《传感器及应用》电阻应变式传感器的测量转换电路、温度补偿和应用（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）答案+解析版

举一反三考点练 《传感器及应用》电阻应变式传感器的测量转换电路、温度补偿和应用-课后自测 知识点一 测量转换电路 1. （分析题）分析在电阻应变式传感器的测量转换电路里，若采用恒压源供电，当环境温度变化时，会对测量结果产生怎样的影响。 2. （分析题）分析为什么在一些高精度测量场景中，电阻应变式传感器的测量转换电路常采用双电桥结构。 3. （简答题）请说明全桥测量电路相较于半桥和单臂测量电路，在电阻应变式传感器应用中的优势是什么。 4. （简答题）简述电阻应变式传感器测量转换电路中，信号调理电路的主要功能及包含的常见电路模块。 5. （简答题）当电阻应变式传感器测量转换电路的输出信号出现较大噪声时，可能的原因有哪些。 知识点二 温度补偿 1. （简答题）在电阻应变式传感器的温度补偿中，为什么桥路补偿法应用较为广泛？ 2. （简答题）单丝自补偿应变片进行温度补偿时，对其敏感栅材料和使用环境有哪些要求。 3.（简答题）简述热敏电阻温度补偿法的原理及在电阻应变式传感器中的应用方式。 4.（填空题）电阻应变式传感器在进行温度补偿时，通常利用______材料制成补偿元件，以抵消温度变化对传感器测量精度的影响。 5.（填空题）电阻应变式传感器的温度补偿方法主要包括______和______两种。 知识点三 电阻应变式传感器的应用 1. （简答题）使用电阻应变式传感器测量材料的应力应变曲线时，如何保证测量数据的准确性？ 2. （分析题）在汽车制造中，电阻应变式传感器常用于测量轮胎压力，分析其工作原理及优势。 3. （填空题） 电阻应变式传感器因其高精度和稳定性，常被应用于测量大型结构（如桥梁、建筑）的______。 4. （填空题）在航空航天领域，电阻应变式传感器常被用来监测飞机结构的______状态，以及发动机叶片的______情况。 5. （填空题）电阻应变式传感器在汽车行业有着广泛的应用，特别是在测量车辆的______、______以及驾驶员的______等方面 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 《传感器及应用》电阻应变式传感器的测量转换电路、温度补偿和应用-课后自测 知识点一 测量转换电路 1. （分析题）分析在电阻应变式传感器的测量转换电路里，若采用恒压源供电，当环境温度变化时，会对测量结果产生怎样的影响。 【答案】 当环境温度变化时，电阻应变片的电阻值会改变。采用恒压源供电，电桥输出电压会随温度变化而变化。一方面，应变片自身的温度系数导致电阻变化，即使没有外力引起的应变，电桥输出也会偏离初始值，产生零点漂移。另一方面，不同桥臂应变片电阻变化不一致，会破坏电桥的平衡关系，导致测量结果出现误差，无法准确反映被测量的真实值。 2. （分析题）分析为什么在一些高精度测量场景中，电阻应变式传感器的测量转换电路常采用双电桥结构。 【答案】 在高精度测量场景中，双电桥结构可有效提高测量精度。其一，双电桥能进一步抑制共模干扰，相较于单电桥，其对环境中诸如温度变化、电磁干扰等共模信号的抵抗能力更强，可使共模信号在输出端相互抵消的程度更高。其二，双电桥可对电桥的非线性进行更精确的补偿。通过合理设计两个电桥的连接方式和参数，能更好地改善输出电压与应变之间的线性关系，减小非线性误差，满足高精度测量对线性度的严格要求。 3. （简答题）请说明全桥测量电路相较于半桥和单臂测量电路，在电阻应变式传感器应用中的优势是什么。 【答案】 全桥测量电路中四个桥臂均为应变片，其优势在于灵敏度最高。当四个应变片分别感受相同大小的拉、压应变时，输出电压是半桥单臂工作时的 4 倍。而且全桥测量电路能更好地消除非线性误差，因为其对称结构使得各应变片的非线性相互补偿。同时，对温度变化等共模干扰的抑制能力更强，测量精度更高。 4. （简答题）简述电阻应变式传感器测量转换电路中，信号调理电路的主要功能及包含的常见电路模块。 【答案】 信号调理电路的主要功能是对电阻应变式传感器输出的微弱、易受干扰且可能存在非线性的信号进行处理，使其成为适合后续数据采集和处理的信号。常见电路模块包括：放大电路，用于将传感器输出的微弱电压信号放大到合适的幅值；滤波电路，去除信号中的噪声和干扰，提高信号的质量；线性化电路，对传感器输出的非线性信号进行校正，使其更接近线性关系，以提高测量精度；电平转换电路，将信号的电平转换为与后续数据采集设备或处理器兼容的电平。 5. （简答题）当电阻应变式传感器测量转换电路的输出信号出现较大噪声时，可能的原因有哪些。 【答案】 可能原因有：一是电源噪声，电源不稳定或存在高频干扰，会通过电路传导到输出端；二是传感器本身受外界电磁干扰，如附近有强电磁场设备；三是测量转换电路中元件性能不佳，例如电阻、电容的噪声较大；四是布线不合理，信号线与电源线未有效分离，产生串扰。 知识点二 温度补偿 1. （简答题）在电阻应变式传感器的温度补偿中，为什么桥路补偿法应用较为广泛？ 【答案】 桥路补偿法应用广泛原因有：其一，结构简单，只需在电桥中增加一个或几个应变片作为补偿片，无需复杂的电路设计和额外元件。其二，补偿效果好，通过合理布置补偿应变片，使其与工作应变片处于相同温度环境，且补偿应变片只感受温度变化不承受机械应变，当温度变化时，补偿应变片和工作应变片的电阻变化在电桥中相互抵消，能有效消除温度引起的零点漂移和测量误差。其三，适应性强，可适用于不同类型的电阻应变式传感器和各种测量环境，无论是单臂、半桥还是全桥测量电路都能采用桥路补偿法。 2. （简答题）单丝自补偿应变片进行温度补偿时，对其敏感栅材料和使用环境有哪些要求。 【答案】 对于敏感栅材料，要求其电阻温度系数与弹性敏感元件的热膨胀系数相匹配。即当温度变化时，敏感栅由于自身电阻温度系数产生的电阻变化，要与因弹性敏感元件热膨胀导致应变片几何尺寸改变引起的电阻变化相互抵消，从而实现温度补偿。在使用环境方面，要求使用环境的温度变化范围在单丝自补偿应变片的设计补偿温度范围内，若超出此范围，补偿效果会大打折扣。同时，环境中的湿度、腐蚀性等因素也不能影响敏感栅材料和弹性敏感元件的性能，否则会破坏补偿的准确性。 3.（简答题）简述热敏电阻温度补偿法的原理及在电阻应变式传感器中的应用方式。 【答案】 热敏电阻温度补偿法原理是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性。当环境温度变化时，热敏电阻阻值改变，通过合理设计其在电路中的连接方式，使它产生的电阻变化能够抵消因温度变化导致的应变片电阻变化，从而补偿温度对测量结果的影响。在电阻应变式传感器中，常将热敏电阻与桥臂电阻串联或并联。例如，若应变片电阻随温度升高而增大，可将具有负温度系数的热敏电阻与桥臂电阻串联，温度升高时，热敏电阻阻值减小，补偿应变片电阻的增加，维持电桥平衡，减少温度误差。 4.（填空题）电阻应变式传感器在进行温度补偿时，通常利用______材料制成补偿元件，以抵消温度变化对传感器测量精度的影响。 【答案】与应变片材料具有相反温度系数的。 5.（填空题）电阻应变式传感器的温度补偿方法主要包括______和______两种。 【答案】自补偿法；线路补偿法 知识点三 电阻应变式传感器的应用 1. （简答题）使用电阻应变式传感器测量材料的应力应变曲线时，如何保证测量数据的准确性？ 【答案】 首先，要确保传感器的正确选型和安装。根据材料的预期应变范围选择合适量程和灵敏度的传感器，并将其准确粘贴在材料预定测量位置，保证粘贴牢固且方向正确。其次，测量系统的校准至关重要。在实验前对电阻应变仪等测量设备进行校准，确保测量电路的准确性。再者，要控制实验环境条件稳定，尽量减少温度、湿度等环境因素对传感器和材料的影响，因为温度变化可能导致应变片电阻漂移，影响测量精度。最后，多次测量取平均值，减小测量过程中的随机误差，提高数据准确性。 2. （分析题）在汽车制造中，电阻应变式传感器常用于测量轮胎压力，分析其工作原理及优势。 【答案】 工作原理是在轮胎内或轮毂上安装电阻应变式传感器，当轮胎压力变化时，会使传感器的弹性元件产生应变，粘贴在弹性元件上的应变片电阻值随之改变。通过测量电路将电阻变化转换为电信号，经处理后得到轮胎压力数值。其优势在于精度较高，能精确测量轮胎压力的微小变化；响应速度快，可实时监测轮胎压力动态变化；结构相对简单，易于安装在轮胎复杂的环境中；成本较低，适合大规模应用于汽车制造，保障行车安全。 3. （填空题） 电阻应变式传感器因其高精度和稳定性，常被应用于测量大型结构（如桥梁、建筑）的______。 【答案】应变或应力 4. （填空题）在航空航天领域，电阻应变式传感器常被用来监测飞机结构的______状态，以及发动机叶片的______情况。 【答案】载荷（或受力）；振动 5. （填空题）电阻应变式传感器在汽车行业有着广泛的应用，特别是在测量车辆的______、______以及驾驶员的______等方面 【答案】轮速；扭矩；踩踏力 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$