《传感器及应用》电涡流式传感器（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》电涡流式传感器-课后自测 知识点一 基本工作原理 1. （简答题）简述电涡流式传感器的基本工作原理。 2. （简答题）请说明电涡流式传感器工作时，被测金属的电导率对其测量结果的影响。 3. （分析题）分析电涡流式传感器测量金属板厚度时，若金属板表面有油污，可能对测量结果产生的影响。 4. （填空题）电涡流式传感器利用______原理，当金属导体处于交变磁场中时，会在其表面产生______，该电涡流产生的磁场会反作用于原磁场，导致传感器线圈的______发生变化。 5. （填空题）电涡流式传感器的等效阻抗与被测金属导体的电导率、______、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测金属导体的______等参数有关。 知识点二 电涡流式传感器的结构与测量转换电路 1. （简答题）简述电涡流式传感器中测量转换电路的作用及常见类型。 2. （简答题）说明电涡流式传感器探头结构中线圈的作用及对其材质和匝数的要求。 3.（分析题）分析在调幅式测量转换电路中，若电源电压不稳定，对电涡流式传感器测量结果的影响。 4.（计算题）在一个调频式电涡流式传感器测量转换电路中，振荡电路的中心频率f0 = 10MHz，传感器线圈的初始电感L0 = 100，电容C = 25pF。当被测金属物体靠近传感器时，线圈电感变化了。求此时振荡电路的输出频率f。 5.（填空题）电涡流式传感器的测量转换电路中，调幅式电路是将______转换为输出信号的幅度变化；调频式电路是将______转换为输出信号的频率变化。 知识点三 电涡流式传感器的应用 1. （简答题）简述电涡流式传感器在工业生产中测量金属零件尺寸的工作过程。 2. （分析题）分析电涡流式传感器用于检测高温金属工件表面裂纹时，温度对测量结果的影响。 3. （分析题） 在木材加工行业，有人尝试用电涡流式传感器检测木材内部是否存在金属杂质，分析该方案的可行性及可能遇到的问题。 4. （计算题）已知电涡流式传感器用于测量金属板材厚度，其测量转换电路输出电压U与板材厚度d的关系为U = 5d + 2（U单位为V，d单位为mm）。当测量得到输出电压为7V时，求金属板材的厚度。 5. （填空题）电涡流式传感器在航空领域可用于检测飞机机翼的______和______情况，通过测量机翼表面______因损伤导致的与传感器之间的电磁感应变化，实现对机翼健康状况的监测。 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》电涡流式传感器-课后自测 知识点一 基本工作原理 1. （简答题）简述电涡流式传感器的基本工作原理。 【答案】 当电涡流式传感器的线圈通以交变电流i_1时，线圈周围会产生交变磁场H_1。若被测金属导体靠近该磁场，则在金属导体表面会产生感应电流，即电涡流i_2。根据楞次定律，电涡流产生的交变磁场H_2会反作用于原磁场H_1 ，使传感器线圈的等效阻抗发生变化。而这种阻抗变化与被测金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测金属导体的距离等参数有关。当保持其他参数不变，而只改变其中一个参数时，传感器线圈的等效阻抗就只与该参数有关，通过测量线圈等效阻抗的变化，就可以实现对该参数的测量。 2. （简答题）请说明电涡流式传感器工作时，被测金属的电导率对其测量结果的影响。 【答案】 电导率越大，在相同的交变磁场作用下，金属导体中产生的电涡流越大。根据楞次定律，较强的电涡流产生的反向磁场也更强，这会对传感器线圈的原磁场产生更大的影响，导致线圈的等效电感、等效电阻等参数变化更显著。例如在测量位移时，如果被测金属电导率发生变化，即使实际位移未变，传感器检测到的因电涡流变化引起的线圈参数改变，也会被误判为位移发生了变化。 3. （分析题）分析电涡流式传感器测量金属板厚度时，若金属板表面有油污，可能对测量结果产生的影响。 【答案】 金属板表面的油污会改变金属表面与传感器探头之间的介质特性。油污一般为非导体，会在一定程度上削弱传感器线圈产生的磁场与金属板之间的耦合作用。具体来说，油污的存在相当于在探头与金属板之间增加了一层阻隔，使得交变磁场在到达金属板时强度减弱，从而导致金属板中产生的电涡流减小。根据电涡流式传感器的工作原理，电涡流减小会使传感器检测到的线圈等效阻抗变化与无油污时不同。若按照无油污时的校准关系来计算金属板厚度，就会导致测量结果出现偏差，通常会使测量得到的厚度值比实际厚度偏大。 4. （填空题）电涡流式传感器利用______原理，当金属导体处于交变磁场中时，会在其表面产生______，该电涡流产生的磁场会反作用于原磁场，导致传感器线圈的______发生变化。 【答案】 电磁感应；电涡流；等效阻抗 5. （填空题）电涡流式传感器的等效阻抗与被测金属导体的电导率、______、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测金属导体的______等参数有关。 【答案】 磁导率；距离。 知识点二 电涡流式传感器的结构与测量转换电路 1. （简答题）简述电涡流式传感器中测量转换电路的作用及常见类型。 【答案】 测量转换电路的作用是：将电涡流式传感器探头感应到的与电涡流相关的微小变化量，转换为便于后续处理、显示和控制的信号，如电压、电流或数字信号等。 常见类型有： 1.调幅式电路：通过检测因电涡流影响导致的传感器线圈阻抗变化，进而改变电路中信号的幅值，将被测物理量的变化转换为输出电压幅值的变化。 2.调频式电路：利用传感器线圈作为振荡电路的一部分，电涡流引起的线圈电感变化使振荡电路的振荡频率改变，从而将被测参数转换为频率信号。 3.电桥电路：将传感器线圈接入电桥的桥臂，电涡流导致的线圈阻抗变化会破坏电桥的平衡状态，通过检测电桥输出电压的变化来测量相关物理量。 2. （简答题）说明电涡流式传感器探头结构中线圈的作用及对其材质和匝数的要求。 【答案】 线圈的作用是通以交变电流，产生交变磁场，使被测金属导体产生电涡流，同时感受电涡流产生的反作用磁场，导致自身的电气参数（如电感、阻抗）发生变化，以此实现对被测物理量的检测。 对线圈材质要求：通常采用高导电性的材料，如铜，以降低线圈的电阻，减少能量损耗，提高传感器的灵敏度和效率。 对匝数的要求：匝数增加可增强磁场强度，提高传感器灵敏度，但匝数过多会增加线圈的分布电容，影响传感器的高频性能，且可能导致结构复杂、成本增加。 3.（分析题）分析在调幅式测量转换电路中，若电源电压不稳定，对电涡流式传感器测量结果的影响。 【答案】 在调幅式测量转换电路中，电源为整个电路提供激励能量。若电源电压不稳定，其输出的交变电压幅值会发生波动。由于调幅式电路是通过检测传感器线圈因电涡流产生的阻抗变化，进而引起输出信号幅值变化来测量的。当电源电压不稳定时，即使被测物理量未发生变化，因电源电压幅值波动，电路输出信号幅值也会随之改变。这会使测量结果产生误差，无法准确反映被测物理量的真实值。 4.（计算题）在一个调频式电涡流式传感器测量转换电路中，振荡电路的中心频率f0 = 10MHz，传感器线圈的初始电感L0 = 100，电容C = 25pF。当被测金属物体靠近传感器时，线圈电感变化了。求此时振荡电路的输出频率f。 【答案】9.76MHz 【解析】 根据振荡电路频率公式， 初始时，已知f0 = 10MHz，L0 = 100 = 100×10-6H，C = 25×10-12F。 当电感变为L =𝐿=100×10-6+5×10-6=105×10-6H时，新的频率f为： 9.76MHz。 5.（填空题）电涡流式传感器的测量转换电路中，调幅式电路是将______转换为输出信号的幅度变化；调频式电路是将______转换为输出信号的频率变化。 【答案】线圈阻抗变化；线圈电感变化 知识点三 电涡流式传感器的应用 1. （简答题）简述电涡流式传感器在工业生产中测量金属零件尺寸的工作过程。 【答案】 在工业生产测量金属零件尺寸时，先将电涡流式传感器安装在合适位置，使其与被测金属零件保持一定距离。传感器线圈通以交变电流，产生交变磁场。当金属零件靠近磁场时，零件表面产生电涡流，电涡流又产生反向磁场，影响传感器线圈的等效阻抗。 由于零件尺寸的变化（如直径、厚度等）会改变其与传感器的相对位置或影响电涡流产生的强度，导致传感器线圈阻抗相应改变。测量转换电路将线圈阻抗变化转换为电压、电流或频率等信号变化，通过与事先校准的尺寸、信号对应关系进行对比，即可精确计算出金属零件的尺寸大小。 2. （分析题）分析电涡流式传感器用于检测高温金属工件表面裂纹时，温度对测量结果的影响。 【答案】 温度对测量结果的影响：高温会改变金属的电导率和磁导率，进而影响电涡流的产生和分布。一方面，温度升高可能使金属电导率下降，导致相同磁场下产生的电涡流减弱，传感器检测到的信号强度降低。另一方面，温度变化可能导致传感器自身性能漂移，如线圈的电阻、电感发生改变，影响测量准确性。此外，高温环境可能使传感器探头的材料性能发生变化，降低其使用寿命。 3. （分析题） 在木材加工行业，有人尝试用电涡流式传感器检测木材内部是否存在金属杂质，分析该方案的可行性及可能遇到的问题。 【答案】 可行性：电涡流式传感器能检测金属物体，当木材内部存在金属杂质时，若传感器靠近该位置，金属杂质在交变磁场作用下会产生电涡流，进而被传感器检测到。 可能遇到的问题：木材的湿度和密度不均匀可能干扰测量结果。木材湿度变化会影响其导电性，可能导致误判。而且木材的结构复杂，可能存在天然的节疤、纹理等，这些因素可能会使传感器产生异常信号，与金属杂质产生的信号混淆。此外，若金属杂质体积过小或埋藏过深，电涡流信号可能很微弱，难以准确检测到。同时，由于木材是不良导体，传感器的有效检测深度和灵敏度可能受到限制，影响检测效果。 4. （计算题）已知电涡流式传感器用于测量金属板材厚度，其测量转换电路输出电压U与板材厚度d的关系为U = 5d + 2（U单位为V，d单位为mm）。当测量得到输出电压为7V时，求金属板材的厚度。 【答案】1mm 【解析】 将U = 7V代入关系式U = 5d + 2中， 可得：7 = 5d + 2 移项可得：5d = 7-2；5d = 5 两边同时除以5，解得： d = 1mm。 5. （填空题）电涡流式传感器在航空领域可用于检测飞机机翼的______和______情况，通过测量机翼表面______因损伤导致的与传感器之间的电磁感应变化，实现对机翼健康状况的监测。 【答案】裂纹；变形；金属结构 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 $$