傳感器期末試題..

1、傳感器期末試題整理作者：黃小勝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)生熱電勢嗎?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。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?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

2、C為標(biāo)準(zhǔn)的，而實際 應(yīng)用的熱電偶參考端往往Th 0C, 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。3解釋下列有關(guān)熱電偶的名詞:熱電效應(yīng)、熱電勢、接觸電勢、溫差電勢、熱電極、測量端、參比端、分度表。答:（略） 4某熱電偶靈敏度為0.04mV/C,把它放在溫度為1200C處的溫度場, 若指示表（冷端）處溫度為50C，試求熱電勢的大小?解: 已知：熱電偶靈敏度為0.04mV/C，把它放在溫度為1200C處的溫度 場，若指示表(冷端)處溫度為 50 C，則 中間溫度為：1200C -50 C =1150C;熱電勢為： 0.04mV/Cx 1150

3、C =46mV 或：EAB（0） = EaB（1200） + EAB（50,0） = 1200CX 0.04mV/C-50CX 0.04mV/C =46mV 5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?解: 已知：熱電偶的熱電勢 E (600.0, 0) =5.257 mV,冷端溫度為0C時,輸出熱電勢E=5.267 mV,熱電偶靈敏度為：K = 5.257 mV/300 = 0.008762 mV/C該加熱爐實際溫度是：T= E/K = 5.267 mV/0.008762 mV/0

4、C = 601.14C 7什么是超聲波？其頻率范圍是多少?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16Hz 20kHz, 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，頻率在300MHz300GHz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。8超聲波在通過兩種介質(zhì)界面時，將會發(fā)生什么現(xiàn)象?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。9什么是內(nèi)光電效應(yīng)？什么是外光電效應(yīng)？說明其工作原理并指出相應(yīng)的典型光電器件。答：當(dāng)用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的

5、光子的轟擊，于 是物體材料中的電子吸收光子能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。1）當(dāng)光線照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電 動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏 特效應(yīng)。入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的物理現(xiàn)象稱 光電導(dǎo)效應(yīng)，典型的 光電器件有光敏電阻；光照時物體中能產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象叫 光生伏特效應(yīng)，光電池、光敏晶體管。2）在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象 稱為外光電效應(yīng)，典型的光電器件有 光電管、光電倍增管。10普通光電器件有哪幾種類型？各有何特點？利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成 的光電器件有哪些

6、？用光生伏特效應(yīng)制成的光電器件有哪些?8.2答：（略） 11普通光電器件都有哪些主要特性和參數(shù)？答：光照特性；光譜特性；伏安特性；溫度特性；頻率特性等12什么是壓電效應(yīng)？什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？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。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)。13石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)有何不同之處？為

7、什么說PZT壓電陶瓷是優(yōu)能的壓電元件？比較幾種常用壓電材料的優(yōu)缺點，說出各自適用于什么場合？答：1）石英晶體整個晶體是中性的，受外力作用而變形時沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷PZT是一種多晶鐵電體，原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性， 必須 在一定溫度下做極化處理后，留下了很強的剩余極化強度，才能使其 呈現(xiàn)出壓電特性。2）比較石英晶體d12、d11，壓電陶瓷的縱向壓電常數(shù)d33大的多，是它 們的上百倍。所以壓電陶瓷制作的傳感器靈敏度高。 常用的優(yōu)能壓電 陶瓷是鋯鈦酸鉛（PZT），它具有很高的介電常數(shù)，工作溫度可達 250C。、3）（略） 14壓電傳感器能

8、否用于靜態(tài)測量？試結(jié)合壓電陶瓷加以說明。7.3 答：1）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。2）（略）15電壓放大器和電荷放大器本質(zhì)上有何不同，電荷放大器和電壓放 大器各有何特點？它們各自適用于什么情況？7.5 答:（略）16試述磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)形式。6.1 （略）17什么是霍爾效應(yīng)？6.4答：通電的導(dǎo)體（

9、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)。18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？ 6.5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Uh很小，因此不適于做霍爾元件材料。19霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些？6.6 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

10、P不均勻等原因。20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，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。6.7 解：”Kh =22V/(A T), I =1.0mA, B =0.3T；輸出霍爾電勢：Uh =KhIB =6.6mV19/. L =10mm, b =3.5mm,de =1.0mm, e =1.6x10 ；載流子濃度為：IB0.001 氷 0.319n = -=-Tg=28.41X10UHed 0.0066 氷 1.6X100.00121試分析霍爾元件

11、輸出接有負載Rl時，利用恒壓源和輸人回路串聯(lián) 電阻Rt進行溫度補償?shù)臈l件。6.8 (略)22何謂電感式傳感器？電感式傳感器分為哪幾類？各有何特點？ 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：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓磁式、 感應(yīng)同步器。工作原理：自感、互感、渦流、壓磁。23提高電感式傳感器線性度有哪些有效的方法。答：電感傳感器采用差動形式，轉(zhuǎn)換電路采用相敏檢波電路可有效改 善線性度。24

12、說明產(chǎn)生差動電感式傳感器零位殘余電壓的原因及減小此電壓的有效措施。5 4 答:豊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AUo，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。為減小零點殘余電壓的影響，除工業(yè)上采取措施外，一般要用電 路進行補償：串聯(lián)電阻；并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位 差異，減小諧波分量；加反饋支路，初、次級間加入反饋，減小諧 波分量；相敏檢波電路對零點殘余誤差有很好的抑制作用。25為

13、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？ 5.5 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。26電感式傳感器測量電路的主要任務(wù)是什么？變壓器式電橋和帶相敏整流的交流電橋在電感式傳感器測量電路中各可以發(fā)揮什么作用？采用哪種電路可以獲得理想輸出。5.6 （略） 27概述變間隙式差動變壓器的結(jié)構(gòu)、工

14、作原理和輸出特性，試比較單線圈和差動螺線管式電傳感器的基本特性，說明它們的性能指標(biāo)有何異同?5.7 （略）28差動變壓器式傳感器的測量電路有幾種類型？試述差動整流電路 的組成和基本原理。為什么這類電路可以消除零點殘余電壓?5.8反串電路和橋路兩種。29概述差動變壓器式傳感器的應(yīng)用范圍，并說明用差動變壓器式傳感器檢測振動的基本原理。5.9 （略） 30什么叫電渦流效應(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？5.10 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，這種電流叫電渦流，這

15、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）回路方程的建

16、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。31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，為什么？5.11 答：1）凡是能引起&、L2、M變化的物理量，均可以引起傳感器線圈R、L1的變化，可以進行非電量檢測；如被測體（金屬）的電阻率P, 導(dǎo)磁率卩，厚度d，線圈與被測體之間的距離x，激勵線圈的角頻率O 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R、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。32如何改善單極式變極距型電

17、容傳感器的非線性？答：非線性隨相對位移人60的增加而增加，為保證線性度應(yīng)限制相對位 移的大?。黄鹗紭O距6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)。初始值不變，其非線性誤33差動式變極距型電容傳感器，若初始容量G =C2 =80 pF，初始距離 % =4m m，當(dāng)動極板相對于定極板位移了也6 = 0.75mm時，試計算 其非線性誤差。若改為單極平板電容，% = 4mm，當(dāng)差動式變極距差有多大？解：若初始容量C1=C2=80pF，初始距離型電容傳感器動極板相對于定極板位移了右=0.75mm時，非線性

18、誤差為:Yl =(鋼2 X100% = (75)2 X100% = 3.5%4改為單極平板電容，初始值不變， 其非線性誤差為:尹 100%=竽 100% = 18.75%34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?答：變壓器電橋、雙T二極管交流電橋、差動脈沖寬度調(diào)制、運算 放大器、調(diào)頻35何為電阻應(yīng)變效應(yīng)？ 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)。36什么是應(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 同？為什么？受

19、力后材料的 而實際應(yīng)變片的答：金屬絲靈敏系數(shù)k0主要由材料的幾何尺寸決定的。 幾何尺寸變化為（1十2卩）,電阻率的變化為（也P/P）/名。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。37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)？ 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。38 一應(yīng)變片的電阻R=120Q,靈敏系數(shù)k=2.05,用作應(yīng)變?yōu)?004m/m 的傳感元件。求：也R和AR/R : 若電源電壓U=3V，初始平衡時電橋的輸

20、 出電壓Uo。一應(yīng)變片的電阻R=120Q,靈敏系數(shù)k=2.05,用作應(yīng)變?yōu)?00»m/m的 傳感元件。求：AR和AR/R : 若電源電壓U=3V，初始平衡時電橋的輸 出電壓U0O,k =2.05; & =800Am/m解：R/R = k七=0.0164;應(yīng)變引起的電阻變化AR龜0.203 Kr當(dāng)電源電壓U =3V時，電橋輸出電壓 U0= =1.23mV39圖中 E=4V，其余為外接電Uo二？ Ri、R24 R圖3-31為一直流電橋，負載電阻Rl趨于無窮。Ri=R2=R3=R4=120Q,試求：Ri為金屬應(yīng)變片， 阻，當(dāng)R1的增量為 陽1=1.2 Q時，電橋輸出電壓為金屬應(yīng)變片

21、，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Uo二？R1、R2為金屬應(yīng)變片，如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反, 且 陽1二AR2 = 1.2莒 電橋輸出電壓Uo二？因為只有R為應(yīng)變片,電橋輸出按單臂電橋計算,u0 竺=0.010V4 R因為兩應(yīng)變片變化大小相同，相互抵消無輸出,因為R, R2應(yīng)變時大小變化相反,電橋輸出按半橋計算,Uo =0VU0詣詈"02/40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？答：靜態(tài)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)傳感器的靜特性來選擇合適 的傳感器。41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。2.2 答:1）實際傳感器有非線性存在， 線性