传感器试题和答案

1、1、已知一等强度梁测力系统，Rx为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2,未受应变时，R=100?o当试件受力F时，应变片承受平均应变=1000pm/m求：(1)应变片电阻变化量？R和电阻相对变化量？R/Rx。(2)将电阻应变片R置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V,求电桥输出电压及电桥非线性误差。(3)若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。解：(1)-RXKRx(2)将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为Rx。当Rx有？Rx的变化时，电桥/&出电压为Uo:非线性误差：plRx/2Rx100%0.1%1

2、 Rx/2Rx(3)要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥，且取其他桥臂电阻也为Rx。此时，Uo1E-R0.003(V),rL02 Rx要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。此时，UoERX0.006(V),pl0Rx2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图)。其中a=16mm,b=24mm,极板间距为4mm一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置上平移了5mm求：(1)极板未

3、移动时，电容的初始电容值。(2)极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度K(已知空气相对介电常数1,真空的介电常数08.8541012F/m)。解:(1)c。+(2)当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有-p-AC1/Co117Mn-i、或：k1-341.67(m)Abb2410p-AC2/Co1100t-t-1、或：k2-362.5(m)Aaa16104、一个以空气为介质的平板电容式传感器结构如右图所示，其中a=10mmb=16mm两极板间距d=1mm测量时，若上极板在原始位置(Ax=0mm上向左平移了2mmb(即Ax=2mm,求该传感器的电容变

4、化量、电容相对变化量和位移相对灵敏度K)(已知空气的相对介电常数e=1F/m,真空时的介电常数e0=X10-12F/m)解：电容变化量为:即电容减小了2.831013F电容相对变化量为:位移相对灵敏度为:5、锲铭一锲硅热电偶，工作时冷端温度为30C,测得热电动势E(t,t0),求被测介质实工作端温度(C)0204060708090热电动势(mv)900际温度。(E(30,0)二解：由已知条件可知：t0=30C,E(t,t0)=根据中间温度定律：E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=E(t,0)-E(30,0)=E(t,0)=+E(30,0)=+=(mv)Em=,El=,Eh=l=960

5、,th=970被测介质实际温度为:39.76339.703/人、960(970960)961.527(C)40.09639.7036、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=5mm假设与被测工件的初始间隙d0=o已知试真空的介电常数等于x10-12F/m,求：(D如果传感器与工件的间隙变化量增大4d=i0pm电容变化量为多少？(2)如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF则在间隙增大d=1仙m时的输出电压为多少？解：电容式传感器的电容量：C上公d则初始电容量:间隙变化后的电容量:则电容变化量:CC0C1.39-1.360.03pF灵敏度KuUO100mV,所以UoC100型Cp

6、FpF11Uo0rA()100d0d0d12-66118.85410102510()1002.78mV5005017、使用锲铭-锲硅热电偶，其基准接点为30C,测温接点为400C时的温差电动势为多少？若仍使用该热电偶，测得某接点的温差电动势为，则被测接点的温度为多少?锲铭-锲硅热电偶分度表(参考端温度为0C)工作端温度/C0102030405060708090热电动势/mV0100200300400500解：由分度表查得E(30C,0C)二,E(400C,0C)=。由中间温度定律E(t,t0)=E(t,tc)+E(tc,t0)有：E(400C,30C)=E(400C,0C)-E(30C,0C)

7、=由分度表查得E(250C,0C)=,E(260C,0C)=0El由插值法tMtLEMEL(tH)得：tM8、25010.27510.15110.56010.15110=253C电阻应变片阻值为120,灵敏系数K2,沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆形钢柱表面，钢材的弹性模量E21011N/m2,0.3,(1)求钢柱受9.8104N拉力作用时应变片电阻的变化量R和相对变化量-3;又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，问受同样拉FSE(2)RyKx0.30.05%0.015%力作用时应变片电阻的相对变化量为多少？解：(1)9、已知分度号为S的热电偶冷端温度为t0=20C,现测得热电势为，求被测温度为多少度

8、?(E(20,0)二工作端温度(C)0204060708090热电动势(mv)1100解：E(t,t0)=E(t,0C)=E(t,t0)+E(t0,0C)=E(t,0C)-E(20C,0)=E(t,0C)所以E(t,0C)=查表：E(1180C,0C)=,E(1190C,0C)=所以tE+EM旦(tHtL)=1180C+11.82311.707X10C=1470CEh-El11.82711.82310、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片R1、R2、R3R4贴在等截面轴上。已知R1、R2、R3R4标称阻值均为120Q,桥路电压为2V,物重m引起R1、R2变化增量为Qo?1)画出应变片

9、组成的电桥电路。2)计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。3)说明R&R4起到什么作用？212_2-10.01V2120解：应变片组成半桥电路：(RiRi)R3,E_RUoE(R1R1)R4R3(R2R2)2RR/R2R3、R4可以进行温度补偿。11、有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm假设与被测工件的初始间隙6=,试求：1）若极板与工件的间隙变化量A6=2仙m时，电容变化量为多少？2）若测量电路的灵敏度S=100mV/pF读数仪表的灵敏度S=5格/mv,则在A6=2pm时,读数仪表的示值变化多少格？解：1）设电容变化量为C,C由题意可知:C002解得：C0rr0.01

10、PF2)nCSiS2=0.011005(D(2)1一悬臂梁；2一差动变压器Ax(t),B测试平台振动加速度的测量系统框图差动变压器式加速度传感器的原理图阻应变片。已知、E70105Pa;单性地牛各曲协别珈*tl25cm;t3mm;x1.l;W6cm;2r4M电阻应变片灵敏度系数K2.1,且初始电阻阻值（在外力F为0时）土匀综合设计分析题若要你需要用差动变压器式加速度传感器来测量某测试平台振动的加速度。请你:设计出该测量系统的框图，并作必要的标注或说明；画出你所选用的差动变压器式加速度传感器的原理图，并简述其基本工作原理;解：（D(2)综合设计分析题,在其中部的上、下两面各贴两片电为R。120（

11、1）设计适当的测量电路，画出相应电路图;(2)分析说明该传感器测力的工作原理(配合所设计的测量电路)；(3)当悬臂梁一端受一向下的外力F0.5N作用时，试求此时四个应变片的电阻值(提示:(4)若桥路供电电压为直流10V时，计算传感器的输出电压及其非线性误差解：(1)采用全桥电路：(2)当传感器弹性元件悬臂梁受到外力F作用时，将产生一定形变从而引起粘贴在其上的四个应变片(两个受拉，另两个受压)发生相应应变，致使其中两个应变片阻值增加，另两个应变片阻值减小。将四个应变片接入所设计的全桥电路中，从而将电阻值的变化转换成为电桥电压输出，输出电压Uo的大小间接反映了被测外力F的大小，如此实现了对外力F的

12、测量(3)6(lx)FWEt2RoKx2.10.09920.21电阻变化量R0.21R。0.2112025.2(Q).四个应变片的电阻值变为:RiR3RoR12025.2145.2(Q)R2R4R0R12025.294.8(Q)(4)当桥路供电电压为直流10V时，则输出电压为:R/、Ui0.21102.1(v)R0非线性误差为:综合设计分析题如上图所示为一弹性元件为圆柱型的应变式测力传感器结构示意图。已知弹性元件横截面积为S,弹性,g量为E,应变片初始电阻值（在外力F=0时）均相等，电阻丝灵敏度系数为K）,泊松比为小。1、设计适当的测量电路（要求采用全桥电路），画出相应电路图，并推导桥路输出电

13、压U0和外力F之间的函数关系式。（提示：ARR推导过程中可做适当近似处理）2、分析说明该传感器测力的工作原理（配合所设计的测量电路）解：R3,R4R0R4RR对上式作近似处理，略去分母中设轴向应变为一则径向应变为R项及分子中R高次项，则由传感器结构示意图可知，当传感器受力F时，应变片R1和3产生的应变为:而应变片r2和R4的应变为：24x又应力应变FgFxEESRiR3R0K0xRoKos,代入Uo计算式中可得：2、工作原理：当传感器弹性元件受到沿轴向的外力F作用时，将产生一定形变从而引起粘贴在弹性元件上的四个应变片(两个沿轴向粘贴，另两个沿径向粘贴)发生相应应变，致使其中两个应变片阻值增加，

14、另两个应变片阻值减小。将四个应变片接入所设计的全桥电路中，经推导，测量电路输出电压由上式可见，当、Ko、E、S及桥路电源电压Ui一定时，输出电压Uo与外力F成正比,即输出电压Uo的大小反映了被测外力F的大小，如此实现了对外力F的测量。综合设计分析题在如图所示的悬臂梁测力系统中，可能用到4个相同特性的电阻应变片R,R,R3,R4,各应变片灵敏系数K=2,初值为ioo?。当试件受力F时，若应变片要承受应变，则其平均应变为e=iooomm/m测量电路的电源电压为直流3V。(1)若只用1个电阻应变片构成单臂测量电桥，求电桥输出电压及电桥非线性误差。(2)若要求用2个电阻应变片测量，且既要保持与单臂测量电桥相同的电压灵敏度，又要实现温度补偿，请画图标出2个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘出转换电桥，标明这2个应变片在桥臂中的位置？(3)要使测量电桥电压灵敏度提高为单臂工作时的4倍，请画图标出各个应变片在悬臂梁上所贴的位置，绘出转换电桥，标明各应变片在各桥臂中的位置，并给出此时电桥输出电压及电桥非线性误差大小？解：(1)设用电阻应变片