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传感器课后作业3


1.什么是应变效应?什么是压阻效应?什么是横向效应? .什么是应变效应?什么是压阻效应?什么是横向效应? 解:应变效应,是指在金属导体受力产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。 压阻效应,是指半导体材料在某一轴向受外力作用时,其电阻率 ρ 发生变化的现象。 横向效应,是指将直的电阻丝绕成敏感栅后,虽然长度不变,应变状态相同,但由于应 变片敏感栅的电阻变化较小,因而其灵敏系数 k 较电阻丝的灵敏系数 k0 小的现象。 3.简述正、逆压电效应。 .简述正、逆压电效应。 解:某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形时,由于内部电极化现象同时在两 个表面上产生符号相反的电荷,当外力去掉后,恢复到不带电的状态;而当作用力方向 改变时,电荷的极性随着改变。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现 象称为正压电效应。反之,如对晶体施加一定变电场,晶体本身将产生机械变形,外电 场撤离,变形也随之消失,称为逆压电效应。 4.简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 .简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 解: 电压放大器的应用具有一定的应用限制, 压电式传感器在与电压放大器配合使用时, 连接电缆不能太长。优点:微型电压放大电路可以和传感器做成一体,这样这一问题就 可以得到克服,使它具有广泛的应用前景。缺点:电缆长,电缆电容 Cc 就大,电缆电容 增大必然使传感器的电压灵敏度降低。不过由于固态电子器件和集成电路的迅速发展, 电荷放大器的优点:输出电压 Uo 与电缆电容 Cc 无关,且与 Q 成正比,这是电荷放大 器的最大特点。但电荷放大器的缺点:价格比电压放大器高,电路较复杂,调整也较困 难。 5.为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量 .为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量? 答:因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量,可等效成一定的电容, 如被测量为静态时,很难将电荷转换成一定的电压信号输出,故只能用于动态测量。 7.压电式加速度传感器的工作原理? 压电式加速度传感器的工作原理? 答:其原理利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比,而所受的力在敏感质量一定的 情况下与加速度值成正比。在一定条件下,压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的 加速度值成正比。 8. 试述应变片温度误差的概念,产生原因和补偿办法。 . 试述应变片温度误差的概念,产生原因和补偿办法。 答:由于测量现场环境温度偏离应变片标定温度而给测量带来的附加误差,称为应变片 温度误差。产生应变片温度误差的主要原因有:⑴由于电阻丝温度系数的存在,当温度 改变时, 应变片的标称电阻值发生变化。 ⑵当试件与与电阻丝材料的线膨胀系数不同时, 由于温度的变化而引起的附加变形,使应变片产生附加电阻。电阻应变片的温度补偿方 法有线路补偿法和应变片自补偿法两大类。电桥补偿法是最常用且效果较好的线路补偿 法,应变片自补偿法是采用温度自补偿应变片或双金属线栅应变片来代替一般应变片, 使之兼顾温度补偿作用。 9、压电式加速度传感器在使用时为什么接高输入阻抗的前置放大器? 压电式传感器本身的内阻抗很高,而输出的能量很微小,因此必须接高输入阻抗的前置 放大器 10、 压电式加速度传感器与电压放大器连接电路, 其输出电压与压电元件的输入电压成正比, 但容易受电缆电容的影响。 压电式加速度传感器与电菏放大器连接电路, 其输出电压与压电元件的输入电荷成正比, 但不容易受电缆电容的影响。 11、压磁效应 在机械力的作用下,铁磁材料内部产生应力,使磁导率发生变化,磁阻发生变化的现象。 12、简述压磁式扭矩仪的工作原理。

压磁式扭矩仪的轴是强导磁材料。根据磁弹效应,当轴受扭矩作用时,轴的磁导率发 生变化,从而引起线圈感抗变化,通过测量电路即可确定被测扭矩大小。 13、电阻应变式测力传感器的工作原理是基于电阻应变效应。粘贴有应变片的弹性元件 受力作用时产生变形,应变片将弹性元件的应变转换为电阻值的变化,经过转换电 路输出电压或电流信号。 14、弹性敏感元件把力或压力转换成了应变或位移,然后再由传感器将应变或位移转换 成电信号。弹性敏感元件是一个非常重要的传感器部件,应具有:良好的弹性、足够 的精度,应保证长期使用和温度变化时的稳定性。 15、常用的压电材料可分为三类:压电晶体、压电陶瓷和有机压电薄膜。 16、应变片布桥的方式有几种? 单臂,双臂,全桥 17. 用应变片测量时,为什么要进行温度补偿? 答: 用电阻应变片进行测量时, 要求被测量只随应变而变, 而不受任何其他因素的影响, 但应变片的电阻变化受温度影响很大,给测量带来很大的误差,即温度误差,所以要对 应变片式电阻传感器进行温度补偿。 导致温度误差的主要原因: ①电阻的热效应; ②试件与应变丝的材料线膨胀系数不一致, 使应变丝产生附加变形,造成电阻的变化。 温度误差补偿的方法:①自补偿法;②线路补偿法。 3-1 金属电阻丝应变片与半导体应变片的工作原理是什么?各有何优缺点? 答:电阻应变式测力传感器是将力作用在弹性元件上,弹性元件在力作用下产生应变,利用 贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻的变化。 半导体应变片的工作原理是基于压阻效 应。半导体应变片横向效应小,其横向灵敏度几乎为零;机械滞后小,可制作成小型和超小 型片子,这对测量局部应变很有作用。半导体应变片的缺点是应变灵敏系数的离散性大,机 械强度低,非线性误差大温度系数大。 3-2 应变片布桥方式有几种,各有什么特点? 答:电桥有单臂、双臂、四臂工作方式。 3-4 压电式力传感的工作原理是什么?压电式力传感与电压放大器配套使用应注意什么问 题? 答:工作原理:压电式力传感利用压电晶体的纵向和剪切向压电效应,并以压电晶体作为敏 感原件与转化元件。 注意的问题: 所选传感的工作频带能覆盖待测力的频带; 要求电荷放大器输入阻抗高于

1012Ω,低频响应为 0.001Hz;选用受振动、压力变化等影响所产生噪声小的低噪声电缆。
3-5 试述压磁式力传感的结构及工作特点。 答:它主要由压磁元件、弹性机基座和传力钢球等做成 3-6 简述光电式扭距传感器测量扭矩的原理。


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