传感器试题和答案解析.docx
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传感器试题和答案解析
1、已知一等强度梁测力系统，Rx为电阻应变片，应变片灵敏系数K=2，未
受应变时，R＜=100?
。
当试件受力F时，应变片承受平均应变£=1000卩m/m,
求：
（1）应变片电阻变化量？
R＜和电阻相对变化量？
Rx/Rx。
（2）将电阻应变片R＜置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V,
求电桥输出电压及电桥非线性误差。
（3）若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取
哪些措施？
分析在不冋措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。
解:
（1）RXK
Rx
RxKRx210001000.2（）
化时，电桥输出电压为UO
（3）要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两
个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥,
且取其他桥臂电阻也为Rx。
1RX
此时，Uo—E-0.003（V），rL0
2Rx
要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相
同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。
2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器（见下图）。
其中
a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm。
一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置
上平移了5mm，求：
（1）
K（已知空气相对介电常数G1,
极板未移动时，电容的初始电容值。
（2）
极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度
真空的介电常数Go8.8541012F/m）。
解:
（1）Co
0.85（PF）
（2）当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有
C1b
C0b
当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有
C2a
C0a
k1
ACCo
Abb
12
0.8510
3
2410
11
3.54210（F/m）
或:
k1
AC1/C0
Ab
b24103
-1
41.67（m）
解：
电容变化量为:
5、镍铬一镍硅热电偶，工作时冷端温度为
30C,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
0
20
40
60
70
80
90
温度「C）
热电动势（mv）
900
37.325
38.122
38.915
39.703
40.096
40.488
40.897
解：
由已知条件可知：
to=3OC,E（t,to）=38.560mv
•••根据中间温度定律：
E（t,to）=E（t,O）-E（t0,0）=E（t,O）-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：
39.76339.703
960（970960）961.527（C）
40.09639.703
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
-12
始间隙do=0.5mm。
已知试真空的介电常数等于8.854X10F/m，求：
（1）如果传感器与工件的间隙变化量增大厶d=10呵，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=1呵时的输出电压为多少？
解：
①电容式传感器的电容量：
C4A
d
则初始电容量:
间隙变化后的电容量:
7、使用镍铬-镍硅热电偶，其基准接点为30C，测温接点为400C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°C）
工作
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
端温
热电动势/mV
度/C
0
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
10.15
10.56
10.96
11.38
11.79
200
8.137
8.537
8.938
9.341
9.745
1
0
9
1
3
12.20
12.62
13.03
13.45
13.87
14.29
14.71
15.13
15.55
15.97
300
7
3
9
6
4
2
2
2
2
4
16.39
16.81
17.24
17.66
18.08
18.51
18.93
19.36
19.78
20.21
400
5
8
1
4
8
3
8
3
8
4
20.64
21.06
21.49
21.91
22.34
22.77
23.19
23.62
24.05
24.47
500
0
6
3
9
6
2
8
4
0
6
解：
由分度表查得E（30C,0C）=1.203mV,
E（400C,0C）=16.395mV。
由中间温度定律E（t,t0）=E（t,tc）+E（tc,t。
）有:
=E（400C,0C）-E（30C,0C）=16.395-1.203=15.192mV
E（400C,30C）
由分度表查得
E（250C,0C）=10.151mV,
（260C,0C）=10.560mV。
SE
9、已知分度号为S的热电偶冷端温度为t0=2OC,现测得热电势为11.710mV,求被测温度
为多少度？
（E（20,0）=0.113mv）
工作端
0
20
40
60
70
80
90
温度（C）
热电动势（mv）
1100
10.754
10.991
11.229
11.467
11.587
11.707
11.827
Ry
RT
Kx0.30.05%0.015%
解：
E（t,t0）=11.710
E（t,0C）=E（t,t°）+E（t0,OC）
11.710=E（t,0C）-E（20C,0）=E（t,0C）-0.113
所以E（t,0C）=11.823mV
查表：
E（1180C,0C）=11.707mV,E（1190C,0C）=11.827mV
所以tM=tL+Em~El（tHtL）=1180C+11.82311.707X10C=1470C
Eh-El11.82711.823
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120Q,桥路电压为2V，物重m引起R1、R2变化增量为1.2Qo
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？
解：
①应变片组成半桥电路：
Uo
R/R
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S=0.3mm，试求:
1）若极板与工件的间隙变化量=2pm时，电容变化量为多少？
2）若测量电路的灵敏度S=100mV/pF,读数仪表的灵敏度S=5格/mv,则在
=2pm时,读数仪表的示值变化多少格？
解：
1）设电容变化量为C,由题意可知:
C
解得：
C0.01PF
C0
C0
2）nCS1S2=0.0110055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;
解：
（1）
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
综合设计分析题
3
R
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
一1
应变片。
已知弹性兀件各参数分别为：
I25cm；t3mm；xl；W6cm；
2
E70105Pa；电阻应变片灵敏度系数K2.1，且初始电阻阻值（在外力F为0时）
均为R0120
（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F0.5N作用时，试求此时四个应变片的电阻值
（提示:
6（lx）
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F）;
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