1、力傳感器的組成是什么答：力傳感器主要由力敏感元件、轉換元件和測量、顯示電路組成。彈性敏感元件的作用是什么其分類有幾種各有何特點答：作用：彈性敏感元件的作用是把力或壓力轉換為應變或位移，然后再轉換電路將應變或位移轉換為電信號。分類：（1）力轉換為應變或位移的變換力的彈性敏感元件 （2）壓力轉換為應變或位移的變換壓力的彈性敏感元件特點：變換力的彈性敏感元件圓柱式：結構簡單，可承受較大的載荷，便于加工，實心圓柱形可測量大于10kN的力，空心圓柱形可測量110kN的力，且應力變化均勻。圓環式：圓環式的敏感元件比圓柱式輸出的位移大，因而具有較高的靈敏度，適用于測量較小的力。懸臂梁式：它的一端固定，一端自

2、由，結構簡單，加工方便，應變和位移較大，適用測量15kN的力。壓力的彈性敏感元件彈簧管：C形彈簧管的一端密封但不固定，成為自由端，另一端連接在管接頭上且固定，流體壓力通過管接頭進入彈簧管后，在壓力F作用下，彈簧管的橫截面力圖變成圓形截面，截面的短軸力圖伸長。使彈簧管趨向伸直，一直伸展到管彈力與壓力的作用相平衡為止。這樣自由端便產生了位移。通過測量位移的大小，比可得到壓力的大小。波紋管：波紋管的軸向在流體壓力作用極易變形，有較高的靈敏度。波紋膜片和膜盒：線性度好，靈敏度高及各種誤差小。薄壁圓筒：筒壁均勻受力，并均勻向外擴張，所以在管壁的軸線方向產生拉伸力和應變力。3、電阻應變式傳感器的工作原理是

3、什么它是如何測量試件的應變的答：工作原理：通過一定的機械裝置將被測量轉化成彈性元件的變形，然后由電阻應變片將變形轉換成電阻的變化，再通過測量電路進一步將電阻的改變轉換成電壓或電流信號輸出。測試原理：測試時，將應變片用粘接劑牢固的粘貼在被測試件的表面上，隨著試件受力變形，應變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發生變化，而此電阻的變化是與試件應變成比例的，因此如果通過一定的測量線路將這種電阻的變化轉換為電壓或電流變化，然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來，就能知道被測試件應變量的大小。4、電阻應變式傳感器的測量電路有哪些各有何特點答：恒壓源供電的直流電橋特點：當被測量無變化時，電橋平衡，

4、輸出為零。當測量發生變化時，電橋平衡被打破，有電壓輸出，輸出的電壓與被測量的變化成比例。恒流源供電的直流電橋特點：當橋臂電阻發生變化時，電橋有輸出，輸出大小與橋臂電阻變化成正比。5、電阻應變片為什么要進行溫度補償補償方法有哪些答： 電阻應變片傳感器是靠電阻值來來度量應變的，所以希望它的電阻只隨應變而變，不受其它因素的影響。但實際上，雖然用作電阻絲材料的銅、康銅溫度系數很小(大約在a=×10-5/)， 但與所測應變電阻的變化比較，仍屬同一量級。如不補償，會引起很大誤差。這種由于測量現場環境溫度的變化而給測量帶來的誤差，稱之為應變片的溫度誤差。 補償方法：（1）線路補償。 （2）應變片自

5、補償。6、應變片的粘貼、固化和檢查工藝有哪些答：去污試件表面的處理粘貼之前，應先將試件表面清理干凈，用細砂紙將試件表面打磨平整，再用丙酮、四氯化碳或氟利昂徹底清洗試件表面的灰塵、油漬，清理面積約為應變片的35倍。粘貼在清理的試件表面上均勻涂刷一薄層粘接劑作為底層，待其干燥固化后，再在此底層及應變片基地的地面上均勻涂刷一薄層粘接劑，等粘接劑稍干，即將應變片貼在畫線位置，用手指滾壓，把氣泡和多余的粘接劑擠出。注意，應變片的底面也要清理。粘貼后測量從分開的端子處，預先用萬用表測量應變片的電阻，尋找端子折斷和損壞的應變片。焊接將引線和端子用烙鐵焊接起來，注意不要把端子扯斷。（5）固定焊接后用膠布將引線

6、和被測對象固定在一起，防止損壞引線和應變片7、圖2-88為一直流應變電橋，試求：（1）為金屬應變片，其余為外接電阻，當變化量為時，電橋輸出電壓為多少（2）都是應變片，且批號相同，感受應變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，電橋的輸出電壓圖 2-88 直流應變電橋（3）題（2）中，如果感受應變的極性相反， 且，電橋的輸出電壓（4）由題（1）（3）能得出什么結論與推論答：（1）當為金屬應變片，其余為外接電阻時，電橋為單臂工作電橋，當變化量為時，電橋輸出電壓： （2）當都是應變片，且批號相同，感受應變的極性和大小都相同，其余為外接電阻時，根據電橋的輸出總公式 可知，此時，。電橋的輸出：（3）題（2）

7、中，如果感受應變的極性相反，且也就是，此時電橋為差動雙臂電橋（半橋），電橋輸出電壓：此時電橋。（4）由題（1）（3）可知雙臂電橋輸出靈敏度是單臂電橋的兩倍，電橋的相鄰兩個橋臂為應變片工作橋臂時，感受的應變必須是一個受拉，一個受壓，電橋才有輸出。8.壓電式傳感器的工作原理是什么壓電材料有哪些答：原理：某些晶體受一定方向外力作用而發生機械變形時，相應的在晶體表面產生符號相反的電荷，外力去掉后，電荷消失，力的方向改變時，電荷的方向也隨之改變，這種現象稱為壓電效應。 材料：（1）石英晶體（2）壓電陶瓷 （3） 高分子壓電材料9.試用石英晶體為例說明壓電效應產生的過程。答：石英晶體是一種應用廣泛的壓電晶

8、體，它是二氧化硅單晶體 ，為規則的正六角棱柱體，石英晶體的每一個晶體單元中，有3個硅離子和6個氧離子，正負離子分布在正六邊形的頂角上。當無外力作用時，正負電荷中心重合，對外不顯電性。當在x軸向施加壓力時，如圖a所示，正電荷中心向B面移動，負電荷中心向A面移動，所以B面呈現正電荷，A面呈現負點荷。當在x軸施加拉力時，如圖b所示，各晶格上的帶電粒子沿x軸向外產生位移，因而A面呈現正電荷，B面呈現負電荷。在y軸上施加壓力時，如圖c所示，晶格沿y軸被向內壓縮，A面呈現正電荷，B面呈現負電荷。在y軸上施加拉力時，如圖d所示，晶格在y軸被拉長，x向縮短，B面呈現正電荷，A呈現負電荷。沿z軸方向施加力的作用

9、時，由于硅離子和氧離子是對稱的平移，故在表面沒有電荷出現，因而不產生壓電效應，這就是石英晶體的壓電效應產生的過程。10.壓電陶瓷有何特點答:壓電陶瓷是人工制造的一種多晶體電體，它由無數的單晶組成,各單晶的自發極化方向是任意排列的，因此每個單晶具有強的壓電性質，但組成單晶后，各單晶的壓電效應卻互相抵消了，所以，原始的壓電陶瓷是一個非壓電體，不具有壓電效應。為了使壓電陶瓷具有壓電效應，就必須進行極化處理。所謂的極化處理就是在一定的溫度的條件下，對壓電陶瓷施加強電場，使極性軸轉動到接近電場的方向，規則排列。這個方向就是壓電陶瓷的極化方向，這時壓電陶瓷就具有了壓電壓電性，在極化電場去除后，留下很強的剩

10、余極化強度。當壓電陶瓷受到力的作用時，極化強度就發生變化，在垂直于極化方向上就會出現電荷，所以采用壓電陶瓷的壓電式傳感器靈敏度較高。11.壓電傳感器的測量電路是什么各有何特點為什么壓電傳感器不能測量靜態的力答：電壓放大器 電荷放大器特點：由電壓放大器的輸出可以看出，放大器輸入電壓與電纜的電容Cc有關系，當改變連接傳感器與前置放大器的電纜長度時，Cc將改變，從而引起放大器的輸出電壓也發生變化。在設計時，通常把電纜長度定為常數，使用時如要改變電纜長度，則必須重新校正電壓靈敏度值。電荷放大器輸出電壓， 可以看出電荷放大器輸出電壓與電纜電容無關。因此電纜可以很長，可長達數百米，甚至上千米，靈敏度卻無明

11、顯損失。這是電荷放大器的一個突出優點。因此在測量時，不必考慮傳感器與放大器配套的問題，放大器與傳感器可以任意互換。為什么壓電傳感器不能測量靜態的力由于外力作用在壓電元件上產生的電荷只有在無泄露的情況下才能保存，即需要測量回路具有無限大的輸入阻抗，這實際上是不可能的。因為在實際測量時，放大器的輸入電阻和傳感器的泄漏電阻不可能為無窮大，因此電荷就會通過放大器的輸入電阻和傳感器的泄漏電阻漏掉，所以壓電傳感器不能用于靜態力測量。 壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不斷得到補充，可以供給測量電路以一定的電流，故只適用于動態測量。12.如圖2-32b所示電荷放大器等效電路。壓電元件為壓電陶瓷，壓電陶瓷的壓

12、電系數dzz=5x10-10C/N，反饋電容Cf=，若輸出電壓Uo=，求壓電傳感器所受力的大小答2-32 電荷放大器等效電路：根據電荷放大器的輸出可知, 壓電陶瓷上產生的電荷根據，壓電傳感器所受的力13.石英晶體的縱向壓電系數，晶體的長度是的寬2倍，是厚的3倍，求：（1） 當沿電軸方向施加的力時，用反饋電容為的電荷放大器測量的輸出電壓是多少（2） 當沿機械軸施加力時，用同樣的電荷放大器測出的輸出電壓為3V，為多少 答： （1）電荷放大器的輸出 (2) 根據題意，參考石英晶體的切片圖，可以看出當沿機械軸施加力時，產生的由根據式得，即 求出14. 用壓電式傳感器測量一正弦變化的作用力，采用電荷放大

13、器，壓電元件用兩片壓電陶瓷并聯，壓電系數dzz=190x10-12C/N ，放大器為理想運放，反饋電容Cf=3800pF ，實際測得放大器輸出電 壓為Uo=10sint（V） ，試求此時的作用力F=答：根據題意壓電元件是兩片壓電陶瓷并聯，所以總電荷是單個壓電元件電荷的兩倍，即,根據電荷放大器的輸出，得，,得壓電傳感器受到的作用力15.電容式傳感器的工作原理是什么可分成幾種類型各有個特點答：根據平行極板的電容器，如果不考慮其邊緣效應，則電容器的電容量為 由上式可知，電容C是A、的函數，即。當A、改變時，電容量C也隨之改變。若保持其中兩個參數不變，通過被測量的變化改變其中的一個參數，就可把被測量的

14、變化轉換為電容量的變化。這就是電容傳感器的基本工作原理。分類：電容式傳感器根據工作原理不同，可分為變間隙式、變面積式、變介電常數式三種；按極板形狀不同有平板形和圓柱形兩種。特點：變間隙式電容傳感器：只能測量微小位移（微米級）；變面積式電容傳感器：可以測量較大位移的變化，常為厘米級位移量。變介電常數式電容式傳感器。可用來測量物位或液位，也可測量位移，可以測量較大位移的變化。16.試說明差動式電容傳感器結構是如何提高測量靈敏度，減小非線性誤差的答：以變間隙式電容傳感器為例來分析。當變化時，電容量的相對變化約為 （2-35） 為了提高測量的靈敏度，減小非線性誤差，實際應用時常采用差動式結構。如圖2-

15、44所示，兩個定極板對稱安裝，中間極板為動極板。當中間極板不受外力作用時，由于，所以。當中間極板向上移動x時， 增加，減小，總電容的變化量為圖2-44 差動式電容器結構 （2-37）式（2-37）與式（2-35）相比，輸出靈敏度提高了一倍。17.電容式傳感器的測量轉換電路主要有哪些答: 常見的電容式傳感器測量轉換電路有橋式電路、調頻電路、充放電脈沖電路、運算放大器電路等。18.有一個以空氣為介質的變面積型平板電容傳感器，如圖2-45a所示，其中a=8mm， b=12mm，兩極板間距為d=1mm。當動極板在原始位置上平移了5mm后，求傳感器電容量的變化C及電容相對變化量C/Co 。答：根據變面積

16、型平板式電容傳感器的電容表達式：可得當動極板在原始位置上平移了，也就是公式中后，電容的相對變化量為傳感器電容量的變化19.電感傳感器的基本原理是什么可分成幾種類型答：電感傳感器的基本原理是電磁感應原理。利用電磁感應將被測非電量(如壓力、位移等)轉換成電感量的變化輸出，再經測量轉換電路，將電感量的變化轉換為電壓或電流的變化，來實現非電量電測的。 電感傳感器的分類：根據信號的轉換原理，電感式傳感器可以分為自感式和互感式兩大類。20.電感傳感器的常用的測量電路有哪些答：自感式傳感器常用的測量轉換電路有橋式測量電路、調幅、調頻、調相電路，在自感式傳感器中，用得較多的是橋式測量電路和調幅電路。 差動變壓器輸出電壓可直接用交流電壓表接在反相串聯的兩個二次繞組上測量，此時空載輸出電壓為，也可采用電橋電路來測量。21.電渦流傳感器的工作原理是什么形成電渦流的兩個必備條件是什么答：電渦流傳感器的工作原理是電渦流效應。即塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁力線運動時，導體內將產生感應電流，這種電流