檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)期末試題庫

1、頁眉傳感器習(xí)題集及答案第 01 章 檢測與傳感器基礎(chǔ)1.1什么是傳感器？按照國標(biāo)定義，“傳感器 ”應(yīng)該如何說明含義？1.2傳感器由哪幾部分組成？試述它們的作用及相互關(guān)系。1.3簡述傳感器主要發(fā)展趨勢。1.4傳感器的靜態(tài)特性是什么？由哪些性能指標(biāo)描述？它們一般可用哪些公式表示？1.5傳感器的線性度是如何確定的？確定擬合直線有哪些方法？傳感器的線性度l 表征了什么含義？為什么不能籠統(tǒng)的說傳感器的線性度是多少。1.6傳感器動態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？它們的意義是什么？1.7有一溫度傳感器，微分方程為30dy / dt 3y 0.15 x ，其中 y 為輸出電壓（ mv) , x 為輸入溫度（）。試

2、求該傳感器的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。答案：1.1 答：從廣義的角度來說，感知信號檢出器件和信號處理部分總稱為傳感器。我們對傳感器定義是：一種能把特定的信息（物理、化學(xué)、生物）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置。從狹義角度對傳感器定義是：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。我國國家標(biāo)準(zhǔn)（gb766587）對傳感器（ sensor/transducer）的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置 ”。定義表明傳感器有這樣三層含義： 它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的一種檢測裝置；能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出；傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系。按

3、使用的場合不同傳感器又稱為變換器、換能器、探測器。1.2 答：組成 由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本電路組成；關(guān)系，作用 傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置，即檢測與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號，其作用與地位特別重要。1.3 答：數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等。1.4 答：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來，靜特性曲線由實際測繪中獲得。人們根據(jù)傳感

4、器的靜特性來選擇合適的傳感器。1.5 答：1）實際傳感器有非線性存在，線性度是將近似后的擬合直線與實際曲線進行比較，其中存在偏差，這個最大偏差稱為傳感器的非線性誤差，即線性度，2）選取擬合的方法很多，主要有：理論線性度 (理論擬合 )；端基線性度 (端點連線擬合 )；獨立線性度 (端點平移擬合 ) ；最小二乘法線性度。3）線性度l 是表征實際特性與擬合直線不吻合的參數(shù)。4）傳感器的非線性誤差是以一條理想直線作基準(zhǔn)， 即使是同一傳感器基準(zhǔn)不同時得出的線性度也不同，所以不能籠統(tǒng)地提出線性度 , 當(dāng)提出線性度的非線性誤差時，必須說明所依據(jù)的基準(zhǔn)直線。1.6 答：1 / 15頁眉1）傳感器動態(tài)特性主要

5、有：時間常數(shù)；固有頻率n ；阻尼系數(shù)。2）含義： 越小系統(tǒng)需要達到穩(wěn)定的時間越少；固有頻率n 越高響應(yīng)曲線上升越快；當(dāng)n 為常數(shù)時響應(yīng)特性取決于阻尼比，阻尼系數(shù)越大，過沖現(xiàn)象減弱，1時無過沖，不存在振蕩，阻尼比直接影響過沖量和振蕩次數(shù)。1.7 解：對微分方程兩邊進行拉氏變換，y(s)(30s+3)=0.15x(s)則該傳感器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：y (s)0.150.05h (s)30s 310s 1x (s)該傳感器的時間常數(shù) =10，靈敏度 k=0.05第 02 章 電阻式傳感器2.1 何為電阻應(yīng)變效應(yīng)？怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片？2.2 什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與金屬電阻絲的靈敏系數(shù)有何不

6、同？為什么？2.3 為什么增加應(yīng)變片兩端電阻條的橫截面積便能減小橫向效應(yīng)？2.4 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少，金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少？為什么有這種差別，說明其優(yōu)缺點。舉例說明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同點和不同點。2.5 一應(yīng)變片的電阻r=120，靈敏系數(shù)k=2.05，用作應(yīng)變?yōu)?00 m / m 的傳感元件。求： r 和 r / r ； 若電源電壓 u=3v，初始平衡時電橋的輸出電壓u 0。2.6 在以鋼為材料的實心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120 的金屬應(yīng)變片 r 和 r（如12圖 2-6a 所示），把這兩應(yīng)

7、變片接入電橋（見圖2-6b）。若鋼的泊松系數(shù)0.285，應(yīng)變片的靈敏系數(shù) k =2，電橋電源電壓 u=2v，當(dāng)試件受軸向拉伸時， 測得應(yīng)變片 r1 的電阻變化值r1 0.48 。試求：軸向應(yīng)變；電橋的輸出電壓。2.7 一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖2-7a 所示。 r1 、r2、 r3、 r4 按要求貼在等截面軸上。已知: 等截面軸的截面積為 0.00196 m2 ，彈性模量 e=21011n/m2，泊松比0.3 ，且 r1 =r2=r 3=r 4=120, 所組成的全橋型電路如題圖 2-7b 所示，供橋電壓 u=2v。現(xiàn)測得輸出電壓 u 0=2.6mv。求：等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)?/p>

8、多少？力f 為多少？圖 2-6圖 2-72.8 已知：有四個性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片（應(yīng)變靈敏系數(shù) k2 ）, 將其粘貼在梁式測力彈性元件上，如圖 2-8 所示。在距梁端l0 處應(yīng)變計算公式為6fl 0eh2b2 / 15頁眉設(shè)力 f100n ， l0 100mm ， h 5mm， b20mm， e2 105 n / mm2 。求：說明是一種什么形式的梁。在梁式測力彈性元件距梁端l0 處畫出四個應(yīng)變片粘貼位置，并畫出相應(yīng)的測量橋路原理圖；求出各應(yīng)變片電阻相對變化量；當(dāng)橋路電源電壓為6v 時，負(fù)載電阻為無窮大，求橋路輸出電壓 u 0 是多少？圖 2-82.9 圖 2-9 為一直流電橋，負(fù)載電阻

9、rl 趨于無窮。圖中e= 4v， r1 =r2=r3=r 4= 120，試求：r1 為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)r1 的增量為r1= 1.2 時，電橋輸出電壓u0 =? r1、r2 為金屬應(yīng)變片，感應(yīng)應(yīng)變大小變化相同，其余為外接電阻，電橋輸出電壓u0= ? r1、r2 為金屬應(yīng)變片，如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反，且r1=r2 = 1.2 ，電橋輸出電壓u0= ?答案2.1 答：導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用時，會產(chǎn)生機械變形，同時機械變形會引起導(dǎo)體阻值的變化，這種導(dǎo)體材料因變形而使其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。當(dāng)外力作用時，導(dǎo)體的電阻率、長度 l 、截面積 s 都會發(fā)生變化，從而引起電

10、阻值r 的變化，通過測量電阻值的變化，檢測出外界作用力的大小。2.2 答：金屬絲靈敏系數(shù)k0 主要由材料的幾何尺寸決定的。受力后材料的幾何尺寸變化為(12) ，電阻率的變化為/。而實際應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)包括基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應(yīng)。雖然長度相同，但應(yīng)變狀態(tài)不同，金屬絲做成成品的應(yīng)變片（粘貼到試件上）以后，靈敏系數(shù)降低了。2.3 答：敏感柵越窄，基長越長的應(yīng)變片，橫向效應(yīng)越小，因為結(jié)構(gòu)上兩端電阻條的橫截面積大的應(yīng)變片橫向效應(yīng)較小。2.4 答：金屬導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化是利用機械形變產(chǎn)生的應(yīng)變效應(yīng)，對于半導(dǎo)體而言，應(yīng)變傳感器主要是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。金屬電阻絲的靈敏系數(shù)可近似寫為k01

11、2 ，即 k01.5 2 ；半導(dǎo)體靈敏系數(shù)近似為k0/e 50100。2.5解：q k2.05;800m / mr / r k0.0164; 應(yīng)變引起的電阻變化r0.2當(dāng)電源電壓 u3v時，電橋輸出電壓 u 03r1.23mv4r2.6解 1：3 / 15頁眉r1 / r11） k則軸向應(yīng)變?yōu)椋簉1 / r0.48/1200.002k22）電橋的輸出電壓為：u01 uk(1)12 20.002 1.2855.14mv22解 2：q k2; r1 120; r1 0.48;u2v軸向應(yīng)變：r1/ r10.002k電橋輸出電壓：u 0ur1/ r14mv22.7 解：q r1 r2r3r4120

12、;0.3; s0.00196 m2 ; e2 1011 n / m2 ;u 2v ;u 0 2.6mv按全橋計算：ru 0r0.156u軸向應(yīng)變：lr / rr / r0.0008125lk12橫向應(yīng)變： rl0.0004875rl力： fse3.185105 n2.8 解：梁為一種等截面懸臂梁；應(yīng)變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個；q k 2; f 100n ;l 0 100mm; h5mm; b2mm; e2105 n / m2rk26fl 00.012應(yīng)變片相對變化量為： reh2 b 橋路電壓 6v時 , 輸出電壓為： u 06r0.072vr2.9 解: 因為只有 r1為應(yīng)變片 , 電

13、橋輸出按單臂電橋計算， u 0er0.010v4r 因為兩應(yīng)變片變化大小相同，相互抵消無輸出，u 00v 因為 r , r 應(yīng)變時大小變化相反 , 電橋輸出按半橋計算，u0er0.02v122r第 03 章 半導(dǎo)體傳感器3.1 簡述氣敏電阻的檢測原理，其阻值如何變化？3.2如何定義和計算半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度？4 / 15頁眉3.3 圖 3-3 為某種氣敏傳感器的檢測曲線， 從圖中可以看出該傳感器最適合用于哪種氣體的濃度檢測。圖 3-33.4半導(dǎo)體氣體傳感器為什么要在高溫狀態(tài)下工作？加熱方式有哪幾種？加熱絲可以起到什么作用？3.5什么叫氣敏傳感器的初期穩(wěn)定時間？恢復(fù)時間？答案：3.1答：利用

14、氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電阻率發(fā)生變化這一機理來進行檢測。實驗證明，當(dāng)氧化性氣體吸附到 n 型半導(dǎo)體，還原性氣體吸附到p 型半導(dǎo)體上時，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻值增大。當(dāng)還原性氣體吸附到n 型半導(dǎo)體上，氧化性氣體吸附到p 型半導(dǎo)體上時，則載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。3.2答：krsro3.3答：乙醇3.4答：1）因為在常溫下，電導(dǎo)率變化不大，達不到檢測目的，因此以上結(jié)構(gòu)的氣敏元件都有電阻絲加熱器，加熱時間23 分鐘，最佳工作溫度為200 400。2）加熱方式分為直熱式和旁熱式。電阻型氣敏傳感器加熱的目的有兩個方面的因素，一是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)， 提高靈敏度和響應(yīng)速

15、度， 另外使附著在傳感器元件殼面上的油霧、塵埃燒掉。第 04 章 壓電式傳感器4.1什么是壓電效應(yīng)？什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？4.2什么是居里點溫度？4.3壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？并對原因加以說明。4.4壓電元件在使用時常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系，它們分別適用于何種應(yīng)用場合？畫出兩種接法的示意圖和引線接法。4.6己知電壓前置放大器輸人電阻及總電容分別為ri 1m ， ci 100 pf ，求與壓電加速度計相配，測 1hz 振動時幅值誤差是多少？4.7一壓電加速度計，供它專用電纜的長度為1.2m ，電纜電容為 100 pf ，壓電片本身電容

16、為 1000 pf 。出廠標(biāo)定電壓靈敏度為 100v / g ，若使用中改用另一根長 2.9m 電纜，其電容量為 300 pf ，問其電壓靈敏度如何改變？5 / 15頁眉4.8 用石英晶體加速度計及電荷放大器測量加速度，已知：加速度計靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當(dāng)機器加速度達到最大值時，相應(yīng)輸出電壓幅值為2v，試求該機器的振動加速度。答案4.1 答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時， 由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性隨著改變。 晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。

17、 這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。如對晶體施加一定變電場， 晶體本身將產(chǎn)生機械變形， 外電場撤離， 變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)4.2 答：是指壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。4.3 答：由壓電傳感器的等效電路可見， 要保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系， 只有在負(fù)載電阻較大， 工作頻率較高時， 傳感器電荷才能得以保存補充， 需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實際上這是不可能的，故壓電傳感器只能作動態(tài)測量，不宜作靜態(tài)信號測量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，并給測量電路一定的電流。4.4 答：1）在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個壓電組件。其中最常用的是兩片

18、結(jié)構(gòu)； 根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系， 可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接， 常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。2）如果按相同極性粘貼，相當(dāng)兩個壓電片（電容）串聯(lián)。輸出總電容為單片電容的一半，輸出電荷與單片電荷相等， 輸出電壓是單片的兩倍； 若按不同極性粘貼，相當(dāng)兩個壓電片（電容）并聯(lián)，輸出電容為單電容的兩倍，極板上電荷量是單片的兩倍，但輸出電壓與單片相等。4.6 解：信號頻率 f1hz; 放大器輸入電阻 ri1m ,電容 ci 100 pf幅值誤差為：u im ()dfm ri2 ri2ci21u im (dfm)ciu im ( ) u im ( ) u im( )0.99u im ( )1

19、u im ( )相對誤差為：(10.99)100%1%4.7 解：已知壓電加速度計電纜長度為1.2m,電纜電容 cc =100pf , 傳感器電容 ca =1000pf ;電壓靈敏度為 k u 100v / g電壓靈敏度 kuddcaci100v / gcc100pf 1000pf ci6 / 15頁眉因 ci 較小忽略前置電路輸入電容dd電壓靈敏度為：kuca1001000pf100v / gccpf求出： d 0.11106更換 2.9m電纜，電容 cc =300pfd0.11106電壓靈敏度為：kuca300100084.62v / gccpfpf可見電纜加長后電壓靈敏度下降。4.8 解

20、：已知加速度計靈敏度為5pc / g，電荷放大器靈敏度為 50mv / pc當(dāng)輸出幅值為2v 時，機器振動加速度為：g2v / 50mv / pc0.8g5pc / g第 05 章 電感式傳感器5.1 何謂電感式傳感器？電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點？5.2 提高電感式傳感器線性度有哪些有效的方法。5.4 零點殘余電壓的產(chǎn)生原因。5.5 為什么螺線管式電傳感器比變間隙式電傳感器有更大的測位移范圍？5.10 什么叫電渦流效應(yīng)？說明電渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。電渦流式傳感器的基本特性有哪些？它是基于何種模型得到的？5.11 電渦流式傳感器可以進行哪些物理量的檢測？能否可以測量非金屬物體

21、，為什么？5.12 試用電渦流式傳感器設(shè)計一個在線檢測的計數(shù)裝置，被測物體為鋼球。請畫出檢測原理框圖和電路原理框圖。答案5.1 答：電感式傳感器是一種機 -電轉(zhuǎn)換裝置，電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實現(xiàn)非電量電測的一種裝置，傳感器利用電磁感應(yīng)定律將被測非電量轉(zhuǎn)換為電感或互感的變化。它可以用來測量位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、密度等參數(shù)。電感式傳感器種類：變磁阻式、變壓器式、渦流式等。5.2 答：電感傳感器采用差動形式可有效改善線性度。5.4 答：差動變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時，在零點附近總有一個最小的輸出電壓u 0 ，將鐵芯處于中間位置時，最小不為零的電壓稱為零點殘余電壓。產(chǎn)生

22、零點殘余電壓的主要原因是由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)（互感 m 、電感 l、內(nèi)阻 r）不完全相同，幾何尺寸也不完全相同，工藝上很難保證完全一致。5.5 答：螺線管式差動變壓器傳感器利用互感原理，結(jié)構(gòu)是： 塑料骨架中間繞一個初級線圈，兩次級線圈分別在初級線圈兩邊，鐵心在骨架中間可上下移動，根據(jù)傳感器尺寸大小它可測量1100mm 范圍內(nèi)的機械位移。變間隙式電感傳感器是利用自感原理，銜鐵的與鐵芯之間位移（氣隙）與磁阻的關(guān)系為非線性關(guān)系，可動線性范圍很小，因此測量范圍受到限制。7 / 15頁眉5.10 答：1）塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作用切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生一圈圈閉和的電流，

23、這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。2）形成渦流必須具備兩個條件：第一存在交變磁場；第二導(dǎo)電體處于交變磁場中。電渦流式傳感器通電后線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，金屬導(dǎo)體置于線圈附近。當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近交變磁場中時， 導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流，這個渦流同樣產(chǎn)生交變磁場。由于磁場的反作用使線圈的等效電感和等效阻抗發(fā)生變化，使流過線圈的電流大小、相位都發(fā)生變化。通過檢測與阻抗有關(guān)的參數(shù)進行非電量檢測。3）因為金屬存在趨膚效應(yīng)，電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的表面薄層內(nèi)，實際上渦流的分布是不均勻的。 渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同， 存在徑向分布和軸向分布。 所以電渦流傳感器的檢測范圍與傳感器的尺寸（線圈直徑）有關(guān)。4）回

24、路方程的建立是把金屬上渦流所在范圍近似看成一個單匝短路線圈作為等效模型。5.11 答：1）凡是能引起r2、 l2、 m 變化的物理量，均可以引起傳感器線圈r1、 l1 的變化，可以進行非電量檢測；如被測體（金屬）的電阻率，導(dǎo)磁率，厚度 d ，線圈與被測體之間的距離 x ，激勵線圈的角頻率等都可通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗z 發(fā)生關(guān)系，使 r1、 l1 變化；若控制某些參數(shù)不變，只改變其中一個參數(shù)，便可使阻抗z 成為這個參數(shù)的單值函數(shù)。2）電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體，這是由于傳感器本身特性決定的。第 06 章 電容式傳感器6.1如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？6.2為什么高

25、頻工作時的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化？6.3差動式變極距型電容傳感器，若初始容量c1 c280 pf ，初始距離0 4mm，當(dāng)動極板相對于定極板位移了0.75mm時，試計算其非線性誤差。若改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差有多大？6.4電容式傳感器有哪幾類測量電路？各有什么特點？差動脈沖寬度調(diào)制電路用于電容傳感器測量電路具有什么特點？6.5平板式電容位移傳感器，已知：極板尺寸a b4mm ，極板間隙 00.5mm ，極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度；若極板沿x 方向移動 2mm，求此時電容量。6.6已知：圓盤形電容極板直徑d 50mm，間距00.2mm ，在電極間置一

26、塊厚 0.1mm的云母片（ r7 ），空氣（01 ）。求：無云母片及有云母片兩種情況下電容值c1 及 c2 是多少？當(dāng)間距變化0.025mm時，電容相對變化量c1 / c1 及 c2 / c2 是多少？6.7 在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動式變間隙電容傳感器和電橋測量電路，如圖6-7 所示。已知： 0=0.25mm ；d=38.2mm ； r=5.1k ； usr=60v( 交流 )，頻率 f=400hz 。試求：(1)該電容傳感器的電壓靈敏度ku (v/ m)；(2)當(dāng)電容傳感器的動極板位移=10 m 時，輸出電壓usc 值。8 / 15頁眉圖 6-7答案6.1 答：非線性隨相對位移/0 的增加

27、而增加， 為保證線性度應(yīng)限制相對位移的大小；起始極距0 與靈敏度、線性度相矛盾，所以變極距式電容傳感器只適合小位移測量；為提高傳感器的靈敏度和改善非線性關(guān)系，變極距式電容傳感器一般采用差動結(jié)構(gòu)。6.2 答：低頻時容抗 x c較大，傳輸線的等效電感 l 和電阻 r 可忽略。而高頻時容抗 xc 減小，等效電感和電阻不可忽略，這時接在傳感器輸出端相當(dāng)于一個串聯(lián)諧振，有一個諧振頻率f0 存在，當(dāng)工作頻率 f f0諧振頻率時，串聯(lián)諧振阻抗最小，電流最大，諧振對傳感器的輸出起破壞作用，使電路不能正常工作。通常工作頻率 10mhz 以上就要考慮電纜線等效電感l(wèi)0 的影響。6.3 解 ：若 初始 容量 c1

28、c280 pf ，初 始距 離 04mm ， 當(dāng)動極 板相 對于 定極 板位 移了0.75mm時，非線性誤差為：l() 2 100%( 0.75 )2 100%3.5%04改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差為：l100%0.75100%18.75%046.5 解：對于平板式變面積型電容傳感器，它的靜態(tài)靈敏度為：kgc 0b8.85 10127.081011fm1a80極板沿 x 方向相對移動 2mm 后的電容量為：cb(ax)8.85 10 12 0.00421.41610 13 f00.5s8.8510 123.142.510 33.471010f6.6 解： 1） c 10210

29、49 / 15頁眉c 2s8.8510 123.142.510 31010fdd110 46.0801 104r72）令 0 dd，則rc100.0250.143c1100.2 0.0250c 20.0250.280c 210.1143 0.0256.7第 07 章 磁電式傳感器7.2 說明磁電感應(yīng)式傳感器產(chǎn)生誤差的原因及補償方法。7.3 為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率較高時，將隨頻率增加而下降？7.4 什么是霍爾效應(yīng)？7.5 霍爾元件常用材料有哪些？為什么不用金屬做霍爾元件材料？7.6 霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些？10 / 15頁眉7.7某一霍爾元件尺寸為l 10mm， b

30、 3.5mm, d1.0mm，沿 l 方向通以電流i 1.0ma，在垂直于 l 和 b 的方向加有均勻磁場b 0.3t ，靈敏度為22v /( a t ) ，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。7.9霍爾元件靈敏度 k h40v /( a t ) ，控制電流 i3.0ma，將它置于 110 4 5 10 4 t 線性變化的磁場中，它輸出的霍爾電勢范圍有多大？7.10 有一霍爾元件，其靈敏度 kh=1.2mv/makgs，把它放在一個梯度為 5kgs/mm 的磁場中，如果額定控制電流是 20ma ，設(shè)霍爾元件在平衡點附近作 0.1mm 的擺動，問輸出電壓范圍為多少?答案7.2 答：磁電感應(yīng)式傳感器兩個

31、基本元件，即永久磁鐵和線圈，永久磁鐵在使用前需要有穩(wěn)定性處理，主要是線圈中電流產(chǎn)生的磁場對恒定磁場的作用 （稱為線圈磁場效應(yīng)） 是不能忽略的，需要采用補償線圈與工作線圈相串聯(lián)加以補償。當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時傳感器溫度誤差較大，必須加以補償。7.3 答：因為磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度為 (e / ) ，振動頻率過高時， 線圈阻抗增大， 使傳感器靈敏度隨振動頻率增加而下降。7.4 答：通電的導(dǎo)體 （半導(dǎo)體）放在磁場中，電流與磁場垂直，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。7.5 答：1）任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件。只有半導(dǎo)體材料適于制作霍爾元件。 又因

32、一般電子遷移率大于空穴的遷移率， 所以霍爾元件多采用 n 型半導(dǎo)體制造。2）金屬材料電子濃度雖然很高，但電阻率很小很小，使霍爾電勢 u h 很小，因此不適于做霍爾元件材料。7.6 答：霍爾電勢不為零的原因是，霍爾引出電極安裝不對稱，不在同一等電位面上；激勵電極接觸不良，半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因。7.7 解：k h22v /( a t ), i1.0 ma,b0.3tq 輸出霍爾電勢：u hk h ib6.6mvl10mm,b3.5mm, de 1.0mm， e 1.6 10 19q 載流子濃度為：nib0.0010.328.411019u h ed 0.00661.610 190

33、.0017.9 解：k h40v /( a t), i3.0ma, b1 10 4 5 104 tq 輸出霍爾電勢范圍是：低端： u hk h ib12 v高端： u hk h ib60 v7.10 解：對于梯度為 5kgs/mm的磁場，當(dāng)霍爾元件在平衡點附近作0.1mm 的擺動時，其磁場的變11 / 15頁眉化 b=5kgs/mm0.1mm=0.5kgs則霍爾元件輸出電壓的變化范圍為uh = kh i?b=1.2mv/ma?kgs 20ma ( 0.5kgs) = 12mv第 08 章 熱電式傳感器8.1 什么是熱電效應(yīng)？熱電偶測溫回路的熱電動勢由哪兩部分組成？由同一種導(dǎo)體組成的閉合回路能產(chǎn)

34、生熱電勢嗎？8.2 為什么熱電偶的參比端在實際應(yīng)用中很重要？對參比端溫度處理有哪些方法？8.4 試比較熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器的特點。8.5 某熱電偶靈敏度為0.04mv/，把它放在溫度為1200處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50，試求熱電勢的大??？8.6 某熱電偶的熱電勢在 e(600,0) 時，輸出 e=5.257 mv，若冷端溫度為 0時，測某爐溫輸出熱電勢 e=5.267 mv。試求該加熱爐實際溫度是多少？8.7 已知鉑熱電阻溫度計 0時電阻為 100 , 100 時電阻為 139 ，當(dāng)它與某熱介質(zhì)接觸時，電阻值增至 281，試確定該介質(zhì)溫度。（查分度表）8.8

35、題答案8.1 答：1）兩種不同類型的金屬導(dǎo)體兩端分別接在一起構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個結(jié)點有溫差時，導(dǎo)體回路里有電流流動會產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。2）熱電偶測溫回路中熱電勢主要是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。3）熱電偶兩個電極材料相同時，無論兩端點溫度如何變化無熱電勢產(chǎn)生。8.2 答：1）實際測量時利用這一性質(zhì)，可對參考端溫度不為零度時的熱電勢進行修正。2）因為熱電偶的分度表均是以參考端t =0為標(biāo)準(zhǔn)的，而實際應(yīng)用的熱電偶參考端往往 t 0，一般高于零度的某個數(shù)值，此時可利用中間溫度定律對檢測的熱電勢值進行修正，以獲得被測的真實溫度。8.4 答：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器特

36、點如下：? 熱電偶可以測量上千度高溫， 并且精度高、 性能好，這是其它溫度傳感器無法替代。? 熱電阻結(jié)構(gòu)很簡單， 金屬熱電阻材料多為純鉑金屬絲，也有銅、鎳金屬。 金屬熱電阻廣泛用于測量 -200 +850溫度范圍，少數(shù)可以測量 1000。? 熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成， 外形大小與電阻的功率有關(guān)， 差別較大。 熱敏電阻用途很廣，幾乎所有家用電器產(chǎn)品都裝有微處理器， 這些溫度傳感器多使用熱敏電阻。8.5 解：已知：熱電偶靈敏度為0.04mv/，把它放在溫度為1200處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50，則中間溫度為： 1200 -50 =1150；熱電勢為：0.04mv/ 1150 =46mv

37、或：eab（ t,0） = eab（ t,1200） + eab（ 50,0）= 1200 0.04mv/ - 50 0.04mv/ =46mv 8.6 解：已知：熱電偶的熱電勢 e（ 600.0，0）=5.257 mv，冷端溫度為 0時，輸出熱電勢 e=5.267 mv，熱電偶靈敏度為： k = 5.257 mv/600 = 0.008762 mv/12 / 15頁眉該加熱爐實際溫度是： t= e/k = 5.267 mv/0.008762 mv/0 = 601.14 8.7 解：已知：鉑熱電阻溫度計0時電阻為 100， 100時電阻為139；可通過查表得：當(dāng)電阻值增至281 時，介質(zhì)溫度為

38、500。第 09 章 超聲波傳感器9.1什么是超聲波？其頻率范圍是多少？9.2超聲波在通過兩種介質(zhì)界面時，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？9.3超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用什么效應(yīng)，檢測原理是什么？常用的超聲波傳感器（探頭）有哪幾種形式？簡述超聲波測距原理。9.4利用超聲波測厚的基本方法是什么？已知超聲波在工件中的聲速為5640m/s，測得的時間間隔 t 為 22 s ，試求工件厚度答案9.1 答：1）超聲波是人耳無法聽到的聲波。人耳聽見的聲波稱機械波，頻率在16hz20khz ，一般說話的頻率范圍在 100hz 8khz 之間，低于 20hz 頻率的波稱為次聲波，高于 20khz 頻率的波稱超聲波，頻

39、率在 300mhz 300ghz 之間的波稱為微波。2）超聲波頻率范圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲，9.2 答：當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換。9.3 答：13 / 15頁眉1）超聲波傳感器主要利用壓電材料（晶體、陶瓷）的壓電效應(yīng)，其中超聲波發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件， 將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機械振動產(chǎn)生超聲波； 超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成接收元件，將超聲波機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。2) 按工作形式簡單超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式，兼用型傳感器是將發(fā)射（tx）和接收（ rx）元件制作在一起，器件可同時完成超聲波的發(fā)射與接收；專用型傳感器的發(fā)送（ tx）和接收（ rx）器件各自獨立。按結(jié)構(gòu)形式有密封性和開放型，超聲波傳感器上一般標(biāo)有中心頻率（ 23khz、40khz、 75khz、