传感器与检测技术_第3章变电抗式传感器
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《传感器与传感器技术》计算题答案第1章传感器的一般特性1—5 某传感器给定精度为2%F·S,满度值为50mV,零位值为10mV,求可能出现的最大误差(以mV计)。
当传感器使用在满量程的1/2和1/8时,计算可能产生的测量百分误差。
由你的计算结果能得出什么结论解:满量程(F▪S)为50﹣10=40(mV)可能出现的最大误差为:m=402%=(mV)当使用在1/2和1/8满量程时,其测量相对误差分别为:1—6 有两个传感器测量系统,其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述,试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K。
(1)式中, y——输出电压,V;T——输入温度,℃。
(2)式中,y——输出电压,V;x——输入压力,Pa。
解:根据题给传感器微分方程,得(1)τ=30/3=10(s),K=105/3=105(V/℃);(2) τ==1/3(s),K==(V/Pa)。
1—7已知一热电偶的时间常数=10s,如果用它来测量一台炉子的温度,炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动,周期为80s,静态灵敏度K=1。
试求该热电偶输出的最大值和最小值。
以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。
解:依题意,炉内温度变化规律可表示为x(t) =520+20sin(t)℃由周期T=80s,则温度变化频率f=1/T,其相应的圆频率=2f=2/80=/40;温度传感器(热电偶)对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(t+)℃热电偶为一阶传感器,其响应的幅频特性为因此,热电偶输出信号波动幅值为B=20A()==15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|=520+B=520+=535.7℃y(t)|=520﹣B==504.3℃输出信号的相位差为(ω)= arctan(ω)= arctan(2/8010)=相应的时间滞后为t =1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述,即式中,y——输出电荷量,pC;x——输入加速度,m/s2。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置。
可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感,在被测量转换成线圈自感或互感的变化时。
一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。
丄3. 1自感式传感器丄3. 2变压器式传感器丄3. 3涡流式传感器丄3. 4压磁式传感器丄3. 5感应同步器*本章要点3. 1自感式传感器©3.1©3. 1 蛛3・1©3. 1©3. 11自感式传感器的工作原理2灵敏度与非线性3等效电路T<14转换电路5零点残余电压©3. 1 6自感式传感器的特点及应用3. 1. 1自感式传感器的工作原理电感值与以下几个参数有关:与线圈匝数W平方成正比;与空气隙有效截面积S。
成正比;与空气隙长度1。
所反比。
刪图3-1自感式传感器原理图刪图3-2截面型自感式传感器B为动铁芯(通称衔铁)A为固定铁芯辎图3-3差动自感式传感器3. L1自感式传感器的工作原理截面型自感式传感器3. 1. 1自感式传感器的工作原理图LT3. L1自感式传感器的工作原理差分自感式传感器丕页iHBr图库J■・■3. 1. 2灵敏度与非线性气隙型其灵敏度为: 差动式传感器其灵敏度:S==lo以上结论在满足A 1/10< VI时成立。
从提高灵敏度的角度看,初始空气隙1。
距离人应尽量小。
其结果是被测量的范围也变小。
同时,灵敏度的非线性也将增加。
如釆用增大空气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度,则必将增大传感器的几何尺寸和重量。
这些矛盾在设计传感器时应适当考虑。
与截面型自感传感器相比,气隙型的灵敏度较高。
但其非线性严重,自由行程小,制造装配困难。
因此近年来这种类型的使用逐渐减少。
差动式传感器其灵敏度与单极式比较。
其灵敏度提高一倍,非线性大大减小。
电大《传感器与检测技术》期末复习题及详细答案参考传感器与检测技术复习题基础知识自测题第一章传感器的通常特性1.传感器是检测中首先感受,并将它转换成与有确定对应关系的的器件。
2.传感器的基本特性通常用其特性和特性去叙述。
当传感器转换的被测量处在动态时,测出的输入一输出关系称作特性。
3.传感器变换的被测量的数值处在稳定状态下,传感器输出与输入的关系称为传感器的特性,其主要技术指标有:、、和等。
4.传感器实际曲线与理论直线之间的称作传感器的非线性误差,其中的与输入满度值之比称作传感器的。
5.传感器的灵敏度是指稳态标准条件下,变化量与化量的比值。
对传感器来说,其灵敏度是常数。
6.传感器的动态特性就是指传感器测量时,其输入对输出的特性。
7.传感器中直接感受被测量,并输出与被测量成关系的其它量的元件称为元件。
8.只体会由敏感元件输入的,并且与成确认关系的另一种非电量,然后输入电量的元件,称作元件。
第二章电阻式传感器1.电阻应变片就是将被测试件上的转换成的传感元件。
2.电阻应变片由、、和等部分共同组成。
3.应变式传感器中的测量电路是将应变片转换成的变化,以便显示或记录被测非电量的大小。
4.金属电阻应变片脆弱栅的形式和材料很多,其中形式以式用的最少,材料Infreville的最为广为。
5.电阻应变片的工作原理就是依据快速反应效应创建与变形之间的量值关系而工作的。
6.当应变片主轴线与试件轴线方向一致,且受到一维形变时,应变片灵敏系数k就是应变片的与试件主应力的之比。
7.电阻应变片中,电阻丝的灵敏系数小于其灵敏系数的现象,称为应变片的横向效应。
8.电阻应变片的温度补偿中,若使用电桥补偿法测量应变片时,工作应变片粘贴在表面上,补偿应变片粘贴在与被测试件完全相同的上时,则补偿应变片不。
9.用弹性元件和及一些附件可以共同组成快速反应式传感器.10.应变式传感器按用途划分有:应变式传感器、应变式传感器、应变式传感器等。
11.电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时,不仅可以,同时还能起到的作用。
《单元1 差动变压器式传感器》教案课题单元1 差动变压器式传感器教学目的1、了解差动变压器的结构及工作原理2、掌握差动整流电路的工作原理,了解差动变压器的应用教学重点差动整流电路教学难点差动整流电路教学资源多媒体教学课件,差动变压器实物教学手段多媒体课堂教学,实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入模块三电感式及电容式传感器电感式或电容式传感器就是把被测量的变化转换为电感或电容的变化,然后通过对电感或电容的测量达到对非电量检测的目的。
单元1 差动变压器式传感器差动变压器式传感器是根据互感的变化来感知被检测量的。
【实物演示】差动变压器实物提纲挈领法演示展演法概念分析一、电感式传感器简述电感式传感器可分为自感式、互感式、电涡流式三大类。
自感式传感器是把被测位移量转换为线圈的自感变化;互感式传感器是把被测位移量转换为线圈间的互感变化,传感器本身是一个变压器;电涡流式传感器是把被测位移量转换为线圈的阻抗变化。
【图示】交流差动变压器式角位移传感器;GA系列差动变压器位移传感器;TD-1油动机行程阀位位移传感器二、差动变压器式传感器的工作原理1.结构可分间隙式和螺管式两种2.工作原理等效电路如图所示。
基本思想:把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感系数的变化,图中M1、M2与位移x有关,当位移x很小时U o=k1|x | (无法判别位移方向)【动画】差动变压器原理动画【图示】差动变压器输出特性概念推演法图示讲演法概念讲演法动画演示法图示讲演法《单元2电涡流式传感器》教案《单元3电容式传感器》教案课题单元3 电容式传感器教学目的1、了解电容式传感器的工作原理及结构特点2、掌握变压器电桥的原理和脉冲宽度调制电路的特点3、了解电容传感器的调频电路,熟悉电容传感器的应用教学重点变压器电桥、差动脉冲调宽电路;电容式传感器的应用教学难点变压器电桥教学资源多媒体教学课件,电容式传感器实物教学手段多媒体课堂教学,实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元3 电容式传感器电容式传感器通过电容传感元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化,再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。
第1章传感器特性习题答案:5.答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9.解:10.解:11.解:带入数据拟合直线灵敏度0.68,线性度±7%。
,,,,,,13.解:此题与炉温实验的测试曲线类似:14.解:15.解:所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16.答:dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正,x>7143Pa时为负,故不能使用。
17.答:⑴20。
C时,0~100ppm对应得电阻变化为250~350kΩ。
V0在48.78~67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10MΩ,R3=250kΩ,20。
C时,V0在0~18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV(0ppm)~64.43mV(100ppm)之间变化。
⑶20。
C时,V0为0~18.85mV,30。
C时V0为0~17.79mV,如果零点不随温度变化,灵敏度约降低4.9%。
但相对(2)得情况来说有很大的改善。
18.答:感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz,RS=1kΩ,VN=100代入,并保证单位一致,得:感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V 第3章应变式传感器概述习题答案9.答:(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变;应变片5、6、7、8感受纵向应变;满量程时:(3)10.答:敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差,可采用自补偿和线路补偿。
11.解:12.解:13.解:①是ΔR/R=2(Δl/l)。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001,所以Δl/l(应变)=0.0005=5*10-4。
传感器与自动检测技术作业电信10-1杨文军1006110124第三章3.3 金属电阻式应变片和半导体电阻应变片在工作原理上有何不同?答:金属电阻式应变片是利用金属材料的电阻定律,应变片的结构尺寸变化时,电阻也会相应地变化,其电导率P 并未发生变化。
而半导体电阻应变片的工作原理基于材料的压阻效应。
压阻效应又是指当半导体材料的某一轴向受外力作用是,其电导率P 则发生变化的现象。
3.5 某一直流电桥,供电电源电动势V E 3=,Ω==10043R R ,1R 和2R 为相同型号的电阻应变片,其电阻均为Ω100,灵敏度系数0.2=K 。
两只应变片分别黏贴于等强度梁同一截面的正、反两面。
设等强度梁在受力后产生的应变为5000µɛ,试求此时电桥输出端电压O U 。
解:由题意知:分析得差动电桥 因为:)(433221111R R R R R R R R R E U O +-∆-+∆+∆+= 又432121,,R R R R R R ==∆=∆, 所以1121R R E U O ∆=又有11R R ∆=X S K ε;因此:V EK U x S O 015.010*******1216=⨯⨯⨯⨯==-ε 所以:此时电桥输出电压U0=0.015V 。
3.6 哪些因素引起应变片的温度误差,写出相对的误差表达式,并说明电路补偿法的原理。
答:第一,由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差 , 称为应变片的温度误差。
产生应变片温度误差的主要因素有 : a 、电阻温度系数的影响::敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示:当温度变化Δ t 时 , 电阻丝电阻的变化值为 Δ Rt=Rt- R0= Ro α o Δ t ;b 、试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响 :当试件与电阻丝材料的线膨胀系数相同时 , 不论环境温度如何变化 , 电阻丝的变形仍和自由状态一样 , 不会产生附加变形。
当试件和电阻丝线膨胀系数不同时 , 由于环境温度的变化 , 电阻丝会产生附加变形 , 从而产生附加电阻。