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1、第三章第三章 习题习题3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？试举例说明。素是什么？试举例说明。答：答：机械式传感器的弹性元件具有机械式传感器的弹性元件具有蠕变、弹蠕变、弹性后效性后效等现象。材料的等现象。材料的蠕变蠕变与承载时间、载与承载时间、载荷大小、环境温度等因素有关。荷大小、环境温度等因素有关。弹性后效弹性后效则则与材料应力、松弛和内部阻尼等因素有关，与材料应力、松弛和内部阻尼等因素有关，这些因素都影响最终输入与输出的线性关系。这些因素都影响最终输入与输出的线性关系。同时，应保证传感器工作在弹性元件的弹性同时，应保证传感器工作在弹性元件
2、的弹性限内。应从材料的选择、结构设计和处理工限内。应从材料的选择、结构设计和处理工艺上综合考虑。艺上综合考虑。1机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？体情况来选用？ 答：答：由电阻的相对变化由电阻的相对变化 公式知：公式知： 对电阻丝式应变片传感器，主要是通过电阻丝尺寸变对电阻丝式应变片传感器，主要是通过电阻丝尺寸变化引起电阻的变化，电阻丝式应变片的应变系数为化引起电阻的变化，电阻丝式应变片的应变系数为1+2 ，等于常数
3、；等于常数； 对半导体应变片，灵敏度为对半导体应变片，灵敏度为EE，主要是电阻率变化而，主要是电阻率变化而引起电阻的变化，灵敏度一般比电阻丝式应变片大引起电阻的变化，灵敏度一般比电阻丝式应变片大50-70倍。倍。 半导体应变片与电阻丝应变片相比，优点：灵敏度高、半导体应变片与电阻丝应变片相比，优点：灵敏度高、滞后小、体积小、横向应变小。缺点：温度稳定性差、灵敏滞后小、体积小、横向应变小。缺点：温度稳定性差、灵敏度分散大、在较大应变作用下非线性误差大等。度分散大、在较大应变作用下非线性误差大等。 选用时，如要灵敏度高的选半导体应变片，如需温度选用时，如要灵敏度高的选半导体应变片，如需温度稳定性好
4、时，选金属丝电阻丝式应变片。稳定性好时，选金属丝电阻丝式应变片。2机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章3-4 有电阻应变片，其灵敏度有电阻应变片，其灵敏度Sg=2, R=120,设设工作工作时时其其应变应变为为10001000，问问R=?R=?设设将此将此应变应变片接成片接成图图中所示的中所示的电电路路（见图（见图3-84），试求：），试求：1）无应变时电流表示值；）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示）有应变时电流表示值；值；3）电流表示值相对变化量；）电流表示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表）试分析这个变量能否从表中读出？中读出？解：解：因电阻应变片的灵敏度因电阻应变片
5、的灵敏度Sg= R/R/R/R/，所以，电阻变化量所以，电阻变化量R=RR=RSg=120100010-62=0.24 1）无应变时电流表示值无应变时电流表示值 I=U/R=1.5/120=12.5mA 2）有应变时电流表示值）有应变时电流表示值 I=U/ (R +R)=1.5/120.24=12.475mAR)=1.5/120.24=12.475mA33）电流表示值相对变化量）电流表示值相对变化量44）这个变换量比较小，必须用高灵敏度的微安表才能读）这个变换量比较小，必须用高灵敏度的微安表才能读出，一般接入电桥。出，一般接入电桥。图图3-84 题题3-4图图3机械工程测试技术基础（第三版）段
6、富海-第三章3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取那些措施？采取这些措施关？要提高灵敏度可采取那些措施？采取这些措施会带来什么样的后果？会带来什么样的后果？答：答：电感传感器的灵敏度电感传感器的灵敏度 由上式可知，如果加大磁路截面积由上式可知，如果加大磁路截面积A0、线圈匝、线圈匝数数N、空气隙导磁率、空气隙导磁率 0以及减小间隙以及减小间隙 等都可提高等都可提高灵敏度。灵敏度。 但需注意，当加大但需注意，当加大A0 、N时都会使传感器尺寸时都会使传感器尺寸加大，减小加大，减小 则会增大特性曲线的非线性。则会增大特性曲线的
7、非线性。4机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章3-7 一个电容测微仪其传感器的圆形极板半径r=4mm,工作初始间隙 =0.3mm，问：1）工作时，如果传感器与工件的间隙变化量 时，电容变化量是多少？2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF, 读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在 时，读数仪表的指示值变化多少格？解：解：1）因为电容式传感器 所以电容变化量又电容极板面积在空气中=1，初始间隙所以电容变化量5机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章2）传感器的灵敏度仪表指示变化范围：格6机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章输入量是位移输入量是位移x，输出量电压输出量电压u
8、y。3-8 把一个变阻器式传感器按图3-85接线，它的输入量是什么？输出量是什么？在什么样条件下它的输出量与输入量之间有较好的线性关系？ 解：u0 激励电压uy传感器输出电压xp变阻器总长度Rp变阻器总电阻RL测量电路输入电阻图3-85 题3-8图7机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章输出电压当RP/RL0时（接入表头的输入阻抗RL 相对于RP很大时，则输出uy与输入x之间呈线性关系。8机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章3-11 一压电式传感器的灵敏度一压电式传感器的灵敏度S=90pC/MPa,把它把它和一台灵敏度调到和一台灵敏度调到0.005V/pC 的电荷放大器连接，的电荷放大器连接，放大器的输出又接到一灵敏度已调到放大器的输出又接到一灵敏度已调到20 mm/V的光的光线示波器上记录，试绘出这个测试系统的框图，并线示波器上记录，试绘出这个测试系统的框图，并计算其总的灵敏度。计算其总的灵敏度。解：解：测试系统框图测试系统框图总灵敏度：总灵敏度：压电传感器压电传感器电荷放大器电荷放大器光线示波器光线示波器输入压力输入压力输出输出9机械工程测试技术基础（第三版）段富海-第三章
