傳感器原理與應用習題課后答案第2章到第8章

1、《傳感器原理與應用傳感器原理與應用》及《傳感器與測量技術傳感器與測量技術》習題集與部分參考答案習題集與部分參考答案教材：傳感器技術（第3版）賈伯年主編，及其他參考書第2章電阻式傳感器電阻式傳感器21金屬應變計與半導體應變計在工作機理上有何異同？試比較應變計各種靈敏系數(shù)概念的不同物理意義。答：（1）相同點：它們都是在外界力作用下產(chǎn)生機械變形，從而導致材料的電阻發(fā)生變化所；不同點：金屬材料的應變效應以機械形變?yōu)橹鳎牧系碾娮杪氏鄬ψ兓癁檩o；

2、而半導體材料則正好相反，其應變效應以機械形變導致的電阻率的相對變化為主，而機械形變?yōu)檩o。（2）對于金屬材料，靈敏系數(shù)K0=Km=(12μ)C(12μ)。前部分為受力后金屬幾何尺寸變化，一般μ≈0.3，因此（12μ）=1.6；后部分為電阻率隨應變而變的部分。金屬絲材的應變電阻效應以結構尺寸變化為主。對于半導體材料，靈敏系數(shù)K0=Ks=(12μ)πE。前部分同樣為尺寸變化，后部分為半導體材料的壓阻效應所致，而πE(12μ)，因此K0=Ks=

3、πE。半導體材料的應變電阻效應主要基于壓阻效應。22從絲繞式應變計的橫向效應考慮，應該如何正確選擇和使用應變計？在測量應力梯度較大或應力集中的靜態(tài)應力和動態(tài)應力時，還需考慮什么因素？23簡述電阻應變計產(chǎn)生熱輸出（溫度誤差）的原因及其補償辦法。答：電阻應變計的溫度效應及其熱輸出由兩部分組成：前部分為熱阻效應所造成；后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。在工作溫度變化較大時，會產(chǎn)生溫度誤差。補償辦法：1、溫度自補償法（1）單絲自補償應變計；

4、(2)雙絲自補償應變計2、橋路補償法（1）雙絲半橋式；（2）補償塊法24試述應變電橋產(chǎn)生非線性的原因及消減非線性誤差的措施。答：原因：)(211)(44433221144332211RRRRRRRRRRRRRRRRUU?????????????????上式分母中含ΔRiRi，是造成輸出量的非線性因素。無論是輸出電壓還是電流，實際上都與ΔRiRi呈非線性關系。措施：(1)差動電橋補償法：差動電橋呈現(xiàn)相對臂“和”，相鄰臂“差”的特征，通過應

5、變計合理布片達到補償目的。常用的有半橋差動電路和全橋差動電路。(2)恒流源補償法：誤差主要由于應變電阻ΔRi的變化引起工作臂電流的變化所致。采用恒流源，可減小誤差。25如何用電阻應變計構成應變式傳感器？對其各組成部分有何要求？答：一是作為敏感元件，直接用于被測試件的應變測量；另一是作為轉換元件，通過彈性敏感元件構成傳感器，用以對任何能轉變成彈性元件應變的其他物理量作間接測量。要求：非線性誤差要小（0.05%~0.1%F.S），力學性能參

6、數(shù)受環(huán)境溫度影響小，并與彈性元件匹配。解：全橋差動電路，R1R3受拉，R2R4受壓，代入，得)(211)(44433221144332211RRRRRRRRRRRRRRRRUU?????????????????由全等橋臂，得=)(211)(44433221144332211RRRRRRRRRRRRRRRRUU?????????????????????11144RRURRU???可見輸出電壓U0與ΔRiRi成嚴格的線性關系，沒有非線性誤差

7、。即U0=f(ΔRR)。因為四臂差動工作，不僅消除了非線性誤差，而且輸出比單臂工作提高了4倍，故常采用此方法。210為什么常用等強度懸臂梁作為應變式傳感器的力敏元件？現(xiàn)用一等強度梁：有效長l=150mm，固支處b=18mm，厚h=5mm，彈性模量，貼上4片等阻值、K=2的電阻應變25102mmNE??計，并接入四等臂差動電橋構成稱得傳感器。試問：（1）懸臂梁上如何布片？又如何接橋？為什么？（2）當輸入電壓為3V，有輸出電壓為2mV時的稱

8、重量為多少？答：當力F作用在彈性臂梁自由端時，懸臂梁產(chǎn)生變形，在梁的上、下表面對稱位置上應變大小相當，極性相反，若分別粘貼應變片R1、R4和R2、R3，并接成差動電橋，則電橋輸出電壓Uo與力F成正比。等強度懸臂梁的應變不隨應變片粘貼位置變化。EhbFlx206??1）懸臂梁上布片如圖220a所示。接橋方式如圖220b所示。這樣當梁上受力時，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受壓，阻值減小，使差動輸出電壓成倍變化?？商岣哽`敏度。