-
应变传感器
1
、电气式测力传感器根据转换方式不同可分为几种类型？分别列出各类型的几种典型传感器。
答：
2
、简述
电阻应变式测力传感器的工作原理。
答：电
阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上，使其发生应变，贴在弹性元件上的应变片将应
变转换成电阻变化，利用电桥将电阻变化转换成电压变化，再送入测量放大电路测量。利用标定的电压和
力之间的关系，测出力的大小。
3
、弹性元件的形式有哪几种？
答：
4
、应变片的结构分为哪几部分？
答：敏感栅，底基，盖层，电极引线。
5
、对底基的要求？
答：底基的作用是将试件的应变准确地传递给敏感栅，所以底基应具有较低的弹性模量，较高的绝缘
电阻，良好的抗湿热性能。底基一般较薄，厚度在
20
～
50um
。常用的底基有纸基、胶基和玻璃纤维布
基。
6
、谈谈应变片对分类，并说明
其工作原理。
答：
应变片电阻相对变化量为
dR
/
R
?
(
1
?
2
?
)
?
?
d
?
/
?
?
(
1
?
2
?
)
?
?<
/p>
?
L
?
?
(
1
?
2
?
)
?
?
?
L
E
?
其中
(
1
?
2
?
)
?
是电阻丝的几何尺寸引起的，
?
L
E
?
是压阻效应引起的。
< br>?
为泊松系数，
?
L
为纵向压阻系
数，
E
为杨
氏（弹性）模量，
?
为应力。
对于金属，几何尺寸变化引起电阻变化占主要，即
dR
/
R
?
(
1
?
2
?
)
?
灵敏度为
K
?
1
?
2
?
，约在
1.7
～
3.6
之间。
对于半导体，压阻效应占主要，即
dR
/
R<
/p>
?
?
L
E
?
1
灵敏度
K
?
?
L
E
，为电
阻应变片的
50
～
70
倍。
7
、箔式电阻应变片与
丝式电阻应变片相比有哪些优点？
答：
1
）金属箔很薄，感受到应力更接近试件表面应力；
2
）面积大，散热好，也许通过电流大，故灵敏度高，输出信号功率
大，为丝式的
100
～
400
倍；
3
）尺寸
可以做得很准确，基长可以很短，并能制成任意形状，从而可扩大使用范围；
4
）便于批量生产。
8
、丝式电阻应变片的敏感栅的栅端可制成哪两种形式？
答：圆角形和直角形。
9
、名词解释：压阻效应
答：压阻效应是指固体受到应力作用时，其电阻率发生变化，这种现象叫压阻效应。
10
、应变仪电桥工作方式和输出电压
答：
工作方式
应变片所在臂
输出电压
U
0
11
、用一电阻应变片测量一结构上
某点的应力。应变电阻值
R
?
120<
/p>
?
，灵敏度系数
K
?
2
，接入电桥的
一臂，其余桥臂为
标准电阻
R
0
?
120
?
。若电桥由
10V
直流电源供电，测得输出电压为
5mV
。求该点
沿
应变片敏感方向的应变和应力。构建材料的弹性模量为
E
?
2
?
10
Pa
。
解：把数据
带入
U
0
?
U
i
K
?
/
4
，得到应变
?
?
10
应力为
?
?
?
E
?
10
?
2
?
10
?
2
?
10
Pa
。
12
、今有一简单拉伸试件，其上贴
有两应变片，如图所示。测量电路将其分别放于电桥相邻两臂上。已知
10
试件材料的弹性模量为
E
?
25
?
10
Pa
。泊松系数
?
?
0
< br>.
2
，应变灵敏度
K
?
2
，电桥供电电压
6V
，电桥
?
3
1
0
7
?
3
10
单臂
双臂
四臂
R
1
R
1
,
R
2
R
1
,
R
2
,
R
< br>3
,
R
4
U
i
K
?
U
i
K
?
/
4
U
i
K
?
/
2
输出电压
5mV
，试求轴向应力。
解：把数据带入
U
< br>0
?
U
i
K
?
/
2
，
得到
?
?
轴向应
力为
2
5
?
10
?
3
6
?
?
?
E
?
5
?
10
?
3
?
25
?
10
10
?
20
.
83
?
10
7
Pa
。
6
13
、一个半导体应变片的灵敏系数为
180
，半导体材料的弹性模量为
1.8
×
10
5
MPa
，其中压阻系数
π
L
为
Pa
-1
。
解：由
K=
π
L
E
，得到
π
L
=1
×
10
-5
14
、已知：输入应变仪的应变
为
286
μ
ε
，应变仪的灵敏度为
31
μ
A/
μ
ε
，记录仪的灵敏度为
5mm/mA,
求
记录仪输出的偏移量。
< br>(
注：
μ
ε
代表一个应变单位
)
解：简单，类比压电式传感器第
5
题
15
、简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。
答：布置原则有：
(1)
贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳；
(2)
在复合载荷下测量，能消除相互干扰；
(3)
考虑温度补偿作用；
单臂电桥无温度补偿作用，差动和全桥方式具有温度补偿作用。
压电式传感器
1
、名词解释：正压电效应和逆压电效应
答：正压电效应
< br>当某些晶体沿一定方向受外力作用而发生形变时，在其相应的两个相对表明产生极
性相反、大小相等的电荷，电荷的多少与力的大小成正比，当外力去掉后，又恢复为不带电的情况。
逆压电效应
在某些晶体的极化方向上施加外电场，晶体将产生机械形变，当外电场撤去后，形变消
失，这种现象叫逆压电效应。
2
、在压电式传感器中，压电晶片既是敏感元件，也是转换元件。它将力转换为电荷或电压输出。
3
、两个压电晶片串、并联情况
串联：电容小，输出电压大，适合电压输出。
并联：电容大，输出电荷大，适合缓变信号。
4
、压电传感器的前置放大器的作用和类型。
答：放大微弱信号，并把高阻抗变换为低阻抗输出。有电压放大器和电荷放大器两种。
电压放大器：输出电压正比输入电压，输入阻抗尽量高些（输入阻抗小
会影响低频响应能力）
，更换
电缆应从新定标。
电荷放大器：输出电压和输入电荷成正比。电缆电容影响小。
5
、一压电式力传感器，其灵敏度
k<
/p>
1
?
15
pC<
/p>
/
MPa
，将它与灵敏度为
k
2
?
0.005
V
/
pC
的电荷放大器
相
连，放大器输出端接到一台灵敏度为
k
3
?
30
mm
/
V
的笔式记录仪上，计算此系统的总灵敏度。又当压力
变化为
?
p
?
20
MPa
时，记录笔在纸上偏移量为多大
？
解：总灵敏度为
k
?
k
1
?
k
2
?
k
3
?
15
p
C
/
MPa
?
0.005
V
/
pC
< br>?
30
mm
/
< br>V
?
2.25
mm
/
MPa
又当压力变化为
?
p
?
20
MPa
时，记录笔在纸上偏移量为
?
x
?
?
p
?
k
?
20
MPa
?
2.25
mm
/
MPa<
/p>
?
45
mm
<
/p>
6
、压电式传感器并联的压电晶片越多，灵敏度越高。
7
、压电式传感器只适合测量动态量，不合适测
量静态量，因为电荷会被很快释放完。
3
8
、简
述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。
< br>答：传感器与电压放大器连接的电路
,
其输出电压与压电
元件的输出电压成正比
,
但容易受电缆电容的
< br>影响。
传感器与电荷放大器连接的电路
,
其输出电压与压电元件的输出电荷成正比
,
电缆电容的影响小。
热电偶
1
、
热电偶式温度传感器属于接触式热电动势型传感器。它的工作原理基于热电效应。
2
、热电效应：当两种不同金属导体两端相互精密地连接在一起组成
一个闭合电路时，由于两个结点温度
不同，回路中将产生热电动势，并形成热电流，这种
把热能转换成电能的现象叫热电效应。
3
、热电偶整个回路的热电动势由哪两部分电动势组成？
答：热电势由接触势和温差电势组成。
4
、中间导体定律：导体
a
、
b
组成的热电偶，当引入第三个导体时，只要保持其两端温度相同，则
对总热
电动势无影响，这一结论叫中间导体定律。
5
、说明热电偶温度传感器中间导体定律的实际应用意义。
答：利用中间导体定律，可将毫伏表接入热电偶回路中，只要保证两个结点温
度一致，就能正确测出
热电动势而不影响热电偶的输出。
6
、热电偶分类：普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、并联热电
偶（测平均温度）和串联热电偶（测
温差）
。
< br>
7
、为什么要对热电偶进行温度补偿？
答：热电偶的输出电动势仅反映出两个结点之间的温度差，为了使输出电动势能正确反映
被测温度的
真实值，要求参考端温度恒为
0
℃，但实际热电偶使用的环境不能保证参考端温度为
0
℃，
因此必须对其
进行温度补偿。
8
、说明薄膜热电偶的特点
答：热容量小、时间常数小、反应速度快。
金属热电阻
1
、图示为一种测温范围为
0
℃
~10
0
℃的测温电路，其中
R
t
?
10(1
?
0.02<
/p>
t
)
k
?
为感温热电阻，
R
0
、
R
s
均
为常
值电阻，
n
为正整数，
E
为工作电压，
M
与
N
两点的电位差为输出电压。问：
1
）如果
t
?
0
℃时输出电压为零，
R
s
应取多少？
2
）给出该测温电路的输出特性方程。
解：
1
）根
据电路结构形式，电桥输出电压为
?
R
t
?
10(1
?
0.02
t
)
nR
0
?
n
?
U
MN
?
U
M
?
U
N<
/p>
?
E
?
?
?
E
?
?
?
?
R
?
R
R
?
nR
10(1
?
0.02
t
)
?
R
1
?
n
s
< br>0
0
?
s
?
t
?
?
t
?
0
℃时输出电压为零，则有
?
10(1
?
0.02
t
)
n
?
E
?
?
?
?
0
?
10(1
?
0.02
t
)
?
R
s
1
?
n
?
t
?
0
< br>
4
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