傳感器補(bǔ)充習(xí)題2課件

補(bǔ)充習(xí)題2主要對(duì)應(yīng)第4~5章需要掌握的知識(shí)點(diǎn)；大家回去后自己做習(xí)題，下次課讓部分同學(xué)講解。第4章

知識(shí)要點(diǎn)：

可變磁阻式傳感器的典型結(jié)構(gòu)；電路分析。

例題：電感傳感器的敏感元件是什么？其轉(zhuǎn)換原理是什么？試分析下圖所示可變磁阻式電感傳感器工作原理。答案電感傳感器的敏感元件是什么？其轉(zhuǎn)換原理是什么？電感傳感器的敏感元件是電感線(xiàn)圈，其轉(zhuǎn)換原理基于電磁感應(yīng)原理。它把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化從而達(dá)到被測(cè)量到電參量的轉(zhuǎn)化。當(dāng)一個(gè)簡(jiǎn)單的單線(xiàn)圈作為敏感元件時(shí)，機(jī)械位移輸入會(huì)改變線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁路的磁阻，從而改變自感裝置的電感。磁路的磁阻變化可以通過(guò)空氣間隙的變化來(lái)獲得。也可以通過(guò)改變鐵芯材料的數(shù)量或類(lèi)型來(lái)獲得。采用兩個(gè)線(xiàn)圈的互感裝置，當(dāng)一個(gè)激勵(lì)源線(xiàn)圈的磁通量被耦合到另一個(gè)傳感線(xiàn)圈上，就可以從這個(gè)傳感線(xiàn)圈得到輸出信號(hào)。輸入信息是銜鐵位移的函數(shù)，它改變線(xiàn)圈間的耦合。耦合可以通過(guò)改變線(xiàn)圈和銜鐵之間的相位位置而改變。這種相對(duì)位置的改變可以使線(xiàn)位移，也可以是轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移。按照轉(zhuǎn)換方式的不同可以將電感傳感器分為自感型（包括可變磁阻式與高頻反射式）與互感性（差動(dòng)變壓器式與低頻透射式）第4章例題：

試分析右圖所示可變磁阻式電感傳感器工作原理。變氣隙型差動(dòng)變壓器式電感傳感器結(jié)構(gòu)，試說(shuō)明其工作原理。答案試分析右圖所示可變磁阻式電感傳感器工作原理。

(3)所示為螺管式電感傳感器。在螺線(xiàn)管中插入一個(gè)可移動(dòng)的鐵芯，鐵芯在線(xiàn)圈中伸入長(zhǎng)度△l引起螺線(xiàn)管電感變化△L。此類(lèi)傳感器的靈敏度較低，但螺管可以做得較長(zhǎng)，故適于測(cè)量較大的位移量（數(shù)毫米）。答案變氣隙型差動(dòng)變壓器式電感傳感器結(jié)構(gòu)，試說(shuō)明其工作原理。當(dāng)銜鐵位于氣隙的中間位置時(shí)，δ1=δ2，兩線(xiàn)圈的電感值相等，L1=L2=L，，△L=L1-L2=0；當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)，一個(gè)線(xiàn)圈的電感值增加△L，L1=L+

△L。另一個(gè)線(xiàn)圈的電感值減少△L，L2=L-

△L，電感變化量為：L1-L2=(L+△L

)-(L-△L)=

2△L顯然，差動(dòng)變壓器式傳感器比單邊式傳感器的靈敏度高1倍。第4章

例題：

下圖是測(cè)量轉(zhuǎn)速的電渦流示意圖，試說(shuō)明其工作過(guò)程。已知變氣隙厚度電感傳感器的鐵心截面積S=1.5cm2，磁路長(zhǎng)度L=20cm，相對(duì)磁導(dǎo)率μr=5000，氣隙δ0=0.5cm，△δ=±0.1mm，真空磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m，線(xiàn)圈匝數(shù)W=3000，求單線(xiàn)圈式傳感器的靈敏度△L/△

δ。若將其做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)，靈敏度將如何變化？答案下圖是測(cè)量轉(zhuǎn)速的電渦流示意圖，試說(shuō)明其工作過(guò)程。

在旋轉(zhuǎn)體上開(kāi)一個(gè)或數(shù)個(gè)槽或齒，將渦流傳感器安裝在旁邊，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，渦流傳感器周期性地改變著與轉(zhuǎn)軸之間的距離，于是它的輸出也周期性發(fā)生變化，即輸出周期性的脈沖信號(hào)，脈沖頻率與轉(zhuǎn)速之間有如下關(guān)系：

槽數(shù)或齒輪越多，測(cè)量精度越高。對(duì)上式進(jìn)行線(xiàn)性處理,即忽略高次項(xiàng)得銜鐵上移：兩個(gè)線(xiàn)圈的電感變化量ΔL1、ΔL2分別由式（4-10）及式（4-12）表示，差動(dòng)傳感器電感的總變化量ΔL=ΔL1+ΔL2，具體表達(dá)式為：靈敏度K0為：比較單線(xiàn)圈式和差動(dòng)式：差動(dòng)式變間隙電感傳感器的靈敏度是單線(xiàn)圈式的兩倍。差動(dòng)式的非線(xiàn)性項(xiàng)(忽略高次項(xiàng))：?jiǎn)尉€(xiàn)圈的非線(xiàn)性項(xiàng)（忽略高次項(xiàng))：由于，因此差動(dòng)式的線(xiàn)性度得到明顯改善。差動(dòng)變隙式電感傳感器單線(xiàn)圈式靈敏度為：第5章知識(shí)要點(diǎn)電容傳感器的變換原理；變極距式電容傳感器圖5-1平板電容器的結(jié)構(gòu)△d圖5-6電容量與極板間距的非線(xiàn)性關(guān)系第5章變面積式電容傳感器；變介電常數(shù)式電容傳感器；應(yīng)用圖5-2線(xiàn)性移變面積型電容式傳感器原理圖圖5-5電容式傳感器液位測(cè)量原理圖第5章例題：壓差傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所示，傳感器接入二極管雙T型電路。已知電源電壓UE=10V，頻率f=1MHz，R1=R2=40kΩ，壓差電容C1=C2=10pF，RL=20kΩ。試分析，當(dāng)壓力傳感器有壓差PH＞PL使電容變化ΔC=1pF時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電阻上產(chǎn)生的輸出電壓URL平均值的大小與方向。

5.2.4二極管雙T型交流電橋電路簡(jiǎn)單，不需附加相敏整流電路；直接得到較高的直流輸出電壓；輸出信號(hào)的上升時(shí)間取決于負(fù)載電阻；可用來(lái)測(cè)量高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)。答案解：當(dāng)時(shí)，；由于，電壓UE的負(fù)半周占優(yōu)勢(shì)，故的方向下正上負(fù)。電源電壓UE=10V，頻率f=1MHz，R1=R2=40kΩ，壓差電容C1=C2=10pF，RL=20kΩ。？當(dāng)壓力傳感器有壓差PH＞PL使電容變化ΔC=1pF時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電阻上產(chǎn)生的輸出電壓URL平均值的大小與方向。第5章例題：已知：圓盤(pán)形電容極板直徑，間距，在電極間置一塊厚的云母片（），空氣（）。求：無(wú)云母片及有云母片兩種情況下電容值及是多少？當(dāng)間距變化時(shí)，電容相對(duì)變化量及是多少？差動(dòng)式變極距型電容傳感器，若初始容量，初始距離

，當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板位移了時(shí)，試計(jì)算其非線(xiàn)性誤差。若改為單極平板電容，初始值不變，其非線(xiàn)性誤差有多大？答案已知：圓盤(pán)形電容極板直徑，間距，在電極間置一塊厚的云母片（），空氣（）。求：無(wú)云母片及有云母片兩種情況下電容值及是多少？解：1）

5.1.2變極距型電容式傳感器電容增量與距離增量近似線(xiàn)性關(guān)系△d答案當(dāng)間距變化時(shí)，電容相對(duì)變化量及是多少？解：2）令，則

答案差動(dòng)式變極距型電容傳感器，若初始容量，初始距離

，當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板位移了