二
1.试
分析
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变面积式电容传感器的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题?
答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。
当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为
C=εb（a-△x）/d=C0-εb·△x/d （1）
电容因位移而产生的变化量为
其灵敏度为
可见增加b或减小d均可提高传感器的灵敏度。
直线位移型电容式传感器
2.为什么说变极距型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?
答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测
参数
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的改变而引起移动时，两极板间的距离d发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C。
设极板面积为A，其静态电容量为
，当活动极板移动x后，其电容量为
(1)
当x<
检测
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的目的，该种传感器灵敏度较高，检测电路比较简单，但存在零点残余误差；
电涡流传感器是利用涡流效应测量非电量的，结构最简单，灵敏度较高，线性度较好，成本较低，应用范围较广。
2.影响互感式电感传感器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？
解：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性
材料
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的残余应力、测量电路零点残余电动势等。
3.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？
解：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。
4.试述变磁阻式传感器的工作原理
解：因为自感式传感器的电感L=n2/Rm所以电感与磁回路磁阻成反比。而
也就是说自感L与气隙的厚度成反比。
5．试说明螺线管式互感传感器的结构形式与输出特性。
解：（1）如图所示，它由一次绕组、两个二次绕组和插入绕组中央的园柱形铁芯等组成。
（2）差动变压器输出，
输出的电压与铁芯移动的位移成正比。
6．什么是零点残余电压？有哪些
方法
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可以进行残余电压补偿？
解：当两线圈的阻抗相等时，即Z1=Z2，这时电桥平衡输出电压为零。由于传感器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻R相等，两线圈的电L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。若画出衔铁位移x与电桥输出电压U0有效值的关系曲线，一般把这个最小的输出电压称为零点残余压，并e0表示。
零点残余电压产生的主要原因有两个方面：1.由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，时期输出地基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能打到幅值和相位同时相同。2.由于铁芯的B-H特性非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
为了减小差动变压器的零点残余电压可以采用以下3种方式：1.在设计工艺上，力求做到磁路对称、线路对称。2.采用拆圈的试验方法减小零点残余电压。3.在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容。
7.用互感式传感器进行位移测量时采用哪种电路形式可以直接由输出电压区别位移的大小和方向？
解：采用变隙式差动变压器。
8．什么是电涡流效应？电涡流传感器可以进行哪些非电量参数测量？分别利用哪些物理量进行检测？由哪个电参量转换进行电量输出？
解：电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，这种现象电涡流效应。位移，金属厚度，温度等。电感，互感。频率。
3-8．差动电感结构有什么优点，采用什么电路可有线性输出？
解：
9．图3-36所示为一简单电感式传感器，尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不计漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104，空气的相对相对磁导率为1，真空的磁导率为4πx10-7H/m，试计算气息长度为0及为2mm时的电感。图中所注尺寸单位均为mm。
解：L=W2/Rm=40000/ Rm
1/H L1=5.38mH
1/H
L2=2.75mH
10．简述电涡流效应及构成电涡流传感器的可能应用场合。
解：位移测量，振幅测量，转速测量，电涡流探伤。
11.如图所示的差动电感式传感器的桥式测量电路，L1、L2为传感器的两差动电感线圈的电感，其初始值均为L0。R1、R2为标准电阻，u为电源电压。试写出输出电压u0与传感器电感变化量△L间的关系。
解：输出与输入的关系是
若电感增量无穷小，且两个电阻均为R，则：
题3图
12一个铁氧体环形磁芯，平均长度为12cm，截面积1.5cm2,平均相对磁导率μr=2000,真空磁导率μ0=4π×10-7H/m,求：
(1)在上面均匀绕线500匝时电感值是多少？
(2)匝数增加一倍时电感值是多少？
解：由L=ωФ/I, Ф=Iω/Rm,Rm=l/μS得到
L=ω2μS/l=5002×2000×4π×10-7×1.5×10-4/12×10-2=π/4；
L与ω2成正比，所匝数增加一倍电感值是π。
13有一只差动电感位移传感器，已知电源电Usr=4V，f=400Hz，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Ω，L= 30mH，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题图3-16所示，试求：
(1)匹配电阻R3和R4的值；
(2)当△Z=10时，分别接成单臂和差动电桥后的输出电压值；
(3)用相量图表明输出电压
与输入电压
之间的相位差。
解：（1） 线圈感抗
XL=L=2fL=240030103=75.4（）
线圈的阻抗
故其电桥的匹配电阻(见习题图3-16)
R3 = R4 =Z=85.4（）
（2）当ΔZ=10时，电桥的输出电压分别为
单臂工作：
双臂差动工作：
（3）
14何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，这种现象称为电涡流效应。
理论分析和实验都已证明，电涡流强度随距离x的变化而变化。运用这一关系，将线圈-导体系统运用于被测对象上，就可测到两个对象的相对位移。
15如图所示差动螺管式电感传感器，其结构参数如下：l=160mm，r=4mm， rc=2.5mm，lc=96mm，导线直径d=0.25mm，电阻率ρ=1.75×10-6Ω·cm，线圈匝数W1=W2=3000匝，铁芯相对磁导率μr=30，激励电源频率f=3000Hz。要求：
(1)估算单个线圈的电感值L=?直流电阻R=?品质因数Q=?
(2)当铁芯移动±5mm时，线圈的电感的变化量△L=?
(3)当采用交流电桥检测时，其桥路电源电压有效值E=6V，要求设计电路具有最大输出电压值，画出相应桥路原理图，并求输出电压值。
解：（1） 略
（2）单位线圈电感值
电阻值
（lcp=2r，每匝导线长度）
则品质因数
(3)铁芯位移Δlc=±5mm时，单个线圈电感的变化
(4)要使电桥输出最大，须使电桥为等臂电桥，则相邻桥臂阻抗比值a=1；且将电感线圈L和平衡电阻R放置在桥路输出的两侧，则 =±(π/2)，这时电桥的灵敏度|K|=0.5，差动工作时为其2倍，故其输出电压
=0.544(V)=544mV
其电桥电路如下图所示，其中Z1、Z2为差动螺管式电感传感器、R1、R2为电桥平衡电阻。
(图略)
五
1何为电感式传感器？电感式传感器包含哪几个组成部分？电感式传感器分哪几类？各有什么特点？
浙公网安备 33021202002483