测试技术课后题答案4传感器

1习题4常用传感器4.6电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r=4mm，工作初始极板间距离δ0=0.3mm，介质为空气。问:①如果极板间距离变化量Δδ=±lμm，电容的变化量ΔC是多少?②如果测量电路的灵敏度S1=100mv/pF,读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在Δδ=±1μm时，读数仪表的变化量为多少?解CC220πrCC2362312)103.0()10()104(14.31085.8pF1094.41094.4315pF)1094.4(/mV5mV/pF100321格CSSx格472.4-1什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？一般情况下，应变片的灵敏系数小于电阻丝的灵敏系数。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。4-2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）。4-3试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。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；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。相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、截面型和螺管性三种类型。4-4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？2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。4-5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化大大降低，灵敏度也降低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身电容的较大变化，使输出不真实，给测量带来误差。(3)解决的办法，一种方法是利用集成电路，使放大测量电路小型化，把它放在传感器内部，这样传输导线输出是直流电压信号，不受分布电容的影响;(4)采用屏蔽传输电缆，适当降低分布电容的影响。由于电缆分布电容对传感器的影响，使电容式传感器的应用受到一定的限制。4-6用压电式传感器能测量静态或变化很缓慢的信号吗？为什么？由于不可避免地存在电荷泄漏，利用压电式传感器测量静态或准静态量值时，必须采取一定措施，使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够小的程度；动态测量时，电荷可以不断补充，从而供给测量电路一定的电流，故压电式传感器适宜做动态测量。4-7什么是物性型传感器?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或互感变化等。4-8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。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。4-9选用位移传感器应注意哪些问题?34-11压电式加速度传感器的固有电容为Ca，电缆电容为Cc，电压灵敏度Ku=U0/a(a为被测加速度)，输出电荷灵敏度Kq=Q/a。试推导Ku和Kq的关系。解：0UCQaaKCaKuaquaqKCK4-12测量温度的金属热电阻应具有什么特性?（1）温度系数i的值要大温度系数i越大，灵敏度越高。纯金属的温度系数i比合金要高。一般使用纯金属。（2）其材料的物理、化学性质应稳定（3）电阻温度系数要保持常数（4）具有较高的电阻率可以减少热电阻体积和热惯性。（5）材料容易提纯，确保较好的复制性满足以上要求的材料有铂、铜、铁和镍。而铂和铜应用较广。4-13SnO2半导体气敏元件与其它类型气敏元件相比，有什么特点?电阻式半导体气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡(SnO2)、氧化锰(MnO2)等金属氧化物制成敏感元件，当它们吸收了可燃气体的烟雾，如氢、一氧化碳、烷、醚、醇、苯以及天然气、沼气等时，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化。利用半导体材料的这种特性，将气体的成分和浓度变换成电信号。灵敏度高、响应快、使用寿命长和成本低4-14如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？为减小非线性误差，一般取极距相对变化范围Δδ/δ0≤0.1；为改善非线性，提高灵敏度和减少外界因素(如电源电压、环境温度等)的影响，常采用差动形式。4-15电容式传感器，极板宽度b=4mm，间隙=0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度。若极板移动2mm，求其电容变化量。解：δεblC123312108.70105.010410854.8δεbS(F/m)=0.0708(pF/mm)20708.0lSC0.142(pF)4-16压电式传感器的放大电路有哪些？为什么多采用电荷放大器？电压放大器，电荷放大器。电荷放大器灵敏度与电缆长度无关，下限频率较低。43-6图3-28a所示电容式传感器，极板宽度b=4mm，间隙=0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度。若极板移动2mm,求其电容变化量。δεblC123312108.70105.010410854.8δεbS(F/m)=0.0708(pF/mm)20708.0lSC0.142(pF)