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4
常用传感器的变换原理
4.1
单选题
1
、导体应变片在外力作用下引起电阻变化的因素主要是（
）
。
(A)
长
度；
(B)
截面积；
(C)
电阻率；
(D)
温度
<
/p>
2
、在位移测量中，
（
< br>
）传感器适用于非接触测量，而且
不宜受油污等
介质影响。
(A)
电
容；
(B)
压电；
(C)
电阻；
(D)
电涡流
3
、面积变化型电容传感器的灵敏度（
）
。
(A)
正比于两块极板之间的线速度
；
(B)
正比于两块极板之间的线位移；
(C)
正比于两块极板之间的间隙
；
(D)
等于常数
4
、变极板间隙型电容传感器的输入
与输出成（
）关系。
(A)
正比；
(B)
线性；
(C)
反比；
(D)
平方
5
、下列第（
）组传感器都是把被测量变换为电动势输出的。
(A)
热电偶、电涡流、电阻应变；
(B)
热电偶、霍尔、半导体气敏传感器；
(C)
硅光电池、霍尔、磁电；
(D)
压电、霍尔、电感式
6
、
（
）
传感器适用于几米到几十米的大型
机床工作台位移的直线测量。
(A)
电涡流；
(B)
电容；
(C)
压磁；
(D)
光栅
7
、下列第（
）组传感器较适用于测量旋转轴的转速。
(A)
电涡流、电阻应变、电容；
(B)
电磁感应、电涡流、光电；
(C)
硅光电池、霍尔、压磁；
(D)
压电、霍尔、电感式
8
、下面对涡流传感器描述正确的是（
）
。
(A)
不受油污等介质影响；
(B)
它属于接触测量；
(C)
有高频透射式；
(D)
有低频反射式
9
、关于极距变化型电容传感器，
（
）的说法是错误的。
(A)
极板之间的距离越小，灵敏度越高；
(B)
电容与极板的位移成线性关系
(C)
采用差动连接方式可以提高灵敏度；
(D)
测量时，保持极板的覆盖面积
不变
<
/p>
10
、
关于可变磁阻式传感器，
（
）的说法是错误的。
(A)
自感与气隙长度成正比例，与气隙导磁截面积成反比例
1
(B)
可以把双螺管差动型的线圈做为电桥的两个桥臂
(C)
采用差动连接方式可以提高灵敏度和线性
(D)
变气隙型的灵敏度比面积型的灵敏度高
11
、关于线性可变差动变压器（
LVDT
< br>）传感器，
（
）的说法是错误的。
(A)
两个次级线圈的参数完全相同；
(B)
后接电路包括相敏检波器
(C) <
/p>
传感器输出的电压是交流量，可以用交流电压表测量铁心位移的极性；
(D)
在后接电路中，需要补偿零点残余电压
4.2
填空题
1
、为了提高变极距型电容传感器的灵敏度，线性度及减小外部条件
变化对
测量精度的影响，实际应用时常常采用（
）工作方式。
2
、电容传感器通常可分为极距变化型、面积变化型和（
）型。
3
、
（
）传感器的输出电势与被测速度成正比。
4
、两个压电元件的（
）适合于测量以电荷为输出的场合。
5
、双螺线管差动型电感传感器比单螺线管型电感传感器有较高
的灵敏度和
（
）
。
6
、一个霍尔元件有（
）根引线。
4.3
简答题
1
、什么是物性型传感器
?
什么是结
构型传感器
?
试举例说明。
物性型传感器依靠敏感元件材料本身的物理变化来实现信号变换。
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。
结构型传感器依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换。例如，电容式传
< br>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<
/p>
或互感变化等。
2
、有源型传感器和无源型传感器有何不同
?
试举例说明。
有源型传感器即能量控制型传感器，
是从外部供给辅助能量使其工作的，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
无源型传感器即能量转换型传感器，是直接由被测对象输入
能量使其工作
的，例如，热电偶温度计、弹性压力计等。但由千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。
3
、什么是金属的电阻应变效应？金属丝的灵敏度
系数的物理意义是什么？
有何特点？
金属发生应变时，其阻值随之发生变化的现象称为电阻应变效应。金属丝的
灵敏度系数是
其在单位应变条件下的电阻变化率。
在金属丝的屈服极限以下的范
围内，灵敏度系数为常数。
4
、金
属应变片与半导体应变片在工作原理上有何不同？
前者利用金
属应变引起电阻的变化；
而后者是利用半导体电阻率变化引起电
阻的变化（压阻效应）
。
5
、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？
对于安装的应变片，在单向应力状态下，受力方向与敏感栅轴向相同时，应
变片的电阻变化率与轴向应变的比值称为应变片的灵敏系数。
一般情况下，应变片的灵敏系数小于电阻丝的灵敏系数。主要原因是：当应
变
片粘贴于弹性体表面或者直接将应变片粘贴于被测试件上时，
由于基底和粘结
剂的弹性模量与敏感栅的弹性模量之间有差别等原因，
弹性体或试件的变形
不可
能全部均匀地传递到敏感栅；丝栅横向效应的影响。
6
、什么是半导体的压阻效应，半导
体应变计的灵敏度系数有何特点？
半导体材料发生效应时，其
电阻系数发生变化的现象称为压阻效应。半导体
应变计的灵敏度系数比较大，是金属材料
的
50~70
倍，但是对于同规格型号的应
变计，其数值的差异比较大，易受温度的影响。
7
、在自感式传感器中
,
螺管式自感传感器的灵
敏度最低，为什么在实际应用
中却应用最广泛？
答：在自感式传感器中，虽然螺管式自感传感器的灵敏度最低，但示值范围
大
、线性也较好；同时还具备自由行程可任意安排、制造装配方便、可互换性好
等优点。由
于具备了这些优点，而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决，
故目前螺管式自感传
感器应用中最广泛。
8
、试比较自感
式传感器与差动变压器式传感器的异同。
3
不同点：自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数
的变化，通过测
量电路把电抗转换成或电流输出；
差动变压器式
传感器把被测非电量的变化转换
成互感系数的变化，可以直接输出电压信号。
相同点：两者都属于能量控制型传感器，参量
转换中包括抗的变化，都可以
分为气隙型、
截面型和螺管性三种
类型，
并且可以通过差动连接消除电感的非线
性的影响。
9
、说明涡流传感器基本工作原理。
涡流传感器利用金属在交变磁场中的涡流效应。
当传感器的线圈
即探头通过
确定幅值和频率的高频激励电流，
线圈产生的磁力线
会在金属被测物体中激发涡
电流。
涡电流的磁力线与线圈产生的
磁力线方向相反，
从而使线圈的电感发生变
化，变化量与被测金
属物体和探头之间的距离、金属的厚度、材料的电磁特性、
材质的均匀性等参数有关，可
以选择其中某个参数作为被测量。
10
、
涡流传感器测量位移与其他位移传感器比较，
其主要优点是
什么？涡流
传感器能否测量大位移？为什么？
涡流传感器具有频率响应范围宽，灵敏度高，测量范围大，结构简单，抗干
扰能
力强，
不受油污等介质影响，
特别是其具有非接触测量等优点。
因为涡流传
感器受变换磁场大小的限制，故它不能用于测量大位
移。
11
、涡流传感器除了能测量位
移外，还能测量哪些非电量？
涡流传感器除了能测量位移外，
还可测量由位移量变换而来的被测对象，
例
如位移振幅、表面粗糙度、转速、零件尺寸、零件个数、零件厚度、回转轴线误
差运
动等测量；
由被测材质变换而来的被测对象，
例如温度、
硬度、
涡流探伤等。
12
、
利用涡流传感器物体的位移。
如果被测物体由朔料制成，
位移测量是否
可行？为什么？
不可行。因为涡流传感器是电感传感器的一种，是利用金属在交变磁
场中的
涡流效应进行工作的，而朔料不是导体，不能产生涡流效应，故不可行。
13
、为什么电容式传感器易受干扰？如何减
小干扰？
(1)
传感器两极板之间的
电容很小，仅几十个
pF
，小的甚至只有几个
< br>pF
。
(2)
而传感器与电子仪器之间的连接电缆却具有很大的电容，
如屏蔽线的电容
最小的
l
米也有几个
pF
，最大的可达上百个
pF
。这不仅
使传感器的电容相对变
4
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