第二章习题与思考题.docx

习题与思考题

2-1什么是应变效应？金属应变片与半导体应变片的工作原理有何异同？

答：应变效应：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，此种现象称为电阻应变效应。

工作原理异同：相同点：均是在外力作用下使得阻值发生变化的。

不同点：金属应变片的工作原理为电阻应变效应，半导体应变片的工作原理为压阻效应。

2-2如何提高电阻应变片测量电桥的输出电压灵敏度和线性度？

答：提高线性度：适当选择各桥臂电阻值，使输出电压只与被测量引起的电阻值变化量有关。或半桥双臂工作方式时，使相邻两桥臂应变片处于差动工作状态，可以消除非线性误差。提高灵敏度：采用全桥接法输出电压。

2-3电容式传感器有哪些种类？各有什么特点？

答：变面积式电容传感器：输出与输入呈线性关系。

变间隙式电容传感器：输出与输入不呈线性关系，为提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。

变介电常数式电容传感器：结构形式多样，可用于测量物位

或液位，也可测量位移。

2-4试分析变面积式电容传感器和变间隙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=eb(a-Ax)/d=C0-￡b?△x/d

电容因位移而产生的变化量为

AC=C-C0=_*心=-C0竺

叱AC￡b

-一...、-/\

其灵敏度为：Ad

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

2-5电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理是什么？

答：电感式传感器分为：自感式传感器、互感式传感器、电涡流式传感器。其工作原理是利用待测工件运动使磁路磁阻变化，从而引起传感器线圈的电感变化来检测非电量。

2-6影响互感式传感器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？

答：互感式传感器输出线性度和灵敏度的主要因素传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

2-7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？涡流的形成范围和贯穿深度与哪些因素有关？

答：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。径向为外径的1.8到2.5倍且分布不均匀，贯穿深度与电阻率P、磁导率u、激励电流频率三有关。

2-8什么是互感传感器的零点残余电动势？如何消除？

答：零点残余电动势是由于传感器制作上的不对称以及铁心位置等因素造成的。

消除零点电势的方法有（1）保证传感器的几何尺寸、线圈电气参数和磁路对称。（2）选用合适的测量电路（3）采用补偿电路

2-11分析霍尔效应产生的原因。一个霍尔元件在一定的电流控制下，其霍尔电动势与哪些因素有关？

答：半导体放在均匀磁场中，在垂直于电场和磁场的方向产生横向磁场

2-12为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？为什么霍

尔元件一般采用N型半导体材料？

答：因为导体材料的U虽然很大，但P很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的P虽然很大，但U很小，故也不宜做成元件。在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且UnUp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。

2-13什么是压电效应？以石英为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的。

答：压电效应是介质当沿着一定方向对其施加外力二使它变形时，内部就产生极化现象，它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉又重新恢复不带电状态。若在石英晶振的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

2-14常用压电效应有哪些材料?各有什么特点？什么叫极化处理？

答：常用压电材料有：石英晶体、陶瓷、高分子材料。石英晶体的特点是有双向压电效应，且石英晶体不是在任何方向都有具有压电效应。压电陶瓷的灵敏度比石英晶体高很多但机械性能不如石英。高分子材料不易破碎，具有防水性，动态范围宽，频响范围大，但工作温度不高，且机械强度不高易老化。

2-15压电传感器是否用于测重力？为什么？

2-16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?

压电式传感器的测量电路为什么要接入前置放大器？

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