国防《传感器与检测技术》教学资料包 课后习题答案 第3章.pdfVIP

第3章 电感式传感器 3-1 电感式传感器的工作原理是什么？能够测量哪些物理量？ 答：电感式传感器建立在电磁感应的基础上，把输入物理量，如位移、振幅、压力、流 量、比重、力矩、应变等参数，转换为线圈的电感量和互感量的变化，再由测量转换电路 转换为电流或电压的变化。 3-2 电感式传感器有哪些类型？ 答：电感式传感器包含自感式传感器、差动变压器式传感器和电涡流式传感器。其中自 感式传感器又包含：变隙式自感传感器、变截面式自感传感器和螺线管式自感传感器。 3-3 简述变隙式自感传感器的组成与工作原理。 答：变隙式自感传感器主要由线圈、铁芯、衔铁及测杆等组成。当自感式传感器的线圈 匝数及铁芯和衔铁的材料及形状确定后，线圈电感量就是气隙厚度和气隙的截面积的函数； 如果气隙的截面积保持不变，线圈电感量则为气隙厚度的单值函数，从而构成了变隙式自 感传感器。 3-4 简述差动式自感传感器的工作原理及特性。 答：两个完全相同、单个线圈的自感式传感器共用一个活动衔铁就构成了差动式自感传 感器。 当衔铁随被测物体移动而偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成 差动形式。差动式自感传感器的线性度较好，输出曲线较陡。采用差动形式除了可以改善 非线性度、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用， 从而提高了传感器的稳定性。 3-5 自感式传感器的测量转换电路有几种？各有何特点？ 答：自感式传感器的测量转换电路包含变压器电桥电路和交流电桥电路。变压器电桥电 路的特点是元件少，输出阻抗小，开路时电路呈线性；交流电桥电路特点结构不完全对称， 初态时电桥不完全平衡，容易产生静态零偏压。 3-6 比较差动式自感传感器和差动变压器式传感器在结构上及工作原理上的异同。 答：差动式自感传感器的结构应满足以下要求：（1）两个自感式传感器导磁体的几何尺 寸完全相同。（2）两个自感式传感器的材料和性能完全相同。（3）两个自感式传感器线圈 的电气参数和几何尺寸完全相同。在差动式自感传感器中，当衔铁随被测物体移动而偏离 中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。 差动变压器式传感器主要由一个线圈绝缘框架和一个衔铁组成。在线圈绝缘框架上绕有 一组初级线圈作为输入线路(或称为一次绕组)，在同一线圈绝缘框架上另外绕有两组次级 线圈作为输出线圈(或称为二次绕组)。它们反相串联，组成差动形式。 3-7 什么是电涡流效应？简述电涡流式传感器的工作原理。 答：根据法拉第电磁感应定律，金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电 流产生。电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称 为电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化， 这一物理现象称为电涡流效应。 电涡流传感器工作原理：当通有一定交变电流 I （频率为ω）的电感线圈L 靠近金属导体 时，在金属表面将产生电涡流 I，而该电涡流将形成一个方向相反的磁场，造成交变磁场 能量的损失，并力图改变线圈的电感量的大小由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度 和相位得到改变 （线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、 几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。 3-8 电涡流式传感器常用的测量转换电路有几种？其测量原理如何？各有什么特点？ 答：电涡流式传感器的测量转换电路有两大类分别为：电涡流式传感器的电桥电路和电 涡流式传感器的谐振电路。 电桥电路的测量原理是将传感器线圈的阻抗变化转化为电压或电流的变化。传感器线 圈的阻抗作为电桥的桥臂，起始状态，使电桥平衡。在进行测量时，由于传感器线圈的阻 抗发生变化，使电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波，就可得到 与被测量成正比的输出。电桥法主要用于两个电涡流线圈组成的差动式传感器。谐振电路 是将传感器线圈的等效电感的变化转换为电压或电流的变化。谐振法主要有调幅式电路和 调频式电路两种基本形式。调幅式由于采用了石英晶体振荡器，因此稳定性较高，而调频 式结构简单，便于遥测和数字显示。 3-9 如何利用电涡式传感器测量金属板厚度？ 答：电涡流式传感器可以无接触地测量金属板厚度和非金属板的镀层厚度。当被测金属 板 1的厚度变化时，将使电涡流式传感器的探头2与被测金属板 1间的距离改变，从而引 起输出电压的变化。由于在工作过程中被测金属板 1会上下波动，这将影响测量精度，因 此，用电涡流式传感器进