第3章 常用传感器的工作原理及应用
3．1电阻式传感器 填空：
1、常用的电阻应变片分为两大类： 和 。 2、金属电阻的 是金属电阻应变片工作的物理基础。 3、金属电阻应变片有 、 及 等结构形式。
4、电位器式传感器都是由 、 和 三部分构成。
5、半导体应变片是利用半导体材料 制成的一种纯电阻性元件。 6、半导体应变片与金属电阻应变片相比较: 其灵敏度更高， 温度稳定性差。
7、弹性元件在传感器中起什么作用？
8、 试列举金属丝电阻应变片与半导体应变片的相同点和不同点。 9、 绘图说明如何利用电阻应变片测量未知的力。
10、电阻应变片阻值为120?，灵敏系数K＝2，沿纵向粘贴于直径为0.05m的圆形钢柱表面，钢材的E?2?1011Nm2，??0.3。求钢柱受10t拉力作用时，应变片的相对变化量。又若应变片沿钢柱圆周方向粘贴、受同样拉力作用时，应变片电阻的相对变化量为多少？
11、采用阻值为120Ω、灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的
固定电阻组成电桥，供桥电压为4V，并假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1??和1000??时，试求单臂工作电桥、双臂工作电桥以及全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。 3.2电容式传感器
1、电容式传感器采用 作为传感元件，将不同的 变化转换为 的
变化。
2、根据工作原理的不同，电容式传感器可分为 、 和 三种。 3、电容式传感器常用的转换电路有： 、 、运算放大器
电路、 和 等 。
4、电容式传感器有什么特点？试举出你所知道的电容传感器的实例。 5、试分析电容式物位传感器的灵敏度？为了提高传感器的灵敏度可采取什么措
施并应注意什么问题？
6、为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的？采取什么措施可改善其非线
性特征？
7、变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。传感器的起始
电容量Cx0?20pF，定动极板距离d0?1.5mm，C0?10pF，运算放大器为理想放大器（即K??，Zi??），Rf极大，输入电压ui?5sin?tV。求当电容传感器动极板上输入一位移量?x?0.15mm使d0减小时，电路输出电压
u0为多少？
8、 如图所示正方形平板电容器，极板长度a?4cm，极板间距离??0.2mm。
若用此变面积型传感器测量位移x，试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线。极板间介质为空气，?0?8.85?10?12F/m。
9、一电容式传感器的两个极板均为边长为10cm的正方形，间距为1mm，两极板
间气隙恰好放置一边长为10cm，厚度为1mm，相对介电常数为4的正方形介质。该介质可在气隙中自由滑动。若用该电容式传感器测量位移，试计算当
axuiC0Nu0CxRf介质极板向某一方向移出极板相互覆盖部分的距离分别为1cm、2cm、3cm时，该传感器的输出电容值分别是多少？
10、一个变极距性电容式位移传感器的有关参数为：初始极距δ=1mm，εr=1，
S=314mm2 。当极板极距变化为△δ=10μm时，计算该电容传感器的电容绝对变化量和相对变化量各是多少？ 3.3电感式传感器
1、电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈 或 的变化，从而导致
线圈 改变这一物理现象来实现测量的。
2、根据电感式传感器的转换原则，可分为 和 传感器 3、自感式传感器主要有 、 和 三种类型。 4、自感式传感器的结构主要有 、 和 三部分构成。 5、差动式电感传感器分为 、 和 三种类型。 6、互感式传感器的工作原理类似 的作用原理，其结构主要包括 、 和 等。
7、差动变压器式传感器的测量电路主要有 电路和 电
路。
8、自感型电感传感器的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措
施？
9、电感式传感器有几大类？各有何特点？
10、比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同之处。 11、试述应变电桥产生非线性的原因及削减非线性误差的措施。 12、在电感传感器中常采用相敏整流电路，其作用是什么？ 3.4压电式传感器
1、压电式传感器是一种 传感器，亦即 型传感器。
2、在外力作用下，压电材料的表面上产生电荷，从而实现 到 的转换。
3、常见的压电材料分为三类： 、 和 。 4、压电式传感器利用 效应工作，常用的前置放大器有电压放大器和 。
5、用石英晶体制作的压电式传感器，晶面上产生的 与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片 和面积无关。
6、由于外力作用在压电传感元件上所产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的内阻抗，这实际上是达不到的。因此，压电式传感器 。压电元件只有在交变力的作用下，电荷才能源源不断地产生，可以供给测量回路以一定的电流，故 。
7、什么是压电效应？以石英晶体为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的？ 8、 常用的压电材料有哪些？各有哪些特点？
9、为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不适合于静态测量？
10、根据下图所示石英晶体切片上的受力方向，标出晶体切片上产生电荷的符号。
xFxyxFxyxFxyxFyFyy石英晶片的受力示意图
3.5霍尔传感器
1、霍尔传感器是利用 作为媒介。
2、霍尔传感器有 和 两种类型。 3、霍尔元件工作的物理基础是 。
4、根据输出信号的形式，可将霍尔集成电路分为 和 两种
形式。
5、线性型霍尔集成电路通常由 、 、 和 四
部分组成。其特点是输出电压与外加磁感应强度B成 关系。 6、开关型霍尔集成电路的开关形式有 和 两种。 7、什么是霍尔效应？其物理本质是什么？ 8、用霍尔元件可测量哪些物理量？试举例说明。 9、为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？ 10、霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？
11、有一个霍尔元件，其灵敏度KH 是1.2mV/mA·kGs,将它置于一个梯度为
5kGs/mm的磁场中，额定控制电流I是20mA，如果霍尔元件在平衡点附近作0.1mm的摆动，则输出电压范围是多少？ 3.6热敏传感器
1、热敏传感器主要有 和 两种
2、热电阻主要是利用电阻随温度升高而 这一特性来测量温度的。 3、热电偶的冷端温度补偿常用的方法有 法、 法、 法和 法。
4、热电势由两部分组成，一部分是两种导体的 ，另一部分是单一导体的温差电势。
5、热电偶的热电势大小与 和 有关，为了保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须保持冷端温度 。
6、在热电偶测温回路中经常使用补偿导线的最主要的目的是 。 7、什么是金属导体的热电效应？试说明热电偶的测量原理。 8、试述热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。 9、试分析金属导体产生接触电动势的原因。
10、如下图所示镍铬-镍硅热电偶，A’、B’为补偿导线，Cu为铜导线，已知接
线盒1的温度t1=40.0℃，冰水温度t2=0.0℃，接线盒2的温度t3=20.0℃。 1）当U3=39.310mV时，计算被测点温度t。
2）如果A’、B’换成铜导线，此时U3=37.699mV，再求t.
tAB?A?Cut1接线盒1B?t2冰瓶U3Cut3接线盒2采用补偿导线的镍铬－镍硅热电偶测温示意图
常用传感器的工作原理及应用
