1、自感式传感器的工作原理
电感值与以下几个参数有关：与线圈匝数w平方成正比；与空气隙有效截面积S0成正比；与空气隙长度l0所反比。
2、灵敏度与非线性
气隙型其灵敏度为：差动式传感器其灵敏度：
以上结论在满足Δl/l0＜＜1时成立。
从提高灵敏度的角度看，初始空气隙l0距离人应尽量小。其结果是被测量的范围也变小。同时，灵敏度的非线性也将增加。如采用增大空气隙等效截面积和增加线圈匝数的方法来提高灵敏度，则必将增大传感器的几何尺寸和重量。这些矛盾在设计传感器时应适当考虑。与截面型自感传感器相比，气隙型的灵敏度较高。但其非线性严重，自由行程小，制造装配困难。因此近年来这种类型的使用逐渐减少。差动式传感器其灵敏度与单极式比较。其灵敏度提高一倍，非线性大大减小。
3、等效电路
自感式传感器从电路角度来看并非纯电感，它既有线圈的铜耗，又有铁芯的涡流及磁滞损耗，这可用折合的有功电阻抗Rq表示。此外，无功阻抗除电感之外还包括绕组间分布电容。这部分电容用集总参数C表示，一个电感线圈的完整等效电路可用图3-4表示。
式中Rm---磁路总磁阻；
Za---铁芯部分的磁阻抗；
Z0--空气隙的磁阻抗。
4、转换电路
一、调幅电路
调幅电路的一种主要形式是交流电桥。图（a）所示为交流电桥的一般形式。桥臂Zi可以是电阻、电抗或阻抗元件。当空载时，其输出称为开路输出电压，表达式如下。式中U为电源电压。
图 交流电桥的一般形式及等效电路
（a）电阻平衡臂电桥（b）变压器电桥
二、调频电路
调频电路的基本原理是传感器电感L变化将引起输出电压频率f的变化。一般是把传感器电感L和一个固定电容C接入一个振荡回路中，如图（a）所示。当L变化时，振荡频率随之变化，根据的f大小即可测出被测量值。当L有了微小变化ΔL后，频率变化Δf为
图 调频电路
三、调相电路
调相电路的基本原理是传感器电感L变化将引起输出电压相位φ的变化。图（a）所示是一个相位电桥，一臂为传感器L，另一臂为固定电阻R。设计时使电感线圈具有高品质因数。忽略其损耗电阻，则电感线圈与固定电阻上压降UL与UR互相垂直，如图（b）所示。当电感L变化时，输出电压U0的幅值不变，相位角φ随之变化。
φ与L的关系为
式中ω--电源角频率
图 调相电路
5、零点残余电压
它表现在电桥预平衡时，无法实现平衡，最后总要存在着某个输出值ΔU0，这称为零点残余电压，如图所示。
图 U0-l特性
6、自感式传感器的特点以及应用
自感式传感器有如下几个特点：
①灵敏度比较好，目前可测0．1μm的直线位移，输出信号比较大、信噪比较好；
②测量范围比较小，适用于测量较小位移；
③存在非线性；
④消耗功率较大，尤其是单极式电感传感器，这是由于它有较大的电磁吸力的缘故；
⑤工艺要求不高，加工容易。
传感器与检测技术课后答案第三版(电子工业出版社)徐科军主编，关键是第三版的
造成零点残余电压的原因，总的来说．是两电感线圈的等效参数不对称，例如线圈的电气参数及导磁体的几何尺寸不对称践困的分布电容不对称等。
其次是电源电压中含有高次谐波，传感器工作在磁化曲线N4L线性段。
减小零点残余电压的方法有：
(1)减小电源中的谐波成分，并控制铁芯的最大工作磁感应强度，使磁路工作在磁化曲线的线性段，减小高次谐波。
(2)减小激励电流，以使电感传感器工作在磁化曲线的线性段。
(3)在设计和制造工艺上．力求做到几何尺寸对称、传感器尺寸，对称发困对称，铁磁材料要均匀，要经过适当的热处理。以去除机械应力，改善磁性能。
(4)选用合适的测量电路．并采用补偿电路进行补偿。在差动变压器次级串、并联适当数值的电阻、电容元件、调整这些元件的参数，可使零泣输出减少。
补偿电路的形式较多，但基本原则是：采用串联电阻来减小零他输出的基波分量；并联电阻、电容来减小零位输出的谐波分量；加上反馈支路以减小基波和谐波分量。
差分变压器式传感器产生零点残余电压的主要原因有哪些？减小或消除零点残余电压的方法有哪些
第一章
1何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系。
答：准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。
精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。
精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的的影响程度，其定量特征可用测量的不确定度表示。
4为什么在使用各种指针式仪表时，总希望指针偏转在全量程的2/3以上范围内使用？
答：选用仪表时要考虑被测量的大小越接近仪表上限越好，为了充分利用仪表的准确度，选用仪表前要对被测量有所了解，其被测量的值应大于其测量上限的2/3。
14何为传感器的静态标定和动态标定？试述传感器的静态标定过程。
答：静态标定：确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。
动态标定：确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
静态标定过程：
①将传感器全量程分成如干等间距点。
②根据传感器量程分点情况，由小到大一点一点地输入标准量值，并记录与各输入值相应的输出值。
③将输入值由大到小一点一点减小，同时记录与各输入值相对应的输出值。
④按②、③所述过程，对传感器进行正反行程往复循环多次测试，将得到的输出-输入测试数据用表格列出或作出曲线。
⑤对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。
第二章
1什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。
答：应变效应：金属丝的电阻随着它所受的机械形变的大小而发生相应的变化的现象称为金属应变效应。
工作原理：在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，
即：=K0 (K0：电阻丝的灵敏系数、：导体的纵向应变)
2金属电阻应变片与的工作原理有何区别？各有何优缺点？
答：区别：金属电阻变化主要是由机械形变引起的；半导体的阻值主要由电阻率变化引起的。
优缺点：金属电阻应变片的主要缺点是应变灵敏系数较小，半导体应变片的灵敏度是金属电阻应变片50倍左右。
6什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？
答：直流电桥：电桥电路的工作电源E 为直流电源，则该电桥称为直流电桥。
分类及输出电压：
①单臂电桥：U0=
②半桥差动：U0=
③全桥差动：U0=
第三章
1自感式传感器测量电路的主要任务是什么？变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥，哪个能更好地完成这一任务？为什么？
答：主要任务：实现被测量的变化转换成电感量的变化。
比较变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥这两种方式可知：输出电压的幅值表示了衔铁移动的方向。根据其整流电路输出电压特性曲线，使用相敏整流电路，输出电压U0不仅能反映衔铁位移x的大小和方向，而却还消除了零点残余电压的影响。
4何为零点残余电压？说明该电压产生的原因及消除方法。
答：当衔铁处于中心位置时，差动变压器的输出电压并不等于零，把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。
产生原因：①由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位相同。
②由于铁心的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能相互抵消。
消除方法：①在设计和工艺上，力求做到磁路对称、线圈对称。
②采用拆圈的实验方法减小零点残余电压。
③在电路上进行补偿。
10利用电涡流传感器测量板材厚度的原理是什么？
答：原理:当金属板得厚度变化时，将使传感器探头与金属板间的距离改变，从而引起输出电压的变化。通常在被测板的上、下方各装一个传感器探头，其间距离为D，而它们与板的上、下表面分别相距 x1和x2，这样板厚t=D-(x1+x2), ，当两个传感器在工作在工作时分别测得x1和x2，转换成电压值后相加。相加后的电压值与两传感器间距离D对应的设定电压相减，就得到与板厚相对应的电压值。
第四章
5什么叫CCD势阱？论述CCD的电荷转移过程。
答：CCD势阱：当MOS电容器栅压大于开启电压Uth时，由于表面势升高，如果周围存在电子，并迅速地聚集到电极下的半导体表面处，由于电子在那里的势能较低，所以可以形象地说，半导体表面形成了对于电子的势阱。
CCD的电荷转移过程：使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS电容的势阱相互沟通。当加在MOS电容上的电压越高，且在MOS阵列上所加的各路电压脉冲即时钟脉冲，必须严格满足相位要求，根据产生的势阱越深的原理，通过控制相邻MOS电容栅极电压的高低调节势阱的深浅，使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处。
7说明光导纤维的组成并分析其导光原理，指出光导纤维导光的必要条件是什么？
答：光导纤维组成：光发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统、光纤
导光原理：由光发送器发出的光源经光纤引导至敏感元件，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理系统得到所期待的被测量。
必要条件=
10光栅传感器的基本原理是什么？莫尔条纹是如何形成的？有何特点？
答：基本原理：光栅传感器由光源、透镜、光栅副和光电接收元件组成。当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成亮暗交替变化的莫尔条纹。利用光电接收元件将莫尔条纹亮暗变化的光信号，转换成电脉冲信号，并用数字显示，便可测量出标尺光栅的移动距离。
形成过程：把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起，并使两者栅线之间保持很小的夹角θ，于是在近于垂直栅线的方向上出现明暗相间的条纹。
特点：
①调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，又提高了测
量精度。
②莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅的移动量、移动方向具有对应关系。
③光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。刻线的局部误差和周期吴差对于精度没有直接的影响。
差动变压器的零点残余电压如何消除
我给你的答案是我把我知道的全跟你说，如果不能帮你解决问题还请原谅。变压器有残余电压的原因，可以根据变压器的结构来分析。首先变压器是个互感器。也就是个耦合电感，耦合电感的参数：电感量，漏磁（漏感），Q值。造成残余电压的主要原因由漏感Q值低引起。解决的办法无非是减少漏感，提高Q值。
减少漏感与提高Q值一般方法：采用高质量的磁芯，最好把变压器做成全封闭式的一体成型电感，这样可以减少漏感。采用银导线，以及一些比较好的绕线方法提高Q值。反正这东西比较麻烦，变压器也是一个电感，你可以参照电感的特点来提高变压器的品质因数。
如何消除霍尔元件零点残余电压
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法消除：
1、提高框架和线圈的对称性，特别是两组次级线圈的对称。
2、采用适当的测量线路，一般可采用在放大电路前加相敏整流器的方法，使其特性曲线发生变化，这样不仅使输出电压能反映铁芯移动的方向，而且使零点残余电压可以小到忽略不计的程度。
3、采用适当的补偿电路，使零点残余电压为最小接近于零值。
扩展资料：
差动变压器以其结构简单、良好的环境适应性、灵敏度高、测量精度高、线性度好、输出稳定且输出曲线光滑以及驱动力小等特点，广泛应用于电子技术各种线位移的测量与转换、仪表仪器以及传感器技术当中。
应用
1、位移变送器
由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P，二个级线圈S1 和S2 组成， 线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯），当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布,从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势， 随着铁芯的位置不同， 次级产生的感应电动势也不同， 这样， 就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。
2、保护装置
变压器的差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。 差动变压器保护主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。
在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电浪。
-差动变压器
完全消除霍尔元件零点残余电压是一种很不经济的做法。
通常是人为给霍尔元件施加一个作用力（位移），让霍尔元件产生一个较小但高于残余电压的电压，并以这个电压作为零点。或者将后续电路的输入起点调整到和残余电压一致。这两个办法可以同时使用。
