第四章电涡流传感器及答案
传感器题库及答案
第一章 检测技术的基本概念一、填空题：1、传感器有 、 、 组成2、传感器的灵敏度是指稳态标准条件下，输出 与输入 的比值。
3、从输出曲线看，曲线越陡，灵敏度 。
4、下面公式是计算传感器的 。
9)-(1 %100minmax max L L ⨯-=y y Δγ 5、某位移传感器的输入变化量为5mm ，输出变化量为800mv ，其灵敏度为 。
二、 选择题：1、标准表的指示值100KPa ，甲乙两表的读书各为101.0 KPa 和99.5 KPa 。
它们的绝对误差为 。
A 1.0KPa 和-0.5KPaB 1.2、以下哪种误差不属于按误差数值表示 。
A 绝对误差B 相对误差C 随机误差D 引用误差3、 有一台测量仪表，其标尺范围0—500 KPa ，已知绝对误差最大值∆P max=4 KPa ，则该仪表的精度等级 。
A4、选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
应选购的仪表量程为测量值的 倍。
A5、电工实验中，常用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于 测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于 测量。
A 偏位式B 零位式C 微差式6、因精神不集中写错数据属于 。
系统误差 B 随机误差 C 粗大误差7、有一台精度2.5级，测量范围0—100 KPa ，则仪表的最小分 格。
A45 B40 C30 D 208、重要场合使用的元件或仪表，购入后进行高、低温循环老化试验，目的是为了 。
A 提高精度B 加速其衰老C 测试其各项性能指标D 提高可靠性9、传感器能感知的输入量越小，说明 越高。
A 线性度好B 迟滞小C 重复性好D 分辨率高三、 判断题1、回差在数值上等于不灵敏度 ( )2、灵敏度越大，仪表越灵敏 〔 〕3、同一台仪表，不同的输入输出段灵敏度不同 〔 〕4、灵敏度其实就是放大倍数 〔 〕5、测量值小数点后位数越多，说明数据越准确 〔 〕6、测量数据中所有的非零数字都是有效数字 〔 〕7、测量结果中小数点后最末位的零数字为无效数字〔〕四、问答题1、什么是传感器的静态特性，有哪些指标。
自动检测技术(化工版)教案：第四章 电涡流式传感器
自动检测技术(化工版）教案：第四章电涡流式传感器➢教学要求1．了解电涡流效应和等效阻抗分析。
2．熟悉电涡流探头结构和被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响。
3．熟悉电涡流式传感器的测量转换电路。
4．掌握电涡流式传感器的应用。
5．掌握接近开关的分类和特点。
➢教学手段多媒体课件、各种电涡流传感器演示➢教学课时3学时➢教学内容：第一节电涡流传感器工作原理一、电涡流效应（演示）从金属探测器的探测过程导出电涡流传感器的电涡流效应。
从金属探测器的结构来说明图4-1电涡流传感器工作原理。
二、等效阻抗分析图4-1中的电感线圈称为电涡流线圈。
分析它的等效电路：一个电阻R和一个电感L 串联的回路。
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式（分析其实际价值）Z=R+jωL=f（i1、f、μ、σ、r、x）（4-1）结论：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，解决方法：必须由微机进行线性化纠正。
第二节电涡流传感器结构及特性一、电涡流探头结构（实物演示）电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。
线圈结构：用多股较细的绞扭漆包线（能提高Q值）绕制而成，置于探头的端部，外部用聚四氟乙烯等高品质因数塑料密封，（图4-2）。
CZF-1系列电涡流探头的性能：表4-1 CZF-1系列传感器的性能提问：请同学由上表分析得出结论：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。
二、被测体材料、形状和大小对灵敏度的影响线圈阻抗变化与哪些因素有关：金属导体的电导率、磁导率等。
第三节测量转换电路（简单介绍调幅式和调频式测量转换电路。
）一、调幅式电路调幅式：以输出高频信号的幅度来反映电涡流探头与被测金属导体之间的关系。
图4-3：高频调幅式电路的原理框图。
调幅式缺点：电压放大器的放大倍数的漂移会影响测量精度，必须采取各种温度补偿措施。
二、调频式电路联系收音机，说明所谓调频式就是将探头线圈的电感量L与微调电容C0构成LC振荡器，以振荡器的频率f作为输出量。
传感器应用技能实训 04习题答案
技能训练四电感式传感器二、思考题1．填空题（1）单线圈螺管式电感传感器主要由螺线管线圈和可沿线圈轴向移动的衔铁组成。
（2）电感式传感器一般用于测量位移，也可用于振动、压力、荷重、流量、液位等参数的测量。
（3）对于差动变压器，当衔铁处于线圈中心位置时，两个次级绕组与初级绕组间的互感相同。
初级绕组加入激励电源后，两个次级绕组产生的感应电动势相同，输出电压为零。
但在实际应用中，铁芯处于差动线圈中心位置时的输出电压并不为零，该电压称为零点残余电压。
（4）电涡流传感器的整个测量系统由电涡流传感器和测量转换电路两部分组成。
（5）电感式接近开关是一种有开关量输出的位置传感器，利用电涡流原理制成，主要用于金属物体的位置检测及判断。
（6）单线圈螺管式电感传感器相比于变隙式电感传感器优点很多，缺点是灵敏度低，它广泛用于测量大量程的直线位移。
（7）电涡流传感器常采用谐振电路和桥式电路作为测量电路。
（8）自感式电感传感器实质上是一个带衔铁的铁芯线圈，主要由铁芯、线圈和衔铁组成。
（9）单一结构的电感传感器不适用于精密的测量，在实际工作中常采用两个电气参数和几何尺寸完全相同的电感线圈共用一个衔铁构成的差动式电感传感器，（10）互感式电感传感器主要由衔铁、初级绕组和次级绕组组成。
由于在使用时两个次级绕组反向串接，以差动方式输出，因此称为差动变压器式传感器。
2．选择题（1）通常用电感式传感器测量（ c ）。
a．电压b．磁场强度c．位移d．压力（2）单线圈螺管式电感传感器广泛用于测量（ c ）。
a．大量程角位移b．小量程角位移c．大量程直线位移d．小量程直线位移（3）差动变压器的测量电路常采用（ c ）a．直流电桥b．交流电桥c．差分相敏检波电路和差分整流电路d．运算放大器电路（4）为了使螺管式差动变压器式传感器具有较好的线性度，通常（a ）。
a．取测量范围为线圈骨架的1/10～1/4b．取测量范围为线圈骨架的1/2～2/3c．激励电流频率采用中频d．激励电流频率采用高频（5）欲测量极微小位移应选择（ a ）电感传感器；希望线性好、测量范围大，应选择（ c ）自感传感器。
传感器习题解答
思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。
解：光电鼠标，电子台称，超声波测距，超声波探伤等。
第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义？最广义地来说，传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。
2.画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：1）.敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2）.转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
3）.转换电路：上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
3.传感器有哪几种分类？按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么？静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系就称为静态特性。
5. 传感器的动态特性是什么？动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。
由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。
第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。
因此，必须采用转换电路或仪器，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化（通常采用电桥电路实现这种转换。
根据电源的不同，电桥分直流电桥和交流电桥）。
2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么？金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后标准答案
《传感器原理及工程应用》第四版(郁有文)课后答案————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章传感与检测技术的理论基础1．什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差？答：某量值的测得值和真值之差称为绝对误差。
相对误差有实际相对误差和标称相对误差两种表示方法。
实际相对误差是绝对误差与被测量的真值之比；标称相对误差是绝对误差与测得值之比。
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，也用相对误差表示，它是相对于仪表满量程的一种误差。
引用误差是绝对误差（在仪表中指的是某一刻度点的示值误差）与仪表的量程之比。
2．什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？答：测量误差是测得值与被测量的真值之差。
测量误差可用绝对误差和相对误差表示,引用误差也是相对误差的一种表示方法。
在实际测量中，有时要用到修正值，而修正值是与绝对误差大小相等符号相反的值。
在计算相对误差时也必须知道绝对误差的大小才能计算。
采用绝对误差难以评定测量精度的高低，而采用相对误差比较客观地反映测量精度。
引用误差是仪表中应用的一种相对误差，仪表的精度是用引用误差表示的。
3． 用测量范围为-50～+150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为142kPa ，求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。
解：绝对误差 2140142=-=∆kPa实际相对误差%43.1%100140140142=⨯-=δ 标称相对误差%41.1%100142140142=⨯-=δ 引用误差 %1%10050150140142=⨯---=）（γ 4． 什么是随机误差？随机误差产生的原因是什么？如何减小随机误差对测量结果的影响？答：在同一测量条件下，多次测量同一被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
随机误差是由很多不便掌握或暂时未能掌握的微小因素（测量装置方面的因素、环境方面的因素、人员方面的因素），如电磁场的微变，零件的摩擦、间隙，热起伏，空气扰动，气压及湿度的变化，测量人员感觉器官的生理变化等，对测量值的综合影响所造成的。
第4章6电涡流传感器
金属探测器等。
CZF1型涡流传感器 主要由一个安置在框架上的扁平圆形线圈构成。此 线圈可以粘贴于框架上，或在框架上开一条槽沟，将导 线绕在槽内。
1
2 3 4
1 线圈 2 框架 3 衬套 4 支架 5 电缆 6 插头
5
6
2. 低频透射式电涡流传感器
发射线圈 L1 和接收线圈 L2 分置 于被测金属板的上下方。由于低频 磁场集肤效应小，渗透深，当低频 电压加到线圈 L1 的两端后，所产生 磁力线的一部分透过金属板 ,使线圈 L2产生感应电动势u2。
高频反射式涡流传感器多用于位移测量，或接近开关。来自反射式涡流传感器的应用
利用位移X作为变换量，可以测量位移、厚度、震动、
转速等，也可以做成接近开关、计数器等；
利用电阻率ρ作为变换量，可以测量温度、判别材质； 利用磁导率μ作为变换量，可以测量应力、硬度等； 利用变换量ρ 、μ等综合影响，可以做成探伤装置和
电感式接近传感器
1、生产中测量产品的长度
每个脉冲对应的长度：L 0 被测物总长度：L
D / N
N为齿形盘的齿数
M L0
M检测电路对脉冲的计数值
2、生产线工件的计数
3、机械手的限位
作业
教材第78页，17题
高频激励电流产生的高频磁场作用于金属板的表面，在金属板表面将
形成电涡流。与此同时，该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈，引 起线圈的Q 值和等效阻抗Z、电感L均发生变化。其变化与激励电流i、角 频率 ω， 以及金属板的电阻率 ρ 、磁导率 μ 等有关，若只改变距离 δ 而 保持其它参数不变，则可将位移的变化转换为线圈自感的变化，通过 测量电路转换为电压输出。
u2的大小与金属板的厚度及材料 的性质有关， u2 随材料厚度 h 的增
4电涡流传感器详解
电涡流传感器
本章学习电涡流传感器的
原理及应用，并涉及接近开关
的原理、结构、特性参数及应
用。
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第一节
电涡流传感器工作原理
当电涡流线 圈与金属板的距 离x 减小时，电 涡流线圈的等效 电感L 减小，等 效电阻R 增大。 感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过电涡流 线圈的电流 i1 增 大。 2
电涡流效应演示
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电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
干净、 高效的 电磁炉
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集肤效应
图4-1是电涡流传感器工作原理示意图。当高频 （100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠 近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。 如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就 产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分 布的，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应 （也称趋肤效应）。
如果控制上式中的 i1、 f 、 、 、 r不变，电 涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？ 属于接触式测量还是非接触式测量？
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等效阻抗与非电量的测量
检测深度的控制：由于存在集肤效应，电 涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变f， 可控制检测深度。激励源频率一般设定在 100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。
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位移传感器的分类
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偏心和振动检测
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通过测量间隙来测量径向跳动
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测量弯曲、波动、变形
《传感器及检测技术》实验4 电涡流传感器实验
实验四电涡流传感器实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、铜圆盘、两个不同尺寸的铝盘，电涡流变换器、测微头、数显直流电压表；三、实验原理通过高频电流的线圈产生磁场（高频电流产生电路可参照图4-1），当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，从而使线圈两端电压发生变化。
涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
图 4-1电涡流变换器原理图涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。
在实际应用中，由于被测体的材料、形状和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。
四、实验内容与步骤（1）位移特性实验1．按图4-2 安装电涡流传感器。
图4-2 电涡流传感器安装示意图2．在测微头端部固定上铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。
调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头,涡流传感器连接线接至相应的电涡流插座中。
3．按图4-3，将底面板上电涡流传感器连接到涡流变换器上标有“”的两端，涡流变换器输出端接直流数显电压表。
电压表量程切换开关选择20V 档。
图4-3 电涡流传感器接线图4．打开实验台直流电源开关，记下直流电压表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。
将结果列入下表4-1。
（2）被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验1．将电涡流传感器安装到传感器固定架上。
2．重复电涡流位移特性实验的步骤，将铁质金属圆盘分别换成铜质金属圆盘和铝质金属圆盘。
金属圆盘紧贴电涡流传感器探头时，输出电压铁<铜<铝。
将实验资料分别记入下面表4-2、表4-3。
表4-2 铜质材料3．重复电涡流位移特性实验的步骤，将被测体换成比体积较小的铝质被测体，将实验数据记入下表4-4。
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第四章电涡流传感器习题
一、选择题
1、电涡流接近开关可以利用电涡流原理检测出___C______的靠近程度。
A. 人体
B. 水
C. 黑色金属零件
D. 塑料零件
2、电涡流探头的外壳用___B______制作较为恰当。
A.不锈钢
B.塑料
C.黄铜
D.玻璃
3、当电涡流线圈靠近非磁性导体（铜）板材后，线圈的等效电感L___C______，调频转换电路的输出频率f__B______。
A. 不变
B. 增大
C. 减小
4、欲探测埋藏在地下的金银财宝，应选择直径为___D_____左右的电涡流探头。
A. 0.1mm
B. 5mm
C. 50mm
D. 500mm
三、问答题
用一电涡流式测振仪测量某机器主轴的轴向窜动，已知传感器的灵敏度为2.5mV/mm。
最大线性范围（优于1%）为5mm。
现将传感器安装在主轴的右侧，使用高速记录仪记录下的振动波形如下图所示。
图电涡流式测振仪测量示意图
问：1、轴向振动a m sin t的振幅a m为多少？
2、主轴振动的基频f是多少？
3、为了得到较好的线性度与最大的测量范围，传感器与被测金属的安装距离l为多少毫米为佳？
解：1、答：振幅a m= 16mm
2、答：基频f=50Hz。
3、答：安装距离l为B=2.5mm
1。