傳感器原理及應用課程試題A卷

1、復 習一、填空在以下括號中填入適當?shù)脑~匯,使其原理成立1、傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標準條件下,輸出變化量與輸入變化量的比值.對線性傳感器來說,其靈敏度是 常數(shù)2.用石英晶體制作的壓電式傳感器中,晶面上產(chǎn)生的電荷與作用在晶面上的壓強成正比,而與晶片幾何尺寸 和面積無關.3、有源濾波器由集成運放和RC網(wǎng)絡組成.4、采用熱電阻作為測量溫度的元件是將溫度的測量轉(zhuǎn)換為電阻 的測量.5、單線圈螺線管式電感傳感器主要由線圈、鐵磁性外殼和可沿線圈軸向 移動的活動鐵心.6、被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù)變壓器的根本原理制成的,其次級繞組都用同名端反向形式連接,所以又叫差動變壓器式傳感器.7

2、.閉磁路變隙式電感傳感器工作時,銜鐵與被測物體連接.當被測物體移動 時,引起磁路中氣隙 尺寸 發(fā)生相對變化,從而導致圈磁阻 的變化.8、動態(tài)標定的目的,是檢驗測試傳感器的動態(tài)性能指標.9、在電阻應變片公式,dR/R=1+2以e +沖?人代表 材料壓阻系數(shù). 10、某銅熱電阻在0c時的阻值為50Q,那么其分度號是 CU50 ,對 于鍥銘-鍥硅熱電偶其正極是_鍥銘.11、紅外圖像傳感器由紅外敏感元件和 一電子掃描 電路組成.12、空氣介質(zhì)變隙式電容傳感器中,提升靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的, 為此實際中大都采用差動式電容傳感器.13、當半導體材料在某一方向承受應力時,它的 電阻率發(fā)牛顯著變化的現(xiàn)

3、象稱為半導體壓阻效應.14 .影響金屬導電材料應變靈敏系數(shù) Ko的主要因素是導電材料幾何尺寸 的變化.15 .為了測得比柵距 W 更小的位移量,光柵傳感器要采用細分 技術.16 .假設測量系統(tǒng)無接地點時,屏蔽導體應連接到信號源的接地端1、在以下幾種傳感器當中壓電式屬于自發(fā)電型傳感器.2.以下被測物理量適合于使用紅外傳感器進行測量的是 溫度.3、在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補償導線的最主要的目的是C 0C.將熱電偶冷端延長到遠離高溫區(qū)的地方4、利用相鄰雙臂橋檢測的應變式傳感器,為使其靈敏度高、非線性誤差小,A .A.兩個橋臂應當分別用應變量變化相反的工作應變片5、在光的作用下,電子吸收光子能量從鍵

4、合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài),引起物體 電阻率的變化,這種現(xiàn)象稱為光電導效應.6、改變電感傳感器的引線電纜后,必須對整個儀器重新標定.7、自感傳感器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了 C .C.使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號的幅度和相位8、根據(jù)工作原理分類,固體圖象式傳感器屬于光電式傳感器.9、單色光的波長越短,它的A頻率越高,其光子能量越大.10、差動電橋由環(huán)境溫度變化引起的誤差為0 11、屬于傳感器動態(tài)特性指標的是 固有頻率 .12、熱端和冷端的溫差的數(shù)值越大,熱電偶的輸出熱電勢就越大.13、熱電阻測量轉(zhuǎn)換電路采用三線制是為了 減小引線電阻的影響 .14、當石英晶體受壓時,電荷產(chǎn)生在B.

5、X面上15、減小霍爾元件的輸出不等位電勢的方法是 A使用電橋調(diào)零電位器16、發(fā)現(xiàn)某檢測儀表機箱有麻電感,必須采取B將機箱接大地舉措.17、在實驗室中測量金屬的熔點時,冷端溫度補償采用C .冰浴法.18、電渦流式傳感器激磁線圈的電源是A高頻交流19、固體半導體攝像元件CCD是一種B NPN型晶體管集成電路20、將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器或電源開關兩端所構成的RC吸收電路,其作用是B消除電火花干擾.21 .電阻應變片的初始電阻數(shù)值有多種,其中用的最多的是120 Q 22 .以下三種鉗熱電阻的測量范圍有一種是我國目前使用的A .1、金屬電阻應變片與半導體材料的電阻應變效應有什么不同答：金屬

6、電阻的應變效應主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的,半導體材料的應變效應 那么主要取決于材料的電阻率隨應變所引起的變化產(chǎn)生的.2、壓電式傳感器測量電路的作用是什么其核心是解決什么問題答：壓電式 傳感器測量電路的作用是將壓電晶體產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出,其核 心是要解決微弱信號的轉(zhuǎn)換與放大,得到足夠強的輸出信號.3、簡述光電池的工作原理指出它應工作在電流源還是電壓源狀態(tài).答：光電池是基于光生伏特效應制成的,是自發(fā)電式,是有源器件.它有較大面積 的P-N結,當光照射在P-N結上時那么在結的兩端出現(xiàn)電動勢.它應工作在 電壓源狀態(tài).4、什么是金屬導體的熱電效應試說明熱電偶的測溫原理.答：熱電效應 就

7、是兩種不同的導體或半導體 A和B組成一個回路,其兩端相互連接時,只 要兩結點處的溫度不同,回路中就會產(chǎn)生一個電動勢,該電動勢的方向和大 小與導體的材料及兩接點的溫度有關.熱電偶測溫就是利用這種熱電效應進 行的,將熱電偶的熱端插入被測物,冷端接進儀表,就能測量溫度.5、簡要說明差動變壓器中零點剩余電壓的產(chǎn)生原因.、答：零殘電壓包括基波 和諧波分量.基波分量主要是由于差動變壓器兩個二次繞組的結構和電氣參 數(shù)不完全相等不對稱使感應電勢幅值不等而形成；諧波分量主要由導磁 材料磁化曲線的非線性引起.6、試說明光纖的導光原理.、答：光纖導光基于入射到光纖內(nèi)的光能夠?qū)?現(xiàn)全反射.由于纖芯的折射率比包層的大,

8、當入射角大于臨界角時,其折射 角大于90度,形成全反射,使得光不會進入包層而只在纖芯內(nèi)傳播.為使進 入光纖的光能夠在纖芯內(nèi)全反射,必須使從外部入射的光線限制在一定的入 射角內(nèi),從而使入射到纖芯和包層界面的光的入射角大于臨界角,即在某個 臨界角內(nèi)的入射進入光纖的光才能實現(xiàn)全反射.7 .金屬電阻應變片與半導體材料的電阻應變效應有什么不同金屬電阻的應變效應主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的,半導體材料的應變效應那么主要取 決于材料的電阻率隨應變所引起的變化產(chǎn)生的8 .影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么答：影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是：傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的 對稱

9、性、磁性材料的剩余應力、測量電路零點剩余電動勢等.9 .電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響它的主要優(yōu)點是什么答：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導體的電導率、磁導率、幾何形狀,線圈的幾 何參數(shù),鼓勵電流頻率以及線圈到被測導體間的距離等因素影響.電渦流式 傳感結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂水平強,特別是有非接觸測量的優(yōu)點,因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學技術的各個領域中得到了廣 泛的應用.10 .簡述熱電偶的幾個重要定律,并分別說明它們的實用價值.答：一是勻質(zhì)導體定律：如果熱電偶回路中的兩個熱電極材料相同,無論兩接點的溫度 如何,熱電動勢為零.根據(jù)這個定律,可以檢驗兩個熱電極材料成分是

10、否相 同,也可以檢查熱電極材料的均勻性.二是中間導體定律：在熱電偶回路中 接入第三種導體,只要第三種導體的兩接點溫度相同,那么回路中總的熱電動 勢不變.它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié) 器,也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表 面進行溫度測量.三是標準電極定律：如果兩種導體分別與第三種導體組成 的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢,那么由這兩種導體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱 電動勢也就.只要測得各種金屬與純鋁組成的熱電偶的熱電動勢,那么各 種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算出來.四是中間溫 度定律：熱電偶在兩接點溫度t、to時的熱電動勢等于該

11、熱電偶在接點溫度為 t、tn和tn、to時的相應熱電動勢的代數(shù)和.中間溫度定律為補償導線的使用 提供了理論依據(jù).四、計算題(請列出運算步驟)1、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 120Q的金屬應變片Ri和R2如圖1 (a)所示,把這兩應變片接入電橋見圖1 (b)所示.假設鋼的泊松系數(shù)N =0.285,應變片的靈敏系數(shù)k =2,電橋電源電 壓U=2V,當試件受軸向拉伸時,測得應變片 R1的電阻變化值AR, =0.480. 試求：軸向應變；電橋的輸出電壓.2、某一霍爾元件尺寸為 L=10mm, b = 3.5mm,d =1.0mm,沿L方向通以電流I = 1.0mA,

12、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.3、某熱電偶的兩個電極為 A、B,其靈敏度為0.04mV/C,將它置于1200c處 的溫度場,假設指示表(冷端)處溫度為 50C,試求熱電勢的大小1靈敏系數(shù)：軸向應變：電橋的輸出電壓為:2、,Ri/Rik =2Ri/R0. 4 8 / 1 2京八八=0. 0 02由于 Kh = 22V/(at), I = 1.0mA, B = 0.3T輸出霍爾電勢為： UH=KHIB=6.mV 3熱電偶靈敏度：k=0.04 mVC工作端溫度：T=1200 C冷端溫度：T 0=50 C ,那么Eab

13、T,0 二 Eab T,1200 Eab 50,04、一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖1 (a)所示.R1、電、R3、R4按要求貼在等截面軸上.等截面軸的截面積為0.00196m2,彈性模量E=2X1011N/m2, 泊松比0 =0.3,且R1=R2=R3=R4=120Q ,所組成的全橋型電路如題圖1 (b)所 示,供橋電壓U=2V0現(xiàn)測得輸出電壓U=2.6mV.求：等截面軸的縱向應 變及橫向應變?yōu)槎嗌倭為多少5、4霍爾元件靈敏度Kh =40V/(A T),限制電流I = 3.0mA ,將它置于1父10 5M10“T線性變化的磁場中,它輸出的霍爾電勢范圍有多大6、某熱電偶的熱電勢在E(60

14、0,0)時,輸出E=5.257 mV,假設冷端溫度為0C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4 由于：R1=R2=R3=R4120Q N =0.3; S = 0.0 0m 96按全橋計算：.,舊=U R = 0. 1 56U縱向應變：；=R/ R = R/R = 0.0008125l k 12橫向應變：= _0. 0 00 48 7 5r l力：F=；SE =3.185 105N5 由于：Kh=4CV/(A T), I = 3.0mA,B =V10 -5X10T輸出的霍爾電勢范圍：彳氐端Uh=K/B=12JV高端Uh=KhE=60V6 ：熱端溫度是600c時

15、,冷端溫度是0c時,有E(600,0) = 5.257mV那么該熱電偶的靈敏度為K =5.257/600 = 0.008762mV/C 現(xiàn)測得加熱爐冷端溫度為0C,輸出熱電勢是E T,0 =5.267mV得實際溫度是7 .如下圖正方形平板電容器,極板長度a=4cm,極板間距離6 =0.2mm假設用止匕 變面積型傳感器測量位移 x,試計算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣,% =8.85x10-12F/m 07解：這是個變面積型電容傳感器,共有 4個小電容并聯(lián)組成.Co4 ；a25_4 _ _24 16 10 4 8.85 102 10=28.32 /pFCx =4%a(a x) =Co + kx = 28.32 -70.8x (x的單位為米)oCx -CoC =Cx - Co =4 ；0a 二 -4 ；0ax)61224 8.85 104 102 1.=-70.8 /pF8 .用鍥銘-鍥硅(K)熱電偶測量溫度,冷端溫度為 40 C,用高精度毫伏表 測得這時的熱電動勢為29.188