傳感器試題和答案

1、1、已知一等強度梁測力系統(tǒng)，B為電阻應變片，應變片靈敏系數(shù)K=2,未受應變時，RX = 100?。當試件受力F時，應變片承受平均應變 = 1000 11 m/m 求:(1)應變片電阻變化量 ？R和電阻相對變化量？R/Rx。(2)將電阻應變片RX置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V,求電橋輸出電壓及電橋非線性誤差。(3)若要使電橋電壓靈敏度分別為單臂工作時的兩倍和四倍，應采取哪些措施？分析在不同措施下的電橋輸出電壓及電橋非線性誤差大小。RxRxRxRx 2 1000 1000.2()Rxr70.21000.2%精選(2)將電阻應變片Rx置于單臂測量電橋，取其他橋臂電阻也為Rx。當Rx有?Rx

2、的變化時，電橋輸出電壓為UoRx RxUO (LR；-)E 3 (100 0.2 丄)0.0015(V)2 200 0.2 2非線性誤差：rLRx/2RxRx/2Rx100%0.1%(3)要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的2倍，則應該在等強度梁的正反面對應貼上兩個相同的應變片，一個受拉應變，一個受壓應變,接入電橋相鄰橋臂，形成半橋差動電橋,且取其他橋臂電阻也為Rx。此時，UO 2e Wx0.003(V)，rL 0要使電橋電壓靈敏度為單臂工作時的4倍，則應該在等強度梁的正反面對應貼上四個相同的應變片，2個受拉應變，2個受壓應變，形成全橋差動電橋。此時，Uo ERx0.006(V)，rL 0。其中2

3、、有一個以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器(見下圖)a=16mm,b=24mn兩極板間距為4mm 塊極板分別沿長度和寬度方向在原始位置上平 移了 5mm求:(1)極板未移動時，電容的初始電容值。解:(2)極板沿不同方向移動時，傳感器的位移靈敏度真空的介電常數(shù) s 8.854 10 12F/m)。(1)Co0 r A d8.854 101233116 1024 104 10 3(2)k1或:k20.85( PF)當一塊極板沿長度方向在原始位置上平移時，有C1bCT V當一塊極板沿寬度方向在原始位置上平移時，有C2aC0aAC1 C 0Ab b120.85 10324 10 3或：kkiAC1/

4、C0ACAaAbCoAC2/C0AaK (已知空氣相對介電常數(shù) 1 ,113.542 10(F/m)1 1 b 24 10 3120.85 10316 10 3116 10 341.67(m-1)0.53125 10 10(F/m)-162.5(m )4、一個以空氣為介質(zhì)的平板電容式傳感器結(jié)構(gòu)如右圖所示，其中 a=10mm b=16mm兩極板間距d=1mm測量時，若上極板在原始位置( x=0mm上向左平移了 2mm(即 x=2mm，求該傳感器的電容變化量、電容相對變化量和位移相對靈敏度KO(已知空氣的相對介電常數(shù)r=iF/m,12空時的介電常數(shù) 0=8.854 X 10- F/m)解：電容變化

5、量為:C C C0r 0(a x)bd0abr 0 Xbd1 8.85410 12 2 103116 10 3即電容減小了 2.831010 313F2.83 10 13(F)電容相對變化量為:Cor 0 xbd_r 0abd2 10 310 10 30.2位移相對靈敏度為:K0C01310 101000)=38.560mv，求被測5、鎳鉻一鎳硅熱電偶，工作時冷端溫度為30 C，測得熱電動勢 E(t,t介質(zhì)實際溫度。(E(30,0)=1.203mv)工作端0 1204060 1708090溫度c )熱電動勢(mv)90037.325 138.12238.91539.703 140.09640.

6、48840.897解：由已知條件可知：t0=30C, E (t,t 0)=38.560mv根據(jù)中間溫度定律：E(t,t 0)= E(t,0)- E(t0,0)= E(t,0)- E(30,0)=38.560E(t,0)=38.560+ E(30,0)=38.560+1.203=39.763(mv)/ 39.703 39.763 40.096Ev=39.763,E l=39.703,E h=40.096l=960, th=970被測介質(zhì)實際溫度為:t tL39 763 39 703960(970 960)961.527 (C)40.096 39.703r=5mm假設(shè)與被測工件的初6、有一臺變間隙

7、非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑12 始間隙d0=0.5mm已知試真空的介電常數(shù)等于8.854 X 10- F/m,求：(1) 如果傳感器與工件的間隙變化量增大d=10卩m,電容變化量為多少？(2) 如果測量電路的靈敏度Ku=100mV/pF,則在間隙增大 d=1卩m時的輸出電壓為多少?A解： 電容式傳感器的電容量：C d則初始電容量:C。A 8.854 10 12 106 d。0.5士31.39PF間隙變化后的電容量:C8.854 10 12 10625 106dod500 10則電容變化量：CC0 C 1.39-1.36靈敏度KuUomV100，所以UoCpFU O0rA(d11 )

8、100d0)100d0d8.85410 1210-625 106 ( 1則:0.03 pF1.36 pFC100 爭丄)100 2.78mV5017、使用鎳鉻-鎳硅熱電偶，其基準接點為 少？若仍使用該熱電偶，50030 C，測溫接點為400 C時的溫差電動勢為多 測得某接點的溫差電動勢為10.275mV,則被測接點的溫度為多少?鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表(參考端溫度為0 C)工作01020301 405060 11 708090端溫 度/ C熱電動勢/mV00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3

9、275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.62313.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476解：由分度表查得 E (30 C, 0C)

10、 =1.203mV,E (400C, 0C) =16.395mV。由中間溫度定律 E (t,t 0) =E(t,t c)+E(t c,t 0)有:=E (400C, 0C) -E (30C, 0C) =16.395-1.203=15.192mVE (250C, 0C) =10.151mV,E (400C, 30C)由分度表查得(260C, 0C) =10.560mV。由插值法tMtLEm ElEh El(tH tL)得:250 嗨 10.15110.56010.151 10=253C8、電阻應變片阻值為120，靈敏系數(shù)K2，沿縱向粘貼于直徑為 0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的彈性模量E 2 1

11、011 N/m2,0.3 , （1）求鋼柱受9.8 104N拉力作用時RR和相對變化量R樣拉力作用時應變片電阻的相對變化量為多少？應變片電阻的變化量；（2）又若應變片沿鋼柱圓周方向粘貼，問受同SE9.8 104R 0.05%Rx3.14 ( 2120 0.05%O.。5)2 2 10110.05%0.06()0.3 0.05%0.015%9、已知分度號為 S的熱電偶冷端溫度為10=20C，現(xiàn)測得熱電勢為 11.710mV,求被測溫度為多少度？ (E(20,0)=0.113mv)工作端020 14060 170 18090溫度(C )熱電動勢(mv)110010.75410.991 111.22

12、911.467 111.587 111.70711.827解：E (t,t 0)=11.710E (t,0 C) =E(t,t 0)+E(t 0,0 C) 11.710=E(t,0 C )-E(20 C ,0)=E(t,0 C )-0.113所以 E (t,0 C) =11.823mV查表：E(1180 C ,0 C )=11.707mV, E(1190 C ,0 C )=11.827mVR1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。所以曲 + 證(tH tL)=1180C + 1；823 黑07 X 10 C =1470 C10、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應變片已知R1、R2、R3 R

13、4標稱阻值均為120Q，橋路電壓為 2V,物重m引起R1、R2變化增量為1.2 Qo1)畫出應變片組成的電橋電路。2)3)解：計算出測得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度。說明R3 R4起到什么作用？應變片組成半橋電路:UoE (R1 RJ R3_R1) R4 R3 (R2_E -0.01V2 R 2 120Kud E 1R/R 2R3、R4可以進行溫度補償。11、有一臺變極距非接觸式電容測微儀，其極板間的極限半徑r=4mm假設(shè)與被測工件的初始間隙S =0.3mm試求：1）若極板與工件的間隙變化量S =2卩m時，電容變化量為多少？2）若測量電路的靈敏度 S=100mV/pF讀數(shù)儀表的靈敏度 S = 5

14、格/mv,則在 S =2卩m時，讀數(shù)儀表的示值變化多少格？解:1）設(shè)電容變化量為 C,由題意可知:CC0解得：C0.01PFCo2）nCS1S2 = 0.01 100 5綜合設(shè)計分析題若要你需要用差動變壓器式加速度傳感器來測量某測試平臺振動的加速度。請你:（1）設(shè)計出該測量系統(tǒng)的框圖，并作必要的標注或說明;（2）畫出你所選用的差動變壓器式加速度傳感器的原理圖，并簡述其基本工作原理;測試平臺振動加速度的測量系統(tǒng)框圖解：（1）（2 ）差動變壓器式加速度傳感器的原理圖II1 懸臂梁；2 差動變壓器綜合設(shè)計分析題二二7772,R如上圖所示為一懸臂梁式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖,應變片。已知彈性元件各參數(shù)分別

15、為:在其中部的上、下兩面各貼兩片電阻1I 25cm ； t 3mm ； x 一 I ； W 6cm ；2E 70均為Ro120 。105 Pa ；電阻應變片靈敏度系數(shù) K 2.1，且初始電阻阻值（在外力 F為0時）設(shè)計適當?shù)臏y量電路，畫出相應電路圖;分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計的測量電路）當懸臂梁一端受一向下的外力F 0.5N作用時，試求此時四個應變片的電阻值（提示:x 魯 F）；(4)若橋路供電電壓為直流 10v時，計算傳感器的輸出電壓及其非線性誤差。解: （ 1 ）采用全橋電路:(2) 當傳感器彈性元件懸臂梁受到外力F作用時，將產(chǎn)生一定形變從而引起粘貼在其上的四個應變片(兩個

16、受拉，另兩個受壓)發(fā)生相應應變，致使其中兩個應變片阻值增加, 另兩個應變片阻值減小。 將四個應變片接入所設(shè)計的全橋電路中， 從而將電阻值的變化轉(zhuǎn)換 成為電橋電壓輸出，輸出電壓 U0的大小間接反映了被測外力 F的大小，如此實現(xiàn)了對外力F的測量。6(l x)FWEt26 10 26(2510 20.52510：)20.50.099270 105 (3 10 3)2RoK x 2.10.09920.21電阻變化量0.2侃0.21 12025.2(Q)四個應變片的電阻值變?yōu)?(4)UoR1R3R2R4當橋路供電電壓為直流R1R1R4R2R2R3RoR。R 12025.2R 12025.210v時，則輸

17、出電壓為:Ui145.294.8(Q)(Q)R0 R。R R0RR0RRqR R0RUiRUiRo0.21 102.1（V）非線性誤差為:綜合設(shè)計分析題FRiR2R4R3如上圖所示為一彈性元件為圓柱型的應變式測力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。已知彈性元件橫截面積為S,彈性模量為E,應變片初始電阻值（在外力F=0時）均相等，電阻絲靈敏度系數(shù)為Ko，泊松比為卩。1、設(shè)計適當?shù)臏y量電路（要求采用全橋電路），畫出相應電路圖，并推導橋路輸出電壓U）和外力F之間的函數(shù)關(guān)系式。（提示： RR推導過程中可做適當近似處理）2、分析說明該傳感器測力的工作原理（配合所設(shè)計的測量電路）解：1、全橋電路圖為:RiR2R2 R3R1

18、 R3R2 R4R1R4 R2RjUoR1R4UiUi初始狀態(tài)（F 0）時，R1 R2R3R4R0 ,Uo o當 F O 時，RiRoRi,R2RoR2 ,R3RoR3 ,R4RoR4 Uo (RoRi)(RoR3) (RoR2)(RoR4),U iRiRoR4 )( RoR2RoR3)RR對上式作近似處理,r2 RoUo略去分母中R項及分子中Ri Ro R3 RoRo R24R2R高次項，則Ro R4Ui設(shè)軸向應變?yōu)镽1R3R2R44RoUix，則徑向應變?yōu)橛蓚鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)示意圖可知，當傳感器受力F時，應變片 R,和R3產(chǎn)生的應變?yōu)?而應變片R2 和 R4的應變?yōu)?: 24X又應力F應變XFEE

19、S-RiR3RO KO XRoKo ESR2R4RoKoXRo K0代入Uo計算式中可得:13 xFESUo2RoKFoES2RoKo4RoESUiEs(i(1)KoUiF2ES2、工作原理：當傳感器彈性元件受到沿軸向的外力 元件上的四個應變片 （兩個沿軸向粘貼， 應變片阻值增加，另兩個應變片阻值減小。 測量電路輸出電壓F作用時，將產(chǎn)生一定形變從而引起粘貼在彈性 另兩個沿徑向粘貼） 發(fā)生相應應變，致使其中兩個將四個應變片接入所設(shè)計的全橋電路中，經(jīng)推導,U0 Vf由上式可見，當、Ko、E、S及橋路電源電壓Ui定時，輸出電壓 Uo與外力F成正比，即輸出電壓Uo的大小反映了被測外力 F的大小，如此實現(xiàn)了對外力 F的測量。綜合設(shè)計分析題在如圖所示的懸臂梁測力系統(tǒng)中，可能用到4個相同特性的電阻應變片R, R2, R3, R4，各應變片靈敏系數(shù) K=2,初值為100