传感器 第四章
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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的非线性答:对于变极距单组式电容器由于存在着原理上的非线性,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的范围内(μm 至零点几毫米),而且最大△δ应小于极板间距δ的1/5—1/10。
(2)采用差动式,理论分析表明,差动式电容传感器的非线性得到很大改善,灵敏度也提高一倍。
2、单组式变面积型平板形线位移电容传感器,两极板相对覆盖部分的宽度为4mm ,两极板的间隙为,极板间介质为空气,试求其静态灵敏度若两极板相对移动2mm ,求其电容变化量。
(答案为mm,) 已知:b =4mm ,δ=,ε0=×10-12F/m 求:(1)k=;(2)若△a=2mm 时 △C=。
解:如图所示∵ δεδεab S C ==; a Ck ∆∆=;pF mm mmmm mm pF a b b a a ab C 142.05.024/1085.8)(3000=⨯⨯⨯=∆=∆--=∆-δεδεδε mm pF mmpFa C k /07.02142.0=∆∆=3、画出并说明电容传感器的等效电路及其高频和低频时的等效电路。
答:电容传感器的等效电路为:其中:r :串联电阻(引线、焊接点、板极等的等效电阻); L :分布电感(引线、焊接点、板极结构产生的);CP :引线电容(引线、焊接点、测量电路等形成的总寄生电容) 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的漏电损耗电阻) 低频时等效电路和高频时等效电路分别为图(a )和图(b):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的影响,保证绝缘材料的绝缘性能;(2)消除和减小边缘效应;(3)减小和消除寄生电容的影响;(4)防止和减小外界干扰。
5、何谓“电缆驱动技术”采用它的目的是什么答:电缆驱动技术,即:传感器与测量电路前置级间的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的电容。
第四章 思考题与习题1、简述磁电感应式传感器的工作原理。
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基础的,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的磁通量变化时,线圈中所产生的感应电动势e 的大小取决于穿过线圈的磁通φ的变化率,即:dtd Ne Φ-= 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因为线圈在磁路系统气隙中运动时,铝骨架中感应产生涡流,形成系统的电磁阻尼力,此阻尼起到衰减固有振动和扩展频率响应范围的作用。
3、何谓磁电式速度传感器的线圈磁场效应,如何补偿?答:线圈磁场效应是指磁电式速度传感器的线圈中感应电流产生的磁场对恒定磁场作用,而使其变化。
如公式v BlN e 0-=知,由于B 的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,来抵消线圈中感应电流磁场对恒定磁场的影响。
4、为什么磁电感应式传感器在工作频率较高时的灵敏度,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:42020220220)(1)(1)2()1()(ωωωωξωωξωωωω-===+-=NBl v e k v NBl e v 取 当振动频率低于传感器固有频率时,这种传感器的灵敏度是随振动频率变化;当振动频率远大于固有频率时,传感器的灵敏度基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。
5、变磁通式传感器有哪些优缺点?答:变磁通式传感器的优点是对环境条件要求不高,能在-150—+900C 的温度条件下工作,而不影响测量精度,也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。
缺点主要是它的工作频率下限较高,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。
第4章压电式传感器一、填空题1.压电元件一般有三类:第一类是石英晶体;第二类是压电陶瓷;第三类是高分子压电材料。
2.压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
3.将超声波(机械振动波)转换成电信号是利用压电材料的压电效应;蜂鸣器中发出“嘀…嘀…”声的压电片发声原理是利用压电材料的逆压电效应。
4.在实验室作检验标准用的压电仪表应采用sio2压电材料;能制成薄膜,粘贴在一个微小探头上、用于测量人的脉搏的压电材料应采用PVDF。
5.使用压电陶瓷制作的力或压力传感器可测量动态的力或压力。
6.动态力传感器中,两片压电片多采用并联接法,可增大输出电荷量;在电子打火机和煤气灶点火装置中,多片压电片采用串联接法,可使输出电压达上万伏,从而产生电火花。
7.用于厚度测量的压电陶瓷器件利用了逆压电效应原理。
二、综合题1.简述压电式加速度传感器的结构及原理。
压电式加速度传感器一般由壳体及装在壳体内的弹簧、质量块、压电元件和固定安装的基座组成。
压电元件一般由两片压电片组成,并在压电片的两个表面镀银,输出端由银层或两片银层之间所夹的金属块上引出,输出端的另一根引线就直接和传感器的基座相连。
在压电片上放置一个质量块,然后用硬弹簧对质量块预加载荷,然后将整个组件装在一个基座的金属壳体内。
为了隔离基座的应变传递到压电元件上去,避免产生假信号输出,增加传感器的抗干扰能力,基座一般要加厚或者采用刚度较大的材料制造。
使用时,将传感器基座与试件刚性固定在一起,当其感受振动时,由于弹簧的刚度相当大,质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性很小。
因此可以认为质量块感受到与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力作用,这样,质量块就有一个正比于加速度的作用力作用在压电片上。
通过压电片的压电效应,在压电片的表面上就会产生随振动加速度变化的电压,当振动频率远低于传感器的固有频率时,传感器输出的电压与作用力成正比,即与传感器感受到的加速度成正比。
测试技术传感器第四章题型小结一、选择题1. 电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。
( A )PVFA. 金属导电B. 半导体C. 非金属D.22. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响,可采用(B )。
A. 电压放大器B. 电荷放大器C. 前置放大器D. 电容放大器3. 磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个(B )。
A. 一阶环节B. 二阶环节C. 比例环节D. 高阶环节4. 磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应(A )其固有频率。
A. 远高于B. 远低于C. 等于D. 不一定5. 随着电缆电容的增加,压电式加速度计的输出电荷灵敏度将(C )。
A. 相应减小B. 比例增加C. 保持不变D. 不确定6. 压电式加速度计,其压电片并联时可提高(B )。
A. 电压灵敏度B. 电荷灵敏度C. 电压和电荷灵敏度D. 保持不变7. 调频式电涡流传感器的解调电路是(C )。
A. 整流电路B. 相敏检波电路C. 鉴频器D. 包络检波电路8. 压电式加速度传感器的工作频率应该(C )其固有频率。
A. 远高于B. 等于C. 远低于D. 没有要求9. 下列传感器中哪个是基于压阻效应的?( B )A. 金属应变片B. 半导体应变片C. 压敏电阻D. 磁敏电阻10. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的(B )成正比。
A. 位移B. 速度C. 加速度D. 频率11. 石英晶体沿机械轴受到正应力时,则会在垂直于(B )的表面上产生电荷量。
A. 机械轴B. 电轴C. 光轴D. 晶体表面12. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的(C )。
A. 大得多B. 相接近C. 小得多D. 不确定13. 光敏晶体管的工作原理是基于( B )效应。
A. 外光电B. 内光电C. 光生电动势D. 光热效应14. 一般来说,物性型的传感器,其工作频率范围(A )。
A. 较宽B. 较窄C. 较高D. 不确定15. 金属丝应变片在测量构件的应变时,电阻的相对变化主要由(B )来决定的。