机械工程测试技术基础答案(第三版)(3)

3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。

解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。

3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？ 解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。 电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。 半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。 选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。 3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度Sg＝2，R＝120W。设工作时其应变为1000me，问DR＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？

1.5V

图3-84 题3-4图

解：根据应变效应表达式DR/R=Sge得 DR=Sge R=2´1000´10-6´120=0.24W 1）I1=1.5/R=1.5/120=0.0125A=12.5mA 2）I2=1.5/(R+DR)=1.5/(120+0.24)»0.012475A=12.475mA 3）d=(I2-I1)/I1´100%=0.2% 4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA的电流变化。一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。

3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？

解答：以气隙变化式为例进行分析。

dLN2m0A0S==-

dd2d2

又因为线圈阻抗Z=wL，所以灵敏度又可写成

dZN2m0A0wS==- 2

dd2d

由上式可见，灵敏度与磁路横截面积A0、线圈匝数N、电源角频率w、铁芯磁导率m0，气隙d等有关。 如果加大磁路横截面积A0、线圈匝数N、电源角频率w、铁芯磁导率m0，减小气隙d，都可提高灵敏度。

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加大磁路横截面积A0、线圈匝数N会增大传感器尺寸，重量增加，并影响到动态特性；减小气隙d会增大非线性。

3-6 电容式、电感式、电阻应变式传感器的测量电路有何异同？举例说明。 解答：电容式传感器的测量电路

ìì谐振式调幅电路调幅电路ïí

î电桥电路ï

ï直放式ï调频电路ìíï î外差式í

ï运算放大器电路ï二极管T型网络ï

ï差动脉宽调制电路ï

î极化电路等

自感型变磁阻式电感传感器的测量电路：

ìì谐振式调幅电路ïï

ì惠斯登电桥ïïïïï调幅电路íï变压器电桥

ïï电桥电路í紧耦合电感臂电桥ïïï íï带相敏检波的电桥等ïîîïïï

ï调频电路ï调相电路等î

电阻应变式传感器的测量电路：电桥电路（直流电桥和交流电桥）。 相同点：都可使用电桥电路，都可输出调幅波。电容、电感式传感器都可使用调幅电路、调频电路等。 不同点：电阻应变式传感器可以使用直流电桥电路，而电容式、电感式则不能。另外电容式、电感式传感器测量电路种类繁多。

3-7 一个电容测微仪，其传感器的圆形极板半径r＝4mm，工作初始间隙d=0.3mm，问：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量Dd＝±1mm时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在Dd＝±1mm时，读数仪表的指示值变化多少格？ 解：1）

DC=

e0eAe0eAeeADdeeADd

-=0»02

d0d0+Ddd0(d0+Dd)d0

-12-32

8.85´10´1´p´(4´10)(±1´10-6)

=

(0.3´10-3)2

»±4.94´10-15F=±4.94´10-3pF

2）B=S1S2DC=100´5´(±4.94´10-3)»±2.47格 答：

3-8 把一个变阻器式传感器按图3-85接线。它的输人量是什么？输出量是什么？在什么样条件下它的输出量与输人量之间有较好的线性关系？

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图3-85 题3-8图

解答：输入量是电刷相对电阻元件的位移x，输出量为电刷到端点电阻Rx。如果接入分压式测量电路，则输出量可以认为是电压uo。

Rx=

x

Rp=klxµx，输出电阻与输入位移成线性关系。 xp

xuxpe

xx1+p(1-)RLxpxp

uo=

ue

p

x

+(1-)xRLxp

p

=

，输出电压与输入位移成非线性关系。

由上式可见，只有当Rp/RL®0时，才有uo=

x

ueµx。所以要求后续测量仪表的输入阻抗RL要远xp

大于变阻器式传感器的电阻Rp，只有这样才能使输出电压和输入位移有较好的线性关系。 3-9 试按接触式与非接触式区分传感器，列出它们的名称、变换原理，用在何处？ 解答：接触式：变阻器式、电阻应变式、电感式（涡流式除外）、电容式、磁电式、压电式、热电式、广线式、热敏电阻、气敏、湿敏等传感器。 非接触式：涡电流式、光电式、热释电式、霍尔式、固态图像传感器等。 可以实现非接触测量的是：电容式、光纤式等传感器。

3-10 欲测量液体压力，拟采用电容式、电感式、电阻应变式和压电式传感器，请绘出可行方案原理图，并作比较。

3-11 一压电式压力传感器的灵敏度S=90pC/MPa，把它和一台灵敏度调到0.005V/pC的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一灵敏度已调到20mm/V的光线示波器上记录，试绘出这个测试系统的框图，并计算其总的灵敏度。 解：框图如下

各装置串联，如果忽略负载效应，则总灵敏度S等于各装置灵敏度相乘，即 S=Dx/DP=90´0.005´20=9mm/MPa。

3-12 光电传感器包含哪儿种类型？各有何特点？用光电式传感器可以测量哪些物理量？

解答：包括利用外光电效应工作的光电传感器、利用内光电效应工作的光电传感器、利用光生伏特效应工作的光电传感器三种。 外光电效应（亦称光电子发射效应）—光线照射物体，使物体的电子逸出表面的现象，包括光电管和光电倍增管。 内光电效应（亦称光导效应）—物体受到光线照射时，物体的电子吸收光能是其导电性增加，电阻率

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下降的现象，有光敏电阻和由其制成的光导管。 光生伏特效应—光线使物体产生一定方向的电动势。 如遥控器，自动门（热释电红外探测器），光电鼠标器，照相机自动测光计，光度计，光电耦合器，光电开关（计数、位置、行程开关等），浊度检测，火灾报警，光电阅读器（如纸带阅读机、条形码读出器、考卷自动评阅机等），光纤通信，光纤传感，CCD，色差，颜色标记，防盗报警，电视机中亮度自动调节，路灯、航标灯控制，光控灯座，音乐石英钟控制（晚上不奏乐），红外遥感、干手器、冲水机等。 在CCD图象传感器、红外成像仪、光纤传感器、激光传感器等中都得到了广泛应用。 3-13 何谓霍尔效应？其物理本质是什么？用霍尔元件可测哪些物理量 …… 此处隐藏：2580字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……