【正文】 徑為 18mm，在其表面粘貼八個(gè)應(yīng)變片，四個(gè) 沿軸向粘貼，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為 120Ω，靈敏度為 ，泊松比為 ，材料彈性模量 E??10①繪出彈性元件貼片位置及全橋電路； ②計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)各應(yīng)變片的電阻； ③當(dāng)橋路的供電電壓為 10V時(shí)，計(jì)算電橋負(fù)載開路時(shí)的輸出。 答：差動(dòng)變隙電壓傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所 示。導(dǎo)致一個(gè)線圈的電感量增加，另一個(gè)線圈的電感 量減小，形成差動(dòng)形式。 從傳感器的輸出特性可以看出， ?L與 ??成非線性 關(guān)系，為改善其非線性，通常采用差動(dòng)變隙式電感傳感器，如題圖 4— 1 所示，輸出特性表達(dá)式為； ???????1???L?2L0???0??0?????????????024?????????? 將上式與單線圈變隙式傳感器相比，若忽略非線性項(xiàng)，其靈敏度提高一倍，若保留一項(xiàng)非線性項(xiàng)，則單線圈式 ????L???L0?0????2?????L?2????L?，而差動(dòng)式 0?0?3??由于 ?1，因此，差 0 動(dòng)式的線性度得到明顯改善。 螺線管式差動(dòng)變壓器式傳感器的輸出特性是激勵(lì)電壓 U 和激磁頻率 f的函數(shù)，理論上，靈敏度 K與 U、 f 成正比關(guān)系，而實(shí)際上由于傳感器結(jié)構(gòu)的不對稱、鐵損、磁漏等因素影響， K與 f不成正比關(guān)系，一般 在 400Hz～10KHz 范圍內(nèi) K有較大的穩(wěn)定值， K與 U不論在理論上和實(shí)際上都保持較好的線性關(guān)系。 4. 差動(dòng)變壓器式傳感器的等效電路包括哪些元件和參數(shù)？各自的含義是什么？ 答：差動(dòng)變壓器式傳感器在忽略鐵 損、導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的 理想條件下，其等效電路如題圖 4— 4 所示。對零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其頻譜主要由基波和三次諧波組成，基波產(chǎn)生的主要原因是傳感器兩 個(gè)次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，三次諧波產(chǎn)生的原因主要是磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和，磁滯）所造成的。④采用外電路補(bǔ)償。 以同一方向串聯(lián)接成一個(gè)閉合回路，組成環(huán)形電橋。 V， V截止， V， V 導(dǎo)通，則 2SD1D4D2D3 可得題圖 4— 6﹙ｂ﹚所示等效電路。故題圖 4— 6﹙ａ﹚所示相敏檢波電 1 路輸出電壓 u的變化規(guī)律充分反映了被測位移量的變 化規(guī)律，即電壓數(shù)值反映了 ?x大小，而 u極性則反映 了位移 ?x的方向。 解：題圖 4— 7 為差動(dòng)整流電橋電路， Z， Z為差動(dòng)電 1 2 壓傳感器， R 1 ??R2 為平衡電阻， Ui為交流電源， C C ?R R4 構(gòu)成一 ?型濾波電路，輸出電壓為 U0。 ? ② 當(dāng)被測輸入量不等于零，且 ZZ，若 U為正半周， 1 2 i ?UR此時(shí)有 I?I?， 1 2 1 ?RU??I?RU?????I21R212， 0?UR1?UR20。 0 8. 已知變氣隙電感傳感器的鐵芯截面積 S?，磁路長度 L?20cm，相對磁導(dǎo)率 ?1?5000，氣隙 ?0?， ?7????，真空磁導(dǎo)率 ?0?4??10H/m，線圈匝數(shù) 。當(dāng)線圈中通以交變電流 I?時(shí)， 1 ?，置于此磁物中的導(dǎo)體將感應(yīng)其周圍產(chǎn)生交變磁物 H1 ?， H?的作用出交變電渦流 I?， I?又產(chǎn)生新的交變磁物 H2222 ?，導(dǎo)致線圈阻抗發(fā)生變化，的變化將反抗原磁物 HZZ1 完全取決于導(dǎo)體中的電渦流效應(yīng)，而電渦流效應(yīng)既與導(dǎo)體的電阻率 ?，磁導(dǎo)率 ?，幾何尺寸有關(guān)，又與線圈的幾何參數(shù)、線圈中的激磁電流頻率 f有關(guān)，還與線圈和導(dǎo)體間的距離 x有關(guān)，因此，可得等效阻抗 Z的函數(shù)差系式為 Z?F（ ?、 ?、 r、 f、 x） 式中 r為線圈與被測體的尺寸因子。 10． 電渦流的形成范圍包括哪些內(nèi)容？它們的主要 特點(diǎn)是什么？ 答：電渦流的形成范圍包括電渦流的徑向形成范圍、電渦流強(qiáng)度與距離的關(guān)系和電渦流的軸向貫穿深度。 電渦流強(qiáng)度 與距離 x呈非線性關(guān)系。 11． 電渦流傳感器常用測量電路有幾種？其測量原理 如何？各有什么特點(diǎn)？ 答：電渦流傳感器常用的測量電路有：調(diào)頻式測量電路和調(diào)幅式測量電路二種。 第五章 ？每種類型各有什么特點(diǎn)？各適用于什么場合？ 答：根據(jù)電容式傳感器的工作原理，電容式傳感器有三種基本類型，即變極距 (d)型（又稱變間隙型）、變面積 (A)型和變介電常數(shù) (ε )型。 5－ 3 圖 5— 7 為電容式液位計(jì)測量原理圖。 可以看出，該結(jié)構(gòu)不宜做成差動(dòng)形式，所以不宜采用二極管雙 T 形交流電橋，也不宜采用脈沖寬度調(diào)制電路。 5－ 5 題 5— 5 圖為電容式傳感器的雙 T電橋測量電路，已知 R 1 ?R2?R?40k?， RL?20k?， e?10V V， f?1MHz， RC0?10pF， C1?10pF， ? C1?1pF 已知參數(shù)的 U值。 當(dāng) Up為負(fù)半周時(shí)， D D4 導(dǎo)通，等效電路如圖（ b）所示。 波形如圖所示。在石英晶體中，通常把沿電軸 x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”， 而把沿機(jī)械軸 y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。霍爾電動(dòng)勢的大小正比于激勵(lì)電流 I 與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，且當(dāng) I 或 B 的方向改變時(shí)，霍爾電動(dòng)勢的方向也隨著改變，但當(dāng) I 和 B 的方向同時(shí)改變時(shí)霍爾電動(dòng)勢極性不變。在一定條件下，壓電晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的現(xiàn)象，稱為“順壓電效應(yīng)”。 則 UA?Z1Z2Up， UB?Up。要求： AB ①分析檢波電路測量原理； ②求橋路輸出信號 e AB ?f?C1,C2?的表達(dá)式； ③畫出橋路中 U、 U、 e在 C A B AB 1 ?C C1?C C1?C2 三種 p 情況下的波形圖（提示：畫出 U正負(fù)半周的等效電 。 聯(lián)， R上的電壓為 U，則有： U0?RI?Rf?E(Cx?Cd) E其中， Cx為電容式液位計(jì)的電容值， f 為方波的頻率，Δ E=E2E1 為方波的幅值， Cd為平衡電容傳感器初始電容的調(diào)零電容。 C?C0?2?h(?1??)D1nd 圖 57 電容式液位變換器結(jié)構(gòu)原理圖 解：電容式液位計(jì)的電容值為：C?C C0? 2??H1nd ? 2?h(?1??) ，其中 D 1nd 。電容式傳感器具有以下特點(diǎn)：功率小，阻抗高，由于電容式傳感器中帶電極板之間的靜電引力很小，因此，在信號檢測過程中，只需要施加較小的作用力，就可以獲得較大的電 容變化量及高阻抗 的輸出；動(dòng)態(tài)特性良好，具有較高的固有頻率和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；本身的發(fā)熱對傳感器的影響實(shí)際上可以不加考慮；可獲取比較大的相對變化量；能在比較惡劣的環(huán)境條件下工作；可進(jìn)行非接觸測量；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；輸出阻抗較高，負(fù)載能力較差；寄生電容影響較大；輸出為非線性。通常將 封裝在傳感器內(nèi)，此時(shí)電纜分布電容并聯(lián)在大電容上，因而對振蕩頻率 f的影響 大大減小。當(dāng)利用電渦流式傳感器測量位移時(shí)，只有在 x=～ 的范圍內(nèi)才具有較 as 好的線性度和較高的靈敏度。② as 在線圈軸線（即短路環(huán)的圓心處）內(nèi)渦流密度為零。則 Z就僅僅是關(guān)于 x單值函數(shù)。 9． 何謂渦流效應(yīng)？怎樣利用渦流效應(yīng)進(jìn)行位移測 量？ 答：塊狀金屬導(dǎo)體置于變化著的磁物中，或在磁場中 作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，所產(chǎn)生電渦流的現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。 ③ 當(dāng)被測輸入量不等于零，且 ZZ時(shí)，采用相同的分 1 2 ??U?0R析方法同理可得： U 01???UR20，即不論 Ui為正半周 ?還是負(fù)半周， U輸出電壓始終為負(fù)。且如 1 ???? R與 UR方向相反， U0?UR題圖 4— 7 所示 U??0?UR2。電路由差動(dòng)電感傳感 器 Z、 Z及平衡電 1 2 阻 R、 R（ R 1 2 i 1 ?R2）組成。當(dāng) ?x0 時(shí)，采用上述相同方法可以得到輸出電壓 U的表達(dá)式為 u0?? RL?u2 n1R?2RL。保證二者 同頻同相（或反相）。 6. 簡述相敏檢波電路的 工作原理，保證其可靠 工作的條件是什么？ 答：相敏檢波電路如題 圖 4— 6﹙ａ﹚所示。②傳感器設(shè)置良好的 磁屏蔽，必要時(shí)再設(shè)置靜電屏蔽。初級線圈與兩次級線圈的互感系數(shù)為 M， M，線 12 圈 W的感應(yīng)電勢為 E，線圈 W的感應(yīng)電勢為 E。為保證傳感器有較好的線性度，其測量范 11圍為線圈骨架長度的 10到 4。變隙式差 動(dòng)變壓器傳感器的輸出特性為 與 W21 比值成正比，然而 W2U0??W2Ui????W1?0，輸出電壓 1 比值與變壓器的體積與 00零點(diǎn)殘余電壓有關(guān)。 2. 變隙試電感傳感器的輸入特性與哪些因素有關(guān)？ 怎樣改善其非線性？怎樣提高其靈敏度？ 答：變隙試電壓傳感器的輸出特性為： 23????????????????1??L?L0?????????????0??0????0??0??? 0 其輸出特性與初始電壓量 L，氣隙厚度 ?，氣隙變化 0 量 ??有關(guān)。傳感器由兩個(gè)完全相同的電壓線圈合用一個(gè)銜鐵和相應(yīng)磁路。要求： Pa， Ui＝圓筒的橫截面積為 S??D 2 ?d 2 ???10 ?彈性元件貼片位置及全橋電路如圖所示。電阻溫度系數(shù)為 ?s??10?6/℃。 解：①根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)，有 ?R1?K??R1 已知 K?， ??800?m， R1?120? 代入公式則 ?R1?K???R1 ??800?10?6?120?? ??? ②若將電阻應(yīng)變片置于單臂測量橋路中 則 U0???R13???? ?R1 2R1?l???R11?2R1% 非線性誤差