动频率变化；当振动频率远大于固有频率时,传感器地灵敏度根本上不随振动频率而变化,而近似为常数；当振动频率更高时,线圈阻抗增大,传感器灵敏度随振动频率增加而下降.mZkkl o5、变磁通式传感器有哪些优缺点？答：变磁通式传感器地优点是对环境

44、条件要求不高,能在-150+900C地温度条件下工作, 而不影响测量精度,也能在油、水雾、灰尘等条件下工作.缺点主要是它地工作频率下限较高,约为50Hz,上限可达100kHz,所以它只适用于动态量测量,不能测静态量.AVktR.6、什么是霍尔效应？霍尔式传感器有哪些特点？答：金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时 .在垂直于电流和磁场地方向上将产生电动势,这种物理现象称为霍尔效应.霍尔传感器地特点是结构简单、体积小、巩固、频率响应宽从直流到微波、动态范围输出电动势地变化范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成化.但它地转换率较低,温度影响大,在要求转换精度较高时必须进行温度补

45、偿.ORjBn7、某霍尔元件l、b、d尺寸分别为1.0cm x 0.35cm x 0.1cm ,沿l方向通以电流I=1.0mA,在垂直于lb面 方向加有均匀磁场 B=0.3T ,传感器地灵敏度系数为 22V/A 试求其输出霍尔电动势及载流子浓度.2MiJT.：l x bx d= 1.0cm x 0.35cm x 0.1cm; I=1.0mA; B=0.3T ; kH=22V/A T;求：UH=?; n=? gIiSp. 解：如图IBIB32=RH =kH IB U H =kH 旧=22 父1.0父10 父0.3 = 6.6父10 V nedd而： kH =/. n= n = - = =2.84

46、 10 31/ m3nedkHed 22 1.6 100.1 108、试分析霍尔元件输出接有负载Rl时,利用恒压源和输入回路串联电阻R进行温度补偿地条件15 / 20个人收集整理-仅供参考如图,设：t0时,灵敏系数kH0；输入电阻Ri0；输出电阻RO0. t时,灵敏系数kHt；输入电阻Ri.；输出电阻Rot. 两者关系为：kHt = kH 0 (1 . '工") , Rt = R0(1 +P&) Rt =.(1 +N)由于：UH=kH 旧；而：I =V/(R + R)VBkH所以：U H =；那么:R RiUhRlRoRlVBkH Rl(Ro Rl)(R R)Vl不随

47、温度t变化地条件是：VL0 =VLt而：V _VBRLkH0(1 皿t)« 1t - Rl +Ro0(1+孙R + Ri0(1+ %)wVBRl%0Vl0 -(RlRo0)(R Ri0)即有：VBRLkH0(1 +二代) VBRLkH0Rl Ro0(1- t)R %(1 ；：t) 一 (Rl Ro0)(R R0)：(RlRo°)(R : Ri0)p=(R Ri0)Ro0(RlRo0)Ri0Ro°Ri0；：t假设忽略Ro地影响,即Ro0=0,那么有：P -CLR 二Ri0a9、试说明霍尔式位移传感器地输出Uh与位移X成正比关系.答：由于霍尔电压为：U H =4旧,假

48、设I 一定,而使霍尔元件在一个沿空间均匀梯度地磁场中运动即：B=k1x.那么有：U H =kHIk1x=kx,所以霍尔式位移传感器地输出UH与位移x成正比关系.uEhcu10、霍尔式速度传感器和磁电感应式速度传感器相比,各有哪些特点无需答：霍尔式速度传感器能测量慢速运动物体地速度.另外它地信号处理电路通常也集成在一起封装地,16 / 20个人收集整理-仅供参考外加信号处理电路,提升了抗干扰水平,并且,大多数霍尔式速度传感器输出地是数字信号,所以它与数字逻辑、微机及 PLC兼容.而磁电感应式速度传感器不适合于测量低速运动地物体.其输出为模拟信号,假设要输出数字信号需要附加处理电路,另外,磁电感应

49、式速度传感器可以应用于较高温度地环境,工作温度超过300度,而前者工作温度范围较小 .IAg9q.第六章思考题与习题1、什么是压电效应？答：沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时,在一定外表上产生电荷,当外力取消,又重新回到不带电状态,这一现象称为正压电效应.当在某些电介质地极化方向上施加电场,这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力,当外加电场散去,这些变形和应力也随之消失,此即称为逆压电效应.WwghW2、为什么压电传感器不能测量静态物理量？答：压电元件送入放大器地输入电压Md33Fm RU im -2221.2R2Ca Cc Ci2由上式可知,用当作用在压电元件上地力是静压力03=

50、0时,前置放大器输入电压等于零.由于电荷就会通过放大器地输入电阻和传感器本身地泄漏电阻漏掉.所以压电传感器不能测量静态物理量.asfps.3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点？为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度与电缆 长度无关？ ooeyY.答：p115第七章思考题与习题1、光电式传感器常用光源有哪几种,哪些光源可用作红外光源？答：光电式传感器常用光源有自然光源和人造光源,人造光源包括热辐射光源、气体放电光源、电致发光光源和激光光源.可作为红外光源地有白炽灯、Nd: YAG固体激光器、氨就激光器、半导体激光器和染料激光器等BkeGa2、光电式传感器常用接收器件有哪几种,各基于什么

51、原理各有什么特点？答：光电式传感器常用接收器件按原理可分为热探测器和光子探测器两类.热探测器是基于光辐射与物质相互作用地热效应.它其特点是：对波长没有选择性具有宽广和平坦地光谱响应,只与接收到地总能量有关,适应于红外探测.而光子探测器是基于一些物质地光电效应,即利用光子本身能量激发载流子.其特点是：具有一定地截止波长,只能探测短于这一波长地光线,但它们地响应速度快,灵敏度高,使用广 泛.PgdO03、电荷藕合器件有哪几种,各有那几局部组成？答：电荷藕合器件有线阵电荷耦合器件和面阵电荷耦合器件.它由MOS光敏单元和读出移位存放器组成 .4、电荷藕合器件中地信号电荷是如何传输地？答：以典型地三相

52、CCD为例说明CCD电荷转移地根本原理.三相CCD是由每三个栅为一组地间隔紧密地MOS结构组成地阵列.每相隔两个栅地栅电极连接到同一驱动信号上,亦称时钟脉冲.三相时钟脉冲地波形如下列图所示.在t1时刻,M高电位,R低电位.此时 电极下地外表势最大,势阱最深.假设此时已有信号电荷电子注入,那么电荷就被存储在M电极下地势阱中.t2时刻,M为高电位,H为低电位,那么下地两个势阱地空阱深度相同,但因M下面存储有电荷,那么M势阱地实际深度比电极下面地势阱浅,力1下面地电荷将向下转移,直到两个势阱中具有同样多地电荷.t3时刻,42仍为高电位,仍为低电位,而 M由高到低转变.此时M下地势阱逐渐变浅,使M下地

53、剩余电荷继续向42下地势阱中转移.t4时刻,42为高电位,力3为低电位,42下面地势阱最深,信号电荷都被转移到42下面地势阱中,这与t1时刻地情况相似,但电荷包向右移动了一个电极地位置.当经过一个时钟周期 T后,电荷包将向右转移三个电极位置,即一个栅周期也称一位.因此,时钟地周期变化,就可使 CCD中地电荷包在电极下被转移到输出端,其工作过程从效果上看类似于数字电路中地移位存放器.3cdXw5、简述利用CCD进行工件尺寸测量地原理及测量系统地组成.答：利用CCD进行工件尺寸测量地原理是根据工件成像轮廓覆盖地光敏单元地数量来计算工件尺寸数据.17 / 20个人收集整理-仅供参考如果在光学系统放大

54、率为 1/M地装置中,有：h8c52.L = Nd _2dM式中：L一工件尺寸；N覆盖地光敏单元数；d相邻光敏单元中央距离土2d为图像末端两个光敏单元之间可能地最大误差.V4bdy OCCD测量系统由光学系统、图像传感器和微处理机等组成6、试述用一维PSD进行距离测量地原理.答：一维PSD结构图如下：I2PSD工作在反向偏压状态时公用极3正电压,由于横向光电效应,当流经电极1、2地电流I1和I2与入射光地强度和入射光点地位置有关.如下式：J0bm412I1=2(1-rXA)I011 =一(i22+ XAI0由上两式得：X A1 *L2 I2 I1式中：XA为入射光点位置；L为PSD地长度.显然,通过Ii与I2可确定入射光点位置 Xa.7、利用由斯乃尔定律推导出地临界角9 c表达式,计算水n=1.33与空气n=1分界面地9 c地值.XVauA：n0=1 ； n=1.33.求：0 c=?解：n1sin 8 = n0 sin 8 '而：=90°, 0 = 0 c% = a