传感器试题和答案.doc

1、1、 已知一等强度梁测力系统，R x为电阻应变片，应变片灵敏系数 K=2，未受应变时，R x = 100。当试件受力 F 时，应变片承受平均应变 = 1000m/m，求：（1）应变片电阻变化量 Rx和电阻相对变化量 Rx/Rx 。（2）将电阻应变片 Rx置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流 3V，求电桥输出电压及电桥非线性误差。（3）若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取哪些措施？分析在不同措施下的电桥输出电压及电桥非线性误差大小。解：（1） KRX)(.2012%.01X（2）将电阻应变片 Rx 置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为 Rx。当 Rx 有Rx 的变化时，电桥输

2、出电压为 ：OU)(.).()( VERUXO 015201322 非线性误差： %./1XLr（3）要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 2 倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥，且取其他桥臂电阻也为 Rx。此时， ， )(.VREUXO0321 0Lr要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 4 倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相同的应变片，2 个受拉应变，2 个受压应变，形成全桥差动电桥。此时， ， )(.VREXO06 0Lr2、 有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器（见下图） 。其中a=16mm,b=2

3、4mm,两极板间距为 4mm。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置上平移了 5mm，求：（1）极板未移动时，电容的初始电容值。（2）极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度 K（已知空气相对介电常数 ，1真空的介电常数 ） 。F/m1085420.解：（1） dACr0331204104268.50.(PF)（2）当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有bC01当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有a02(F/m)103.5421024.85bCk1 或： 671-301 ./(/)0.526.85ak 122 或： )(m52610aCk 1-302 ./4、一个以空气为介质的平板电

4、容式传感器结构如右图所示，其中 a=10mm，b=16mm，两极板间距 d=1mm。测量时，若上极板在原始位置(x=0mm）上向左平移了 2mm（即 x=2mm） ，求该传感器的电容变化量、电容相对变化量和位移相对灵敏度 K0（已知空气的相对介电常数 r=1F/m，真空时的介电常数 0=8.85410-12F/m） 解：电容变化量为： dxbadbxaCrrr 000)( )(183.21162854.133F即电容减小了 F0.电容相对变化量为：2.01300 axdbCrr位移相对灵敏度为：10130 axK5、镍铬镍硅热电偶，工作时冷端温度为 30，测得热电动势 E(t,t0)=38.5

5、60mv，求被测介质实际温度。(E(30,0)=1.203mv) 0 20 40 60 70 80 90工作端温度() 热电动势 (mv)900 37.325 38.122 38.915 39.703 40.096 40.488 40.897bxadS解：由已知条件可知：t 0=30，E（t,t 0）=38.560mv 根据中间温度定律:E(t,t0)= E(t,0)- E(t0,0)= E(t,0)- E(30,0)=38.560 E(t,0)=38.560+ E(30,0)=38.560+1.203=39.763(mv) 39.703 39.763 40.096 E M=39.763,EL

6、=39.703,EH=40.096tL=960, tH=970 被测介质实际温度为： )(LHMLtEt（） )9607(3.096.473527.16、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径 r=5mm，假设与被测工件的初始间隙 d0=0.5mm。已知试真空的介电常数等于 8.85410-12F/m，求：（1）如果传感器与工件的间隙变化量增大d=10m，电容变化量为多少？ （2）如果测量电路的灵敏度 Ku=100mV/pF,则在间隙增大d=1m 时的输出电压为多少？解： 电容式传感器的电容量： dACr0则初始电容量：39pF.15.021854.dAC-620r 间隙变化后的电

7、容量：6.10. -620r 则电容变化量： .3pF.-39C0 灵敏度 ，所以 pFmVUKO mV10CUO则： 78.210)5(102510854.)d(A66-2r0O 7、使用镍铬-镍硅热电偶，其基准接点为 30 ，测温接点为 400 时的温差电动势为多少？若仍使用该热电偶，测得某接点的温差电动势为 10.275mV，则被测接点的温度为多少？镍铬-镍硅热电偶分度表 （参考端温度为 0）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90工作端温度/ 热电动势/mV0 0.000 0.397 0.798 1.203 1.611 2.022 2.436 2.850 3.266 3

8、.681100 4.095 4.508 4.919 5.327 5.733 6.137 6.539 6.939 7.338 7.737200 8.137 8.537 8.938 9.341 9.745 10.151 10.560 10.969 11.381 11.793300 12.207 12.623 13.039 13.456 13.874 14.292 14.712 15.132 15.552 15.974400 16.395 16.818 17.241 17.664 18.088 18.513 18.938 19.363 19.788 20.214500 20.640 21.066 2

9、1.493 21.919 22.346 22.772 23.198 23.624 24.050 24.476解：由分度表查得 E（30，0）=1.203mV， E（400，0）=16.395mV。 由中间温度定律 E（t,t 0）=E(t,t c)+E(tc,t0)有： E（400，30）=E（400，0）-E（30，0）=16.395-1.203=15.192mV 由分度表查得 E（250，0）=10.151mV， E（260，0）=10.560mV。 由插值法 得： )t(t LHLML=253 105.6.10275tM8、电阻应变片阻值为 120 ，灵敏系数 ，沿纵向粘贴于直径为 的圆

10、形钢柱2Km05.表面，钢材的弹性模量 ， ， （1）求钢柱受 拉力作1/2mNE3.0N4189用时应变片电阻的变化量 和相对变化量 ；（2）又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴，RR问受同样拉力作用时应变片电阻的相对变化量为多少？解：（1） SEFKx且)(06.%5.1205.0 5.12(438.94xxRErF（2） %015.3xyyK9、已知分度号为 S的热电偶冷端温度为 t0=20，现测得热电势为 11.710mV，求被测温度为多少度？(E(20,0)=0.113mv) 0 20 40 60 70 80 90工作端温度() 热电动势 (mv)1100 10.754 10.991 11.

11、229 11.467 11.587 11.707 11.827解：E（t,t 0）=11.710E（t,0）=E(t,t 0)+E(t0,0)11.710=E(t,0)-E(20,0)=E(t,0)-0.113所以 E（t,0）=11.823mV查表：E(1180,0)=11.707mV, E(1190,0)=11.827mV所以 =1180+ 10=1470MLHL-t=+(t)1.823.7010、有一吊车的拉力传感器如右图所示。其中电阻应变片 R1、R2、R3、R4 贴在等截面轴上。已知 R1、R2、R3、R4 标称阻值均为 120，桥路电压为 2V，物重 m引起 R1、R2 变化增量为

12、 1.2。 1) 画出应变片组成的电桥电路。2) 计算出测得的输出电压和电桥输出灵敏度。 3) 说明 R3、R4 起到什么作用？ 解： 应变片组成半桥电路： 31o42R(R)ER21.UE 0.V()uK/2 R3、R4 可以进行温度补偿。11、有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径 r=4mm，假设与被测工件的初始间隙 =0.3mm，试求：1) 若极板与工件的间隙变化量 =2m 时，电容变化量为多少?2) 若测量电路的灵敏度 S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度 S15 格/mv,则在=2m 时,读数仪表的示值变化多少格?解：1）设电容变化量为 ,由题意可知：C解得： 02

13、0rCPF01.2） = 格 21Sn5.综合设计分析题若要你需要用差动变压器式加速度传感器来测量某测试平台振动的加速度。请你：（1）设计出该测量系统的框图，并作必要的标注或说明；（2）画出你所选用的差动变压器式加速度传感器的原理图，并简述其基本工作原理；解：（1）差 动 变 压 器 式加 速 度 传 感 器 电 压 表振 动测 试 平 台 测 量 电 路电 源信 号调 理测试平台振动加速度的测量系统框图 （2）差动变压器式加速度传感器的原理图 综合设计分析题如上图所示为一悬臂梁式测力传感器结构示意图，在其中部的上、下两面各贴两片电阻应变片。已知弹性元件各参数分别为： ； ； ； ；cml25

14、t3lx21cmW6；电阻应变片灵敏度系数 ，且初始电阻阻值（在外力 为 0时）PaE5107 1.KF均为 。2R（1）设计适当的测量电路，画出相应电路图；（2）分析说明该传感器测力的工作原理（配合所设计的测量电路） ；（3）当悬臂梁一端受一向下的外力 作用时，试求此时四个应变片的电阻值NF5.0（提示： ） ；WEtxlx2)(6（4）若桥路供电电压为直流 10v时，计算传感器的输出电压及其非线性误差。解：（1）采用全桥电路：11B2Ax(t)12tR2,R4R1,R3FlxUiR4R3R2R1U0(2) 当传感器弹性元件悬臂梁受到外力 作用时，将产生一定形变从而引起粘贴在其F上的四个应变

15、片（两个受拉，另两个受压）发生相应应变，致使其中两个应变片阻值增加，另两个应变片阻值减小。将四个应变片接入所设计的全桥电路中，从而将电阻值的变化转换成为电桥电压输出，输出电压 的大小间接反映了被测外力 的大小，如此实现了对0 F外力 的测量。F（3） FWEtxlx2)(6 092.5)103(70125.522 .9.0xKR 电阻变化量（）2.5102.0R 四个应变片的电阻值变为：（）.4.031 （）8.92.5142 RR（4）当桥路供电电压为直流 10v时，则输出电压为：io URU3241 iUR 0000(v)1.20.0iUR非线性误差为： L综合设计分析题FR1R2R3R4如上图所示为一弹性元件为圆柱型的应变式测力传感器结构示意图。已知弹性元件横截面积为 S，弹性模量为 E，应变片初始电阻值（在外力 F=0 时）均相等，电阻丝灵敏度系数为 K0，泊松比为 。1、设计适当的测量电路（要求采用全桥电路） ，画出相应电路图，并推导桥路输出电压 U0和外力 F 之间的函数关系式。 （提示：RR，推导过程中可做适当近似处理）2、分析说明该传感器测力的工作原理（配合所设计的测量电路） 。解：1、全桥电路图为： 电桥输出电压为：iio URURU324133241 初始状态（ ）时， ，0F0321UiR4R3R2R1U0