传感器试题和答案Word文档格式.docx
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(2)当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时,有
当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时,有
或:
4、一个以空气为介质的平板电容式传感
器结构如右图所示,其中a=10mm,b=16mm,
两极板间距d=1mm。
测量时,若上极板在
原始位置(Δx=0mm)上向左平移了2mm
(即Δx=2mm),求该传感器的电容变化量、
电容相对变化量和位移相对灵敏度K0
(已知空气的相对介电常数εr=1F/m,真
空时的介电常数ε0=8.854×
10-12F/m)
电容变化量为:
即电容减小了
电容相对变化量为:
位移相对灵敏度为:
5、镍铬—镍硅热电偶,工作时冷端温度为30℃,测得热电动势E(t,t0)=38.560mv,求被测介质实际温度。
(E(30,0)=1.203mv)
工作端
温度(℃)
20
40
60
70
80
90
热电动势(mv)
900
37.325
38.122
38.915
39.703
40.096
40.488
40.897
由已知条件可知:
t0=30℃,E(t,t0)=38.560mv
∴根据中间温度定律:
E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=E(t,0)-E(30,0)=38.560
∴E(t,0)=38.560+E(30,0)=38.560+1.203=39.763(mv)
∵39.703<
39.763<
40.096
∴EM=39.763,EL=39.703,EH=40.096
tL=960,tH=970
∴被测介质实际温度为:
(℃)
6、有一台变间隙非接触式电容测微仪,其传感器的极板半径r=5mm,假设与被测工件的初始间隙d0=0.5mm。
已知试真空的介电常数等于8.854×
10-12F/m,求:
(1)如果传感器与工件的间隙变化量增大△d=10μm,电容变化量为多少?
(2)如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF,则在间隙增大△d=1μm时的输出电压为多少?
①电容式传感器的电容量:
则初始电容量:
间隙变化后的电容量:
则电容变化量:
②灵敏度
,所以
则:
7、使用镍铬-镍硅热电偶,其基准接点为30℃,测温接点为400℃时的温差电动势为多少?
若仍使用该热电偶,测得某接点的温差电动势为10.275mV,则被测接点的温度为多少?
镍铬-镍硅热电偶分度表(参考端温度为0℃)
工作端温度/℃
10
30
50
热电动势/mV
0.000
0.397
0.798
1.203
1.611
2.022
2.436
2.850
3.266
3.681
100
4.095
4.508
4.919
5.327
5.733
6.137
6.539
6.939
7.338
7.737
200
8.137
8.537
8.938
9.341
9.745
10.151
10.560
10.969
11.381
11.793
300
12.207
12.623
13.039
13.456
13.874
14.292
14.712
15.132
15.552
15.974
400
16.395
16.818
17.241
17.664
18.088
18.513
18.938
19.363
19.788
20.214
500
20.640
21.066
21.493
21.919
22.346
22.772
23.198
23.624
24.050
24.476
由分度表查得E(30℃,0℃)=1.203mV,
E(400℃,0℃)=16.395mV。
由中间温度定律E(t,t0)=E(t,tc)+E(tc,t0)有:
E(400℃,30℃)=E(400℃,0℃)-E(30℃,0℃)=16.395-1.203=15.192mV
由分度表查得E(250℃,0℃)=10.151mV,
E(260℃,0℃)=10.560mV。
由插值法
得:
=253℃
8、电阻应变片阻值为120
,灵敏系数
,沿纵向粘贴于直径为
的圆形钢柱表面,钢材的弹性模量
,
(1)求钢柱受
拉力作用时应变片电阻的变化量
和相对变化量
;
(2)又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴,问受同样拉力作用时应变片电阻的相对变化量为多少?
(2)
9、已知分度号为S的热电偶冷端温度为t0=20℃,现测得热电势为11.710mV,求被测温度为多少度?
(E(20,0)=0.113mv)
1100
10.754
10.991
11.229
11.467
11.587
11.707
11.827
E(t,t0)=11.710
E(t,0℃)=E(t,t0)+E(t0,0℃)
11.710=E(t,0℃)-E(20℃,0)=E(t,0℃)-0.113
所以E(t,0℃)=11.823mV
查表:
E(1180℃,0℃)=11.707mV,E(1190℃,0℃)=11.827mV
所以
=1180℃+
×
10℃=1470℃
10、有一吊车的拉力传感器如右图所示。
其中电阻应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上。
已知R1、R2、R3、R4标称阻值均为120Ω,桥路电压为2V,物重m引起R1、R2变化增量为1.2Ω。
1)画出应变片组成的电桥电路。
2)计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。
3)说明R3、R4起到什么作用?
①应变片组成半桥电路:
②
③R3、R4可以进行温度补偿。
11、有一台变极距非接触式电容测微仪,其极板间的极限半径r=4mm,假设与被测工件的初始间隙δ=0.3mm,试求:
1)若极板与工件的间隙变化量Δδ=2μm时,电容变化量为多少?
2)若测量电路的灵敏度S1=100mV/pF,读数仪表的灵敏度S1=5格/mv,则在Δδ=2μm时,读数仪表的示值变化多少格?
1)设电容变化量为
由题意可知:
解得:
2)
=
格
综合设计分析题
若要你需要用差动变压器式加速度传感器来测量某测试平台振动的加速度。
请你:
(1)设计出该测量系统的框图,并作必要的标注或说明;
(2)画出你所选用的差动变压器式加速度传感器的原理图,并简述其基本工作原理;
测试平台振动加速度的测量系统框图
(2)差动变压器式加速度传感器的原理图
如上图所示为一悬臂梁式测力传感器结构示意图,在其中部的上、下两面各贴两片电阻应变片。
已知弹性元件各参数分别为:
电阻应变片灵敏度系数
,且初始电阻阻值(在外力
为0时)均为
。
(1)设计适当的测量电路,画出相应电路图;
(2)分析说明该传感器测力的工作原理(配合所设计的测量电路);
(3)当悬臂梁一端受一向下的外力
作用时,试求此时四个应变片的电阻值(提示:
);
(4)若桥路供电电压为直流10v时,计算传感器的输出电压及其非线性误差。
(1)采用全桥电路:
(2)当传感器弹性元件悬臂梁受到外力
作用时,将产生一定形变从而引起粘贴在其上的四个应变片(两个受拉,另两个受压)发生相应应变,致使其中两个应变片阻值增加,另两个应变片阻值减小。
将四个应变片接入所设计的全桥电路中,从而将电阻值的变化转换成为电桥电压输出,输出电压
的大小间接反映了被测外力
的大小,如此实现了对外力
的测量。
(3)
∴
∴电阻变化量
(Ω)
∴四个应变片的电阻值变为:
(4)当桥路供电电压为直流10v时,则输出电压为:
(v)
非线性误差为:
如上图所示为一弹性元件为圆柱型的应变式测力传感器结构示意图。
已知弹性元件横截面积为S,弹性模量为E,应变片初始电阻值(在外力F=0时)均相等,电阻丝灵敏度系数为K0,泊松比为μ。
1、设计适当的测量电路(要求采用全桥电路),画出相应电路图,并推导桥路输出电压U0和外力F之间的函数关系式。
(提示:
ΔR<
<
R,推导过程中可做适当近似处理)
2、分析说明该传感器测力的工作原理(配合所设计的测量电路)。
1、全桥电路图为:
∴电桥输出电压为:
初始状态(
)时,
∴
当
时,
∵
∴对上式作近似处理,略去分母中
项及分子中
高次项,则
设轴向应变为
,则径向应变为
由传感器结构示意图可知,当传感器受力
时,应变片
和
产生的应变为:
而应变片
的应变为:
又∵应力
∴应变
∴代入
计算式中可得:
2、工作原理:
当传感器弹性元件受到沿轴向的外力
作用时,将产生一定形变从而引起粘贴在弹性元件上的四个应变片(两个沿轴向粘贴,另两个沿径向粘贴)发生相应应变,致使其中两个应变片阻值增加,另两个应变片阻值减小。
将四个应变片接入所设计的全桥电路中,经推导,测量电路输出电压
由上式可见,当
、
及桥路电源电压
一定时,输出电压
与外力
成正比,即输出电压
的大小反映了被测外力
的大小