《传感器及应用》自感式位移传感器（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）答案+原卷版

举一反三考点练 《传感器及应用》自感式位移传感器-课后自测 知识点一 变气隙(闭磁路)自感式位移传感器 1. （简答题）简述变气隙自感式位移传感器的工作原理。 2. （分析题）分析温度变化对变气隙自感式位移传感器测量精度的影响。 3. （计算题）某变气隙自感式位移传感器连接电桥测量电路，电桥电源电压U = 5V，传感器初始自感L0 = 0.2H，与传感器串联的固定电阻R = 100Ω，当衔铁位移使自感变为L1 = 0.22H时，求电桥输出电压U0。（假设电桥为单臂工作方式，电桥另两臂为固定电阻且阻值相等）。 4. （填空题）变气隙自感式位移传感器主要由______、______、和______组成闭合磁路 5. （填空题）变气隙自感式位移传感器中，当气隙厚度增加时，磁路磁阻______，线圈自感______。 知识点二 螺管(开磁路)自感式位移传感器 1. （简答题）简述螺管自感式位移传感器的工作原理。 2. （简答题）与变气隙自感式位移传感器相比，螺管自感式位移传感器的优点有哪些。 3.（分析题）分析螺管自感式位移传感器在长期使用过程中，可能导致测量精度下降的因素。 4.（计算题）已知一螺管自感式位移传感器，螺线管匝数为1000匝，长度为10cm，横截面积为5cm² ，真空磁导率为。当衔铁完全在螺线管内时，自感为0.5H。求此时铁芯的相对磁导率。 5.（填答题）螺管自感式位移传感器的测量电路通常有______、______和______等。 知识点三 电感式传感器的转换电路 1. （简答题）调频式转换电路用于电感式传感器动态测量有哪些优势。 2. （分析题）谐振式转换电路用于电感式传感器时，如何根据谐振频率变化确定被测量的变化。 3. （分析题）带相敏检波的交流电桥电路在电感式传感器测量中，怎样实现对位移方向的判断。 4. （填空题）测量转换电路中常用的电路元件包括 _____________、_____________ 等，它们的作用是将传感器输出信号转换为 _____________。 5. （填空题） 测量转换电路在传感器中起到将传感器输出信号转换为 _____________ 的作用，常用于 _____________。 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》自感式位移传感器-课后自测 知识点一 变气隙(闭磁路)自感式位移传感器 1. （简答题）简述变气隙自感式位移传感器的工作原理。 【答案】 传感器主要由线圈、铁芯和衔铁组成。当衔铁因被测量的位移而发生移动时，会改变衔铁与铁芯之间的气隙大小。依据自感公式，气隙的变化会导致线圈自感发生改变。当气隙增大时，磁路磁阻增大，通过线圈的磁通量减小，自感量减小；反之，气隙减小时，自感量增大。通过测量电路将这种自感量的变化转换为电压、电流或频率等电信号的变化，进而实现对位移的测量。 2. （分析题）分析温度变化对变气隙自感式位移传感器测量精度的影响。 【答案】 温度变化影响较大。一方面，温度改变会使线圈电阻R变化，导致测量电路中电流和输出电压改变，产生测量误差。另一方面，温度变化会使铁芯和衔铁材料磁导率μ改变，进而使磁路磁阻Rm变化，引起线圈自感L改变。 3. （计算题）某变气隙自感式位移传感器连接电桥测量电路，电桥电源电压U = 5V，传感器初始自感L0 = 0.2H，与传感器串联的固定电阻R = 100Ω，当衔铁位移使自感变为L1 = 0.22H时，求电桥输出电压U0。（假设电桥为单臂工作方式，电桥另两臂为固定电阻且阻值相等）。 【答案】0.125V 【解析】 对于单臂电桥，输出电压U0=。 这里。 代入数据可得。 4. （填空题）变气隙自感式位移传感器主要由______、______、和______组成闭合磁路 【答案】 线圈、铁芯、衔铁 5. （填空题）变气隙自感式位移传感器中，当气隙厚度增加时，磁路磁阻______，线圈自感______。 【答案】增大、减小 知识点二 螺管(开磁路)自感式位移传感器 1. （简答题）简述螺管自感式位移传感器的工作原理。 【答案】 螺管自感式位移传感器由螺线管线圈、铁芯和衔铁组成。当衔铁随被测位移移动时，在螺线管中所处位置改变，引起螺线管自感量变化。依据电磁感应定律，通过测量电路将自感变化转换为电压、电流或频率等电信号，从而实现对位移的测量。 2. （简答题）与变气隙自感式位移传感器相比，螺管自感式位移传感器的优点有哪些。 【答案】 螺管自感式位移传感器的优点包括：测量范围大，可从几毫米到数百毫米；结构简单、易于制作；灵敏度较高且线性度较好；对安装精度要求相对较低，抗干扰能力强，受气隙变化影响小，适用于恶劣环境。 3.（分析题）分析螺管自感式位移传感器在长期使用过程中，可能导致测量精度下降的因素。 【答案】 长期使用时，线圈因电流热效应可能出现老化，电阻值改变，影响测量电路性能。铁芯与衔铁受机械振动、磨损，材料磁性发生变化，导致自感变化规律改变。环境温度、湿度的长期波动，会使传感器零部件尺寸、材料磁导率改变，进而影响自感量与测量精度。此外，测量电路中元件参数漂移，也会造成测量误差增大。 4.（计算题）已知一螺管自感式位移传感器，螺线管匝数为1000匝，长度为10cm，横截面积为5cm² ，真空磁导率为。当衔铁完全在螺线管内时，自感为0.5H。求此时铁芯的相对磁导率。 【答案】796 【解析】 根据螺线管自感公式，其中L为自感，μ0为真空磁导率，μr为相对磁导率，N为匝数，A为横截面积，l为螺线管长度。 已知L = 0.5H，N = 1000，A = 5×10-4m²，l = 0.1m，μ0 = 4π×10-7H/m。 将数值代入公式可得：0.5= 解得μr≈796。 5.（填答题）螺管自感式位移传感器的测量电路通常有______、______和______等。 【答案】 桥电路、谐振电路、调频电路 知识点三 电感式传感器的转换电路 1. （简答题）调频式转换电路用于电感式传感器动态测量有哪些优势。 【答案】 调频式转换电路对频率变化极为敏感。在动态测量中，电感式传感器的电感会随着被测量的快速变化而迅速改变。调频式转换电路能将这种快速的电感变化高效地转换为频率变化，其响应速度快，能够实时跟踪电感的动态变化。而且频率信号相对幅值信号而言，受干扰的影响较小，在动态测量环境中稳定性更好。同时，频率信号便于传输和处理，通过数字电路等可以方便地对其进行计数、运算等操作，所以调频式转换电路在电感式传感器动态测量中优势明显。 2. （分析题）谐振式转换电路用于电感式传感器时，如何根据谐振频率变化确定被测量的变化。 【答案】 电感式传感器作为谐振回路的一部分，其电感变化会改变谐振回路的总电感。根据谐振频率公式，总电感变化会导致谐振频率改变。预先建立起谐振频率与被测量之间的对应关系，当检测到谐振频率发生变化时，就可以依据这个对应关系，确定被测量的变化情况。当电感式传感器用于测量位移，位移变化使电感改变，进而导致谐振频率改变，通过测量谐振频率，就能推算出位移的大小。 3. （分析题）带相敏检波的交流电桥电路在电感式传感器测量中，怎样实现对位移方向的判断。 【答案】 当电感式传感器的衔铁发生位移时，会使电桥输出电压的相位发生变化。带相敏检波的交流电桥电路中，相敏检波器有一个与激励电压同频同相的参考信号。将电桥输出信号与参考信号进行相位比较，若电桥输出信号与参考信号相位相同，表明衔铁朝一个方向位移；若相位相反，则表明衔铁朝相反方向位移。通过这种相位比较的方式，实现对位移方向的准确判断。 4. （填空题）测量转换电路中常用的电路元件包括 _____________、_____________ 等，它们的作用是将传感器输出信号转换为 _____________。 【答案】 运放；模数转换器；可以被微处理器或显示器处理的电压或数字信号 5. （填空题） 测量转换电路在传感器中起到将传感器输出信号转换为 _____________ 的作用，常用于 _____________。 【答案】 可读取的电压、电流或数字信号；数据采集系统、控制系统等方面。 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 $$