传感器复习DOC.docx
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传感器复习DOC
P68维捷曼效应
在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时，首先将它与增益为5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔式记录仪上，试求:
（1）该压力测试系统的灵敏度;
（2）当记录仪的输出变化30mm时，压力变化为多少？
解：
（1）求解串联系统的灵敏度。
（2）求压力值。
把灵敏度为404×10-4pc/Pa的压电式力传感器与一台灵敏度调到0.226mv/pc的电荷放大器相接，求其总灵敏度。
若要将总灵敏度调到10×106mv/Pa，电荷放大器的灵敏度应如何调整？
解：
什么是物性型传感器?
什么是结构型传感器?
试举例说明。
答：
（1）物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。
例如利用水银的热胀冷缩现象制成水银温度计来测温；利用石英晶体的压电效应制成压电测力计等。
（2）结构型传感器则是依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。
例如，电容式传感器依靠极板间距离变化引起电容量变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感变化等。
能量控制型传感器和能量转换型传感器有何不同?
试举例说明。
答：
（1）能量控制型传感器，是从外部供给传感器能量使其工作的，并由被测量来控制外部供给能量的变化。
例如，电阻应变测量中，应变计接于电桥上，电桥工作能源由外部供给，而由于被测量变化所引起应变计的电阻变化来控制电桥的不平衡程度。
此外电感式测微仪、电容式测振仪等均属此种类型。
（2）能量转换型传感器，是直接将被测量的能量转换为输出量的能量使传感器工作的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等。
但由于这类传感器是被测对象与传感器之间的能量传输，必然导致被测对象状态的变化，而造成测量误差。
金属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？
答：
金属应变片利用金属几何形状变化引起电阻的变化；而半导体应变片是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化（压阻效应）。
求图示交流电桥的平衡条件。
解：
如题图所示，在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。
试分析各应变片感受的应变，将其值填写在应变表中，并分析如何组桥才能进行下述测试：
（1）只测弯矩M，消除拉力的影响；
（2）只测拉力P，消除弯矩的影响。
解：
（1）设构件上表面因弯矩产生的应变为ε，构件材料的泊松比为μ。
各应变片感受的弯应变列表如下：
R1
R2
R3
R4
-με
ε
-ε
με
组桥如下，可以只测弯矩，消除拉应力的影响。
（2） 设构件上表面因拉力产生的应变为ε，构件材料的泊松比为μ。
各应变片感受的弯应变列表如下：
R1
R2
R3
R4
-με
ε
ε
-με
组桥如下，只测拉力，消除弯矩的影响。
用镍铬-镍硅热电偶测量某低温箱温度，把热电偶直接与电位差计相连接。
在某时刻，从电位差计测得热电势为-1.19mV，此时电位差计所处的环境温度为15℃，试求该时刻温箱的温度是多少度？
镍铬-镍硅热电偶分度表
温度
℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
热电动势（mV）
-20
-0.77
-0.81
-0.84
-0.88
-0.92
-0.96
-0.99
-1.03
-1.07
-1.10
-10
-0.39
-0.43
-0.47
-0.51
-0.55
-0.59
-0.62
-0.66
-0.70
-0.74
-0
-0.00
-0.04
-0.08
-0.12
-0.16
-0.20
-0.23
-0.27
-0.31
-0.35
0
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
10
0.40
0.44
0.48
0.52
0.56
0.60
0.64
0.68
0.72
0.76
20
0.80
0.84
0.88
0.92
0.96
1.00
1.04
1.08
1.12
1.16
（注意分度表数据的读取）
解：
由T0=15℃查分度表得E（15，0）=0.6mV。
根据中间温度定律有E（T，0）=E（T，15）+E（15，0）=-1.19+0.6=-0.59mV
则查表得低温箱温度为T=-15℃。
例：
用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，当冷端温度T0=30℃时，测得热电势E（T，T0）=39.17mV，求实际炉温。
解：
由T0=30℃查分度表得E（30，0）=1.203mV。
根据中间温度定律有E（T，0）=E（T，30）+E（30，0）=39.17+1.203=40.37mV
则查表得炉温T=977℃。
用K型热电偶测炉温时，测得参比端温度t1=39℃；测得测量端和参比端间的热电动势
E（t,39）=29.85mV，试求实际炉温。
例：
用镍铬-镍硅热电偶测量炉温，当冷端温度T0=30℃时，测得热电势E（T，T0）=39.17mV；若冷端温度T0=-20℃时，则测得的热电势为多少？
[已知E（30，0）=1.2mV，E（-30，0）=-1.14mV，E（20，0）=0.8mV，E（-20，0）=-0.77mV]
解：
E（T，0）=E（T，30）+E（30，0）=39.17+1.203=40.373mV
由E（T，0）=E（T，-20）+E（-20，0）得
E（T，-20）=E（T，0）-E（-20，0）=40.373-（-0.77）=41.143mV
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，Rx=100Ω。
当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=1000μm/m，求：
（1）应变片电阻变化量∆Rx和电阻相对变化量∆Rx/Rx。
（2）将电阻应变片Rx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？
分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。
解：
（1）
（2）将电阻应变片Rx置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为Rx。
当Rx有∆Rx的变化时，电桥输出电压为：
非线性误差：
（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。
此时，，
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。
此时，，
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）
解：
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（℃）
0
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
解：
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？
解：
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/℃
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
热电动势/mV
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
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
解：
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？
解：
（1）
（2）
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、R
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