传感器与检测技术()

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4.2 试分析变气隙厚度电感式传感器的工作原理。

当衔铁移动时气隙厚度发生变化，引起磁路中磁阻变化，从而导致线圈的电感值变化。通过测量电感量的变化就能确定衔铁位移量的大小和方向。

4.4 差动式比单线圈式结构的变磁阻电感式传感器在灵敏度和线性度方面有什么优势？为什么？

1) 差动式比单线圈式的灵敏度提高一倍。

2) 差动式的非线性项近似等于单线圈非线性项乘以因子

。( 主要考虑第-个非线性项，对于单线圈而言，

的第 一个非线性项为

；对于差动式结构，

的第一个非线性项为

）,但该因子

，所以差动式结构的线性度得到明显改善。
 

4.8 在使用螺线管电感式传感器时，如何根据输出电压来判断衔铁的位置？

        当活动衔铁上移时, 由于磁阻的影响 (

. 上移时上部线圈的磁阻

减小, 则磁通

增加)，上部二次绕组中的磁通将大于下部二次绕组中的磁通, 使

, 使

增加,

减小; 反之,

増加,

减小, 即随着衔铁位移x的变化，差动变压器的输出电压

也将随之变化，其关系曲线如图4-14所示。

        但实际上，由于零点残余电压的存在, 当衔铁位于中心位置时，差动变压器的输出电压 并不为 0 。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时应设法减小它。

输出电压有效值：

4.10 电涡流电感式传感器的线圈机械品质因数在测量时会发生什么变化？为什么？

        机械品质因数可用 

 表示，正比于谐振结构的总能量与每次循环耗散的能量之比，它反映出谐振中因克服阻尼而耗散的能量多少。

        由于电涡流效应，线圈复阻抗的实部（等效电阻）增大，虚部（等效电感）减小，即出现了涡流损耗，线圈的等效机械品质因数下降。

5.4 有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶里连续注水，当注水量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变电阻式传感器或电容式传感器来解决该问题的途径和方法。

way1

可应用变介质型电容传感器来解决问题。在铁桶中插入圆桶结构变介质型电容式传感器，传感器结构如图5-6所示。将传感器内部液体与铁桶液体相连，根据连通器原理，传感器内外液位相同。通过标定注水量到达桶容量80%时传感器的电容值，当传感器电容测量值达到该标定值时，停止注水。

way2

图5- 16为差动电容式压力传感器结构图。它由一个膜片动电极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成差动电容器。差动结构的好处在于灵敏度更高、非线性得到改善。当被测压力作用于膜片并使之产生位移时，使两个电容器的电容量-一个增加、一个减小，该电容值的变化经测量电路转换成电压或电流输出，它反映了压力的大小。在膜片左右两室中通常充满硅油(化学名叫聚二甲基硅氧烷，是- -种石油制品，凝固点低，化学性能稳定，对金属无腐蚀作用，常用于仪表里传递压力)。当左右两室分别承受压力P、Pn时，由于硅油的不可压缩性和流动性，就能将差压

传递到膜片上。当左右压力相等，即差压

时，测量膜片左右两电容器的电容量完全相等，即

，在

时，膜片变形，如图5-16所示，动极板由初始位置向右偏移

，即动极板向低压侧靠近，其结果是使

增加、

减小，即

.

计算公式：

利用压差-电容的转换，通过标定注水量到达桶容量80%时测量电路的输出电压，当输出电压达到该标定值时，停止注水。

5.7 在题5.6中，设

，极板为正方形（边长50mm)，

。试针对x=0~50mm范围内，绘出此位移传感器的特征曲线，并给以适当说明。

（ 5.6 试推导图5-20所示变介质型电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电常数为E0，图中相对介电常数ε2 >e，极板宽度为W。其他参数如图所示 ）

   

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