传感器应用技能实训习题答案

技能训练二应变式电阻传感器二、思考题1．填空题（1）导体在受到外力作用变形时，其电阻也将随之变化，这种现象称为“应变效应”。（2）应变式电阻传感器由弹性元件和应变片组成。其中应变片是最核心的部件。（3）应变式电阻传感器按材料的不同，可分为金属应变片电阻传感器、半导体应变片电阻传感器两大类。（4）由于外力的作用而引起应变片电阻变化的现象称为应变效应。金属应变片的应变效应受长度和截面积两项变化的影响，而半导体应变片的应变效应主要受晶格变形的影响。（5）最常用的惠斯登电桥电路作为应变式电阻传感器测量电路，用来测量微弱的电阻值的变化，并将电阻值的变化转换为电压或电流的变化。（6）电桥电路有单臂、双臂和全桥三种接入方式。采用交流电源供电的为交流电桥。（7）金属应变片的工作原理是基于应变效应，而半导体应变片是基于压阻效应。（8）要使直流电桥平衡，必须使直流电桥相对臂的电阻值相等。（9）应变式传感器的测量电路是把应变片的变形转换为电阻的变化，以便方便地显示被测量的大小。2．选择题（1）弹性元件是一种利用（a）把感受到的非电量转换为电量的（c）元件。a.变形b.发热c.敏感d.转换（2）将被测试件的变形转换成（a）变换量的（e）元件，称为电阻应变片。a．电阻b．力c．位移d．敏感e．转换（3）应变式电阻传感器是（a）测量。a．接触b．非接触（4）应变式电阻传感器的测量电路中，（c）电路的灵敏度最高。a．单臂b．双臂c．全桥（5）将应变片贴在（c）上，就可以分别制作成力、位移、加速度等传感器。a．绝缘体b．导体c．弹性元件（6）半导体应变片具有（a）等优点。a．灵敏度高b．温度稳定性好c．可靠性强d．接口电路复杂（7）通常用应变式电阻传感器测量（c）。a．温度b．密度c．加速度d．电阻（8）金属应变片的应变效应是基于（a）的变化而产生的。a．几何形状b．材料的电阻率（9）半导体应变片的应变效应是基于（b）的变化而产生的。a．几何形状b．材料的电阻率3．问答题（1）什么是电阻的应变效应？利用应变效应解释金属应变式电阻传感器的工作原理。答：金属导体在外力的作用下发生机械变形，其电阻值随着机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化，这种现象称为金属的应变效应。现有一根长度为l，截面积为A，电阻率为ρ的金属丝，如图2-5所示。图2-5金属应变效应未受力时，电阻值为SlR当金属丝受到拉力F作用时，将引起电阻值发生变化，电阻的相对变化量为SSllRRΔΔΔΔ，当材料一定时，ρ不发生变化，电阻值的变化仅与金属丝长度和金属丝截面积的变化有关。（2）弹性元件在应变式电阻传感器中起什么作用？答：弹性敏感元件是电阻式传感器的敏感元件，能直接感受到被测的量的变化。（3）简述应变式电阻传感器测量电路的功能。答：由于弹性敏感元件和应变片的应变量一般都很小，电阻值的变化量也很小，不易被观察、记录和传输，需要通过电桥电路将该电阻值的变化量放大，并转换成电压或电流信号。（4）应变式电阻称重传感器的工作原理是什么？秤盘与悬臂梁相连接，秤盘上放要称重的物料，物料越重，悬臂梁的变形量就越大，使黏在悬臂梁上下两侧的应变片的变形量就越大，变形量转换为电阻值的变化量也就越大，由电桥电路将4个应变片的电阻值的变化量转换为电压输出，电压的大小则反映出物料的重量。（5）电阻应变传感器测量加速度的原理是什么?答：当被测物体以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，悬臂梁在惯性力作用下产生弯曲变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化。悬臂梁的应变在一定的频率范围内与质量块的加速度成正比，通过测量质量块悬臂梁的应变，便可知加速度的大小。（6）试比较金属应变式传感器和半导体压电式传感器的异同点。答：相同点：两者都是将应变力转换为电阻的变化。不同点：金属应变式传感器是由于导体的长度和半径发生改变而引起电阻值的变化，而半导体应变式传感器是由于其载流子的迁移率发生变化而引起电阻值的变化。（7）图2-32所示为应变片式电阻传感器的结构示意图。图中各编号名称：①是应变片，②是悬梁臂，③是质量快，④是固定端。试分析该传感器的工作原理。图2-32传感器的结构示意图答：当质量块上下移动时，将带动悬梁臂自由端上下移动，使悬梁臂产生弹性变形，从而贴在悬梁臂上的应变片也将发生变形，使应变片的电阻值发生变化，通过应变片组成的桥式电路，将电阻的变化转换为电压输出，通过测量电压的大小便可知质量块的加速度的大小。（8）用于测量起吊重量的拉力传感器如图2-33所示。应变片R1、R2、R3、R4贴在等截面轴上，它们组合的电桥电路如图2-33（b）所示。试由图简述拉力传感器的工作原理。图2-33测量起吊重量的拉力传感器示意图答：在等截面轴上贴有四个应变片，当没有起吊钩上起吊物时，由R1、R2、R3、R4组成的桥式电路平衡，输出电压为零；当起吊钩上挂上起吊物时，等截面轴将被上下拉伸，使得贴在等截面轴上的轴向应变片（R1和R2）也随之拉伸，这两个电阻的阻值变大，而径向应变片（R3和R4）被压缩，R3和R4的阻值变大，桥式电路失去平衡，输出电压不为零，并且随着起吊物重量的增大，输出电压也线性增大，通过测量桥式电路输出电压的大小，便可知起吊物的重量。