【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 δ固定，可構(gòu)成 變面積型 傳感器。 2 變氣隙型電感傳 感器靈敏度 高 ，非線性嚴(yán)重 ，量程 較小 。變面積型電感傳感器的靈敏度 比空氣隙型的低 ，線性性 好 ，量程 較大 。螺管型電感傳感器的靈敏度 比變面積型的還低 ，量程 大 ，線性性 較好 。 3 差動(dòng)電感傳感器的結(jié)構(gòu)要求是：兩個(gè)磁導(dǎo)體的幾何尺寸 完全相同 ，材料性能 完全相同 ，兩個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸 也完全相同 。 4 差動(dòng)式的與單線圈的電感傳感器相比，具有線性 好 、靈敏度 提高一倍 和測(cè)量精度 高 的優(yōu)點(diǎn)。 5 交流電橋的平衡條件是 Z1Z3=Z2Z4。 6 零位誤差是指輸入為 零 時(shí)，輸出 不為零 。減小零位誤差的方法是 減小電源中的諧波成分 ，還可以 采用補(bǔ)償電 路進(jìn)行補(bǔ)償 。 7 根據(jù)電磁場(chǎng)的理論，渦流的大小與導(dǎo)體的 電阻率ρ 、 導(dǎo)磁率μ 、 導(dǎo)體厚度 t 及 線圈與導(dǎo)體之間的距離 x、線圈的激磁頻率ω 等參數(shù)有關(guān)。改變 線圈和導(dǎo)體之間的距離 ，可以做成測(cè)量位移、厚度、振動(dòng)的傳感器；改變導(dǎo)體的 電阻率 ，可以做成測(cè)量表面溫度、檢測(cè)材質(zhì)的傳感器；改變導(dǎo)體的 導(dǎo)磁率 ，可以做成測(cè)量應(yīng)力、硬度的傳感器，同時(shí)改變 x,ρ和μ ，可以對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行探傷。 8 低頻透射式渦流傳感器的測(cè)量原理是：當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈之間放入金屬板后，引起接收線圈感應(yīng)電勢(shì) E2 的變化，金屬板的 厚度δ 越大， E2 就 越小 。通常，測(cè)薄導(dǎo)體時(shí)，激勵(lì)頻 率 較高 ，測(cè)厚導(dǎo)體時(shí)激勵(lì)頻率應(yīng) 較低 。測(cè) ? 較小的材料時(shí)，應(yīng)選 較低 的頻率，而測(cè) ? 較大的材料（黃銅、鋁）時(shí)，則選用 較高 的頻率。 9 渦流傳感器最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，應(yīng)用非常廣泛，可以檢測(cè) 位移7 和尺寸 、 厚度 、 轉(zhuǎn)速 、 溫度 和 渦流探傷 。 10 感應(yīng)同步器的激磁方式有兩種：一種是以 滑尺（或定子）激磁，由 定尺（或轉(zhuǎn)子） 取出感應(yīng)信號(hào)；另一類是以 定尺 激磁，由 滑尺 取出感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。感應(yīng)同步器的檢測(cè)系統(tǒng)分成 鑒相型 和 鑒幅型 。 11 零位誤差是指 零電勢(shì)距離起始零位的 實(shí)際位移量 與 理論位移量 的誤差，點(diǎn)的細(xì)分誤差是指每個(gè)細(xì)分點(diǎn)的 實(shí)際細(xì)分值 與 理論細(xì)分值 之差，細(xì)分誤差為各點(diǎn)細(xì)分誤差中的正最大值和負(fù)最大值的絕對(duì)值之和的一半，并冠以“177?！碧?hào)來(lái)表示。 思考題： 1 磁電式傳感器可分為幾類？各有什么性能特點(diǎn)？答： ① 變磁通式磁電傳感器 ： 這種類型的傳感器線圈和磁鐵固定不同，利用鐵磁性物質(zhì)制成一個(gè)齒輪（或凸輪）與被測(cè)物體相連而連動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中齒輪（或凸輪）不斷改變磁路的磁阻，從而改變了線圈的磁通，在線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。這種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上有開(kāi)磁路和閉磁路兩種，一般都用來(lái)測(cè) 量旋轉(zhuǎn)物體的角速度，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的頻率作為輸出，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率等于磁通變化的頻率 ② 恒定磁通式磁電傳感器 ： 在圖 64 中，線圈和殼體固定，永久磁鐵用彈簧支承，當(dāng)殼體隨被測(cè)物體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈性元件較軟而運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大，因而有較大慣性，來(lái)不及跟隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全部被彈性元件吸收，永久磁鐵與線圈之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 。 2 簡(jiǎn)述磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理，磁電感應(yīng)式傳感器最基本的構(gòu)成元件有哪些？ 答：磁電式傳感器直接從被測(cè)物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，且輸出功率大 ，性能穩(wěn)定，它的工作不需要電源，調(diào)理電路非常簡(jiǎn)單，由于磁電式傳感器通常具有較高的靈敏度，所以一般不需要高增益放大器，適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩的測(cè)量。 3 利用磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量主軸轉(zhuǎn)速的傳感器，并說(shuō)明如何將其作為數(shù)字傳感器使用。 答：測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸鏈接，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒與定子的齒相對(duì)時(shí)氣隙最小，磁路中磁通最大，當(dāng)兩者的齒與槽相對(duì)時(shí)，氣隙最大，磁路中磁通最小。因而當(dāng)定子不動(dòng)而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁通就周期性的變化，從而在線圈感應(yīng)出近似正弦的電感信號(hào)，感應(yīng)電勢(shì)頻率。 可否 利用磁電感應(yīng)式傳感器來(lái)測(cè)流量？簡(jiǎn)述其工作原理。 答： 電磁流量傳感器 8 電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 68 所示，傳感器安裝在工藝管通中，當(dāng)導(dǎo)電流體沿測(cè)量管在磁場(chǎng)中與磁力線成垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流本切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其值可用下式表示： 流經(jīng)測(cè)量管流體的瞬時(shí)流量 與流速 的關(guān)系為 68 式中， —測(cè)量管內(nèi)電極處橫截面面積 則： 69 式中， —儀表常數(shù) 由式 69 可知，當(dāng)傳感器參數(shù)確定后，儀表常數(shù) 是一定值，感應(yīng)電勢(shì)正與流量 Q 成正比。 5 什么是霍爾效應(yīng)？簡(jiǎn)述霍爾電流表 和霍爾場(chǎng)強(qiáng)計(jì)的工作原理。 答： 金屬或半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 ，在與薄片方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的薄片的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ， 的大小正比于控制電流 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，利用霍爾效應(yīng)制成的傳感元件稱霍爾傳感器。 霍爾鉗形電流表的探頭實(shí)用環(huán)形鐵心做集束器，霍爾器件放在空隙中間。由安培定律克制，在載流導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，用霍爾元件來(lái)測(cè)量這一磁場(chǎng)，其輸出的霍爾電勢(shì)正比于該磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量可間接測(cè)得電流的大小。 由霍爾元件構(gòu)成的電流傳感器為非接觸式測(cè)量，測(cè)量精度高，不必切斷電路電流，測(cè)量范圍廣，本身幾乎不消耗電路功率。磁場(chǎng)測(cè)量的方法很多，其中應(yīng)用比較普遍的是以霍爾元件做探頭的特斯拉計(jì)。鍺和砷化鎵的霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)小，線性范圍大，適于做測(cè)量磁場(chǎng)的探頭。把探頭放在待測(cè)磁場(chǎng)中，探頭的磁敏感面與磁場(chǎng)方向垂直，控制電流恒定，則霍爾輸出電勢(shì) UH 正比于磁場(chǎng) B，故可以利用它來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。 6 霍爾系數(shù)的物理意義是什么？為什么用半導(dǎo)體材料制造霍爾元件？ 答： 霍爾系數(shù) ，其中 為載流體的電阻率， 為載流子的遷移率，半導(dǎo)體材料（尤其是 N 型 半導(dǎo)體）電阻率較大，載流子遷移率很高，因而可以獲得很大的霍爾系數(shù)，適于制造霍爾傳感器。 什么是霍爾元件的不等位電勢(shì)？如何補(bǔ)償？ 答：不等位電勢(shì) ：在額定控制電流作用下，無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，由于材料電阻率的不均勻，兩個(gè)電極不在同一等位面上，霍爾元件的厚度不均勻等原因，在兩霍爾電極之間的空載電勢(shì)。要完全消除霍爾元件的不等位電勢(shì)很困難，一般要求 。 什么是霍爾元件的磁阻效應(yīng)？磁阻效應(yīng)應(yīng)對(duì)霍爾元件的輸9 出有什么影響。 答： 特性是指霍爾元件的輸入（或輸出）電阻與磁場(chǎng)之間的關(guān)系，霍爾元件的內(nèi)阻隨磁場(chǎng)的絕對(duì)值增加而增大，這 種現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)?；魻栐拇抛栊?yīng)使霍爾輸出降低，尤其在強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，輸出降低較多，應(yīng)想辦法予以補(bǔ)償 。 請(qǐng)畫(huà)出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。 答：對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高，受溫度影響小。兩種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動(dòng)方式。 10 磁柵式傳感器由哪幾部分組成？簡(jiǎn)述工作原理？ 答：磁柵式傳感器由磁柵、磁頭和檢測(cè)電路組成。磁柵是檢測(cè)位置的基準(zhǔn)尺，尺身的磁性薄膜上預(yù)先錄有相同間距的柵狀磁信號(hào)，此偷渡去磁信號(hào)。當(dāng)磁柵與磁頭的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，磁頭的輸出發(fā)生相應(yīng)變化，將位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成脈沖，并以數(shù)字形式顯示出來(lái)。磁柵傳感器有長(zhǎng)磁柵式和圓磁柵式兩種，分別用來(lái)測(cè)量線位移和角位移。 1 磁柵式傳感器的信號(hào)處理方法有哪些？ 答：磁柵式傳感器的信號(hào)處理方法有靜態(tài)磁頭的信號(hào)處理方法和動(dòng)態(tài)磁頭的信號(hào)處理方法。 1 磁柵式傳感器的誤差是哪些因素引起的，磁柵式傳感器可應(yīng)用于哪些場(chǎng)合 答：磁柵式傳感器的誤差包括零位誤差和細(xì)分誤差。零位誤差是由以下因素造成的：磁柵的節(jié)距不均勻造成的零位誤差； 磁柵的安裝與變形誤差；磁柵剩磁變化所引起的零點(diǎn)漂移；外界磁場(chǎng)干擾。細(xì)分誤差是由以下因素造成的：由于磁膜不均勻或錄制過(guò)程不完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等；兩個(gè)磁頭在空間位置偏離正交較遠(yuǎn)；兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱引起的誤差；磁場(chǎng)高次 諧波分量和感應(yīng)電勢(shì)高次諧波分量的影響。磁柵式傳感器目前有以下兩個(gè)方面的應(yīng)用：可以作為高精度測(cè)量長(zhǎng)度和角度的測(cè)量?jī)x器?？梢宰鳛樽詣?dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件（線位移）。 作業(yè)題： 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線，導(dǎo)體兩端會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E，閉合導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=N dtd? ；當(dāng)線圈垂直于磁場(chǎng)方向切割磁力線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e=NBlv；若線圈以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，、則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e=NBSω 。 只要線圈磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，其實(shí)現(xiàn)的主要方法有 線圈與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) ， 磁 路中磁阻變化 ， 恒定磁場(chǎng)中線圈面積變化 。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，感應(yīng)電動(dòng)10 勢(shì) e 與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度 v 或ω成正比。所以，可用磁電式傳感器測(cè)量 線速度 和 角速度 ，對(duì)測(cè)得的速度進(jìn)行積分或微分就可求出 位移 和 加速度 。 磁電式傳感器直接從被測(cè)物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，且輸出功率 大 ，性能 穩(wěn)定 ，它的工作不需要 電源 ，調(diào)理電路 非常簡(jiǎn)單 ，由于磁電式傳感器通常具有較高的 靈敏度 ，所以一般不需要 高增益放大器 ，適用于 振