成信工传感器与检测技术习题及答案第3章 变阻抗式传感器

第3章变阻抗式传感器一、填空题1.变间隙式自感传感器的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿是相互矛盾的，因此在实际测量中广泛采用＿＿＿＿＿结构的变隙电感传感器。2.电感式传感器是利用被测量改变磁路的＿＿＿，导致＿＿和＿＿变化的。磁电式传感器是利用＿＿＿＿＿产生感应电势的。而霍尔式传感器是利用＿＿＿＿＿在磁场中的电磁效应（霍尔效应）而输出电势的。3.电感式传感器种类很多。虽然结构形式多种多样，可分为＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿三种结构。4.电涡流传感器根据激励电流频率的高低，可以分为＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿两种。5、螺线管式差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为＿________________电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向（或正负）可采用____________电路。6、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除＿＿＿＿＿＿外是线性的。7、产生电涡流效应后，由于电涡流的影响，线圈的等效机械品质因数 。8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据

的基本原理制成的，其次级绕组都用

形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

9、变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与

的矛盾。这点限制了它的使用，仅适用于

的测量。

10、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加，②减少）。11．差动脉冲宽度调制电路适用于 型和 差动电容传感器，且为线性特性。二、选择题1、极距变化型电容传感器的灵敏度与（）。

Ａ、极距成正比Ｂ、极距成反比Ｃ、极距的平方成正比Ｄ、极距的平方成反比2、电感式传感器的常用测量电路不包括（）。A.交流电桥B.变压器式交流电桥C.脉冲宽度调制电路D.谐振式测量电路3、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是（）。A.衔铁上、下移动时，输出电压相位相反B.衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化C.根据输出的指示可以判断位移的方向D.当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态4、下列说法正确的是（）。A.差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。B.差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。C.相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。D.相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。5、对于差动变压器，采用交流电压表测量输出电压时，下列说法正确的是（）。A.既能反映衔铁位移的大小，也能反映位移的方向B.既能反映衔铁位移的大小，也能消除零点残余电压C.既不能反映位移的大小，也不能反映位移的方向D.既不能反映位移的方向，也不能消除零点残余电压6．当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（）A．灵敏度K0增加B．灵敏度K0不变C．非线性误差增加D．非线性误差减小7．用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（

）。A．变间隙式

B．变面积式C．变介电常数式

D．空气介质变间隙式8．下列不属于电容式传感器测量电路的是（）A．调频测量电路B．运算放大器电路C．脉冲宽度调制电路D．相敏检波电路三、简答题。1.影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。2.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。3.试说明图4.12所示的差动相敏检波电路的工作原理。答：如图所示，设差动电感传感器的线圈阻抗分别为Z1和Z2。当衔铁处于中间位置时，Z1=Z2=Z，电桥处于平衡状态，C点电位等于D点地位，电表指示为零。当衔铁上移，上部线圈阻抗增大，Z1=Z+△Z，则下部线圈阻抗减少，Z2=Z-△Z。如果输入交流电压为正半周，则A点电位为正，B点电位为负，二极管V1、V4导通，V2、V3截止。在A-E-C-B支路中，C点电位由于Z1增大而比平衡时的C点电位降低；而在A-F-D-B支中中，D点电位由于Z2的降低而比平衡时D点的电位增高，所以D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。如果输入交流电压为负半周，A点电位为负，B点电位为正，二极管V2、V3导通，V1、V4截止，则在A-F-C-B支中中，C点电位由于Z2减少而比平衡时降低（平衡时，输入电压若为负半周，即B点电位为正，A点电位为负，C点相对于B点为负电位，Z2减少时，C点电位更负）；而在A-E-D-B支路中，D点电位由于Z1的增加而比平衡时的电位增高，所以仍然是D点电位高于C点电位，电压表正向偏转。同样可以得出结果：当衔铁下移时，电压表总是反向偏转，输出为负。4.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。解：输出与输入的关系是若电感增量无穷小，且两个电阻均为R，则：题4图题5图5.如图所示为一差动整流电路，试分析电路的工作原理。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。6.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为C=εb（a-△x）/d=C0-εb·△x/d（1）电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。直线位移型电容式传感器7.为什么说变间隙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：下图为变间隙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。设极板面积为A，其静态电容量为，当活动极板移动x后，其电容量为(1)当x<<d时则(2)由式（1）可以看出电容量C与x不是线性关系，只有当x<<d时，才可认为是最近似线形关系。同时还可以看出，要提高灵敏度，应减小起始间隙d过小时。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。8.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm，a1=a2=20mm极距d=2mm，极间介质为空气，测量电路u1=3sinωtV，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量△x=5mm时,电桥输出电压u题3图解：根据测量电路可得/mV9.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。C0=200pF，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K→∞,Zi→∞),Rf极大,输入电压u1=5sinωtV。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm使d0减小时,电路输出电