【正文】 δ =1μ m 時(shí)，電感的相對(duì)變化量△ L/L0 可達(dá) ~，因而它對(duì)處理電路的放大倍數(shù)要求低。變面積型的靈敏度比便器習(xí)性的低，它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好 對(duì)吧線性，量程較大，制造裝配比較方便，應(yīng)用較廣。 電感式傳感器的測(cè)量電路主要形式是什么？ 答：交流電橋是電感傳感器的主要變換電路。當(dāng)不接負(fù)載（或負(fù)載阻抗為無窮大）時(shí)，其輸出稱為開路輸出電壓，表達(dá)式為： 當(dāng)電橋平衡時(shí)，即 Z1Z3=Z2Z4，電橋的輸出 ，當(dāng)橋臂阻抗發(fā)生變化時(shí)，引起電橋不平衡， 將不再為 0，通過 的變化，可以確定橋臂阻抗的變化。 與非差動(dòng)型性比，差動(dòng)型變磁阻式自感傳感器有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答：具有下列優(yōu)點(diǎn)：線性好； 靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同時(shí)，輸出信號(hào)大一倍；溫度變化、電源波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，由于能互相抵消而減?。浑姶盼?duì)測(cè)力變化的影響也由于能相互抵消而減小。最常用的差動(dòng)變壓器的轉(zhuǎn)換電路為差動(dòng)整流電路。 什么叫渦流效應(yīng)？ 答：渦流傳感器的工作原理是渦流效應(yīng)，當(dāng)一塊金屬導(dǎo)體放置在一變化的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中漩渦那樣在導(dǎo)體內(nèi)轉(zhuǎn)圈，所以稱之為電渦流或渦流。 壓磁式傳感器的工作原理是什么 ？ 答：壓磁式傳感器的工作原理是基于鐵磁材料的壓磁效應(yīng)，它具有輸出功率大，抗干擾能力強(qiáng)，過載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)；但測(cè)量精度一般，頻率響應(yīng)較低，常用于冶金、礦山、運(yùn)輸?shù)? 工業(yè)，用于測(cè)力和稱重。 為什么說感應(yīng)同步器是數(shù)字傳感器？ 答：感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面繞組的互感系數(shù)隨兩者的相對(duì)位置變化而變化，來測(cè)量線位移和角位移的傳感器，可以分為直線感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器 。 答：差動(dòng)傳感器幾種常用的測(cè)量電路有：變氣隙型、變面積型和螺管型三種。缺點(diǎn)是示值范圍小，非線性嚴(yán)重。 10176。螺管型與前面兩種相比，雖然靈敏度低，但是示值范圍大，自由行程可以自由安排，制造裝配也比較方便。一般地說，測(cè)薄導(dǎo)體時(shí)，頻率略高些，測(cè)厚導(dǎo)體時(shí)頻率應(yīng)低些。 高頻反射式渦流傳感器：傳感器和基準(zhǔn)面的距離 x 是固定的，將被測(cè)物體放在基準(zhǔn)面上以后，可測(cè)出渦流傳感器與被測(cè)物體之間的距離 d，于是可以求出被測(cè)物體的厚度 h=xd。 S 固定，可構(gòu)成 變氣隙型 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 。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 。 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)。 6 零位誤差是指輸入為 零 時(shí)，輸出 不為零 。 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)。 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 。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。 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)。 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。 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)。 2 簡述磁電感應(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。 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。 可否利用磁電感應(yīng)式傳感器 來測(cè)流量？簡述其工作原理。 5 什么是霍爾效應(yīng)？簡述霍爾電流表和霍爾場(chǎng)強(qiáng)計(jì)的工作原 理。 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。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。 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。要完全消除霍爾元件的不等位電勢(shì)很困難，一般要求 。 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)。 請(qǐng)畫出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡述其優(yōu)缺點(diǎn)。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。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)。磁柵傳感器有長磁柵式和圓磁柵式兩種，分別用來測(cè)量線位移和角位移。 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。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?？梢宰鳛樽詣?dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件（線位移）。 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 。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 。 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道中，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) 電流體切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=Bv D，其中 B 是 磁感應(yīng)強(qiáng)度 ， v 是 平均流速 ， D 是 距離 ，常與 測(cè)量管內(nèi)徑 相等。 在如圖 69 所示的 金屬 或 半導(dǎo)體 薄片兩端通以控制電流 I，在與薄片垂直方向上施加 磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng) ，則在垂直于電流和 磁場(chǎng) 方向的薄片的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生大小正比于 控制電流 I 和 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的 現(xiàn)象 ，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 ?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于 運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛侖磁力作用的結(jié)果 。 霍爾電勢(shì)的大小正比于 控制電流 I 和 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，靈敏度 kH 表示 在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)輸出霍爾電勢(shì)的大小 ，一般要求 越大越好 ，元件的厚度 d 越 薄 ， kH 越大，所以霍爾元件的厚度都很 薄 。 霍爾元件的輸出與靈敏度有關(guān)，靈敏度系數(shù) kH 越大，輸出 UH 越大 。元件的厚度 d 越小 ， kH 越大 ， UH 也 越大 ，所以霍爾元件的厚度要小，但太小會(huì)使元件的 輸入 、 輸出電阻增加 。當(dāng)磁場(chǎng)為交變，電流為直流時(shí)，由于 交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流而輸出附加霍爾電勢(shì) ，所以霍爾元件不能在交變頻率為幾千赫的磁場(chǎng)中工作。 1 霍爾元件對(duì) 溫度 的變化很敏感，霍爾元件的 輸入電阻 、 輸出電阻 、 霍爾電勢(shì) 等都會(huì)隨溫 度變化，這將給測(cè)量帶來較大的誤差。 1 以霍爾元件做探頭的特斯拉計(jì)（或高斯計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)）可用來測(cè)量磁場(chǎng)，鍺和砷化鎵器件的霍爾電勢(shì) 溫度系數(shù) 小， 線性范圍 大，適用于做測(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，故可以利用它來測(cè)量磁場(chǎng)。 1 磁柵傳感器由 磁柵 、 磁頭 和 檢測(cè)電路 組成。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)，然后通過檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成脈沖，并以數(shù)字形式顯示出來。 1 磁頭的功能是 讀取磁柵上記錄信號(hào) ，可分為 靜態(tài)磁頭 和 動(dòng)態(tài)磁頭 。為了保證一定幅值的輸出，通常規(guī)定磁頭以一定速度運(yùn)動(dòng)。零位誤差是由 磁柵的節(jié)距不均勻 、 磁柵的安裝與變形 、 磁柵剩磁變化所引起的零點(diǎn)漂移 、 外界磁場(chǎng)干擾 等因素造成的；細(xì)分誤差是由 磁膜不均勻或錄制過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 、 磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電勢(shì)高次諧波的分量的影響 等因素造成的。在實(shí)際測(cè)量中 D、 d、 e 是基本不變的，故測(cè)得 C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結(jié)構(gòu)簡單和靈敏度高，價(jià)格便宜等特點(diǎn)的原因之一。 2．簡述電容式傳感器的主要優(yōu)缺點(diǎn)。 2）缺點(diǎn)：輸出阻抗高，負(fù)載能力差；寄生電容影響大；輸出特性非線性。 答：壓磁式傳感器是電感式傳感器的一種，也稱為磁彈性傳感器，是一種新型傳感器。壓磁式傳感器的優(yōu)點(diǎn)很多，如輸出功率大、信號(hào)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、抗干擾性能好、過載能力強(qiáng)、便于制造、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可用在給定參數(shù)的自動(dòng)控制電路中，但測(cè)量精度一般，頻響較低。在生物醫(yī) 學(xué)領(lǐng)域?qū)强萍斑\(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)測(cè)試也正在應(yīng)用該類傳感器。 壓磁式傳感器是一種有源傳感器，它的工作原理是基于材料的壓磁效應(yīng)。 若某一鐵磁材料上繞有線圈，在外力的作用下，鐵磁材料的導(dǎo)磁率發(fā)生變化，則會(huì)引起線圈的電感和阻12 抗變化。通過相應(yīng)的測(cè)量電路，就可以根據(jù)輸出的量值來衡量外力的作用。這種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上有開磁路和閉磁路兩種，一般都用來測(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。 6．請(qǐng)畫出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，并簡述其優(yōu)缺點(diǎn)。課本 P148 頁圖 613。隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變化壞，僅用于精度要求不太搞的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高， 受溫度影響小。細(xì)分誤差是由以下因素造成的： 1）由于磁膜不均勻或錄制過程不完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等； 2）兩個(gè)磁頭在空間位置偏離正交較遠(yuǎn)； 3）兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱引起的誤差； 4）磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電勢(shì)高次諧波分量的應(yīng)用。由于可以采用激光定 位錄磁，而不需要采用感光、腐蝕等工藝，因?yàn)榭梢缘玫捷^高的精度，目前可以做到系統(tǒng)精度為 ，分辨率可達(dá) 1~5pm。例如在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床及高精度重、中型機(jī)床控制系統(tǒng)中的測(cè)量裝置，均得到了應(yīng)用。 答：不能。敏感芯體質(zhì)量受振動(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)與加速度成正比的力，壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號(hào) 。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)其振動(dòng)量的加速度值可能會(huì)相當(dāng)小，例如當(dāng)振動(dòng)位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號(hào)其加速度值僅為 ()；然而對(duì)高頻振動(dòng)當(dāng)位移為 ，頻率為 10 kHz的信號(hào)其加速度值可達(dá) 4 x 10 5m/s2 (40000g)。所以 變化緩慢的信號(hào)頻率低，無法被分辨 。 答： 1）壓電晶體（單晶）如：石英晶體的主要性能特點(diǎn)是：第一，壓電系數(shù)和介電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性好，常溫下幾乎不變，在20~200℃范