傳感器與檢測技術(shù)題庫

1、傳感器與檢測技術(shù)題庫1. 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的， 半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。2. 為什么說壓電式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測量而不能用于靜態(tài)測量答：因?yàn)閴弘娛絺鞲衅魇菍⒈蛔訙y量轉(zhuǎn)換成壓電晶體的電荷量，可等效成一定的電容，如被測量為靜態(tài)時(shí)，很難將電荷轉(zhuǎn)換成一定的電壓信號(hào)輸出，故只能用于動(dòng)態(tài)測量。3. 試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容的靈敏度為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應(yīng)注意什么問題答：如圖所示是一直線位移型電容式傳感器的示意圖。當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng) x 后，覆蓋面積就

2、發(fā)生變化，電容量也隨之改變，其值為C=b（a- x） / d=C0 - b· x/ d（1）電容因位移而產(chǎn)生的變化量為CCC0b xC0xda其靈敏度為CbKdx可見增加 b 或減小 d 均可提高傳感器的靈敏度。xbxda直線位移型電容式傳感器4. 變間隙電容傳感器的測量電路為運(yùn)算放大器電路，如圖 4 所示。 C0=200pF，傳感器的起始電容量 Cx0=20pF,定動(dòng)極板距離 d0=1.5mm,運(yùn)算放大器為理想放大器 ( 即 K , Zi ), Rf 極大 , 輸入電壓 u1 =5sin t V。求當(dāng)電容傳感動(dòng)極板上輸入一位移量x=0.15mm使 d0 減小時(shí) , 電路輸出電壓 u

3、0 為多少Rf0x+ui-u0圖 4 運(yùn)算放大器電路解：由測量電路可得u0C0uiC0ui200/VC xC x0 d 0205 sin t 45sin1.5d 0x1.50.155. 如圖 5 所示正方形平板電容器 , 極板長度 a =4cm,極板間距離 =0.2mm.若用此變面積型傳感器測量位移x, 試計(jì)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,08.8510-12F/m 。ax圖 5 所示正方形平板電容器解：這是個(gè)變面積型電容傳感器，共有4 個(gè)小電容并聯(lián)組成。4 0a 2416 1048.851012C 0210 328.32 /pFC x40 a( ax)C 0kx

4、28.3270.8x (x的單位為米 )CC x40 ax)C 0C x C 04 0 a4 8.85 10 124 102K2 10370.8 /pFxCxpF4030201001234xcm6.有一平面直線位移差動(dòng)傳感器特性其測量電路采用變壓器交流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖6 所示。電容傳感器起始時(shí)b1=b2=b=200mm， a1 =a2=20mm極距 d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測量電路 u1=3sin t V，且 u=u0。試求當(dāng)動(dòng)極板上輸入一位移量x=5mm時(shí), 電橋輸出電壓 u0。xCdu1C1uiC2ub 1C2u0b 2a1a2圖 6 平面直線位移差動(dòng)傳感器解：根據(jù)測量電路可得u u

5、0C uix ui53sin t 750sin t /mVC 0a207. 熱電阻傳感器的測量電路有哪些說明每種測量電路的特點(diǎn)。答：通常采用電橋電路作為測量電路。 為了克服環(huán)境溫度的影響常采用下圖所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。 由于采用這種電路， 熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，如果 R1t R2t ，則由于環(huán)境溫度變化引起的引線電阻值變化造成的誤差被相互抵消。8. 試分析金屬導(dǎo)體產(chǎn)生接觸電動(dòng)勢和溫差電動(dòng)勢的原因。答：當(dāng) A 和 B兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)，由于兩者內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同 ( 即電子密度不同 ) ，因此，電子在兩個(gè)方向上擴(kuò)散的速率就不一樣。 現(xiàn)假設(shè)導(dǎo)體

6、 A 的自由電子密度大于導(dǎo)體 B 的自由電子密度，則導(dǎo)體 A 擴(kuò)散到導(dǎo)體 B 的電子數(shù)要比導(dǎo)體 B 擴(kuò)散到導(dǎo)體 A 的電子數(shù)大。所以導(dǎo)體 A 失去電子帶正電荷，導(dǎo)體 B 得到電子帶負(fù)電荷，于是，在 A、B 兩導(dǎo)體的接觸界面上便形成一個(gè)由 A 到 B 的電場。該電場的方向與擴(kuò)散進(jìn)行的方向相反， 它將引起反方向的電子轉(zhuǎn)移， 阻礙擴(kuò)散作用的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)擴(kuò)散作用與阻礙擴(kuò)散作用相等時(shí)，即自導(dǎo)體 A 擴(kuò)散到導(dǎo)體 B 的自由電子數(shù)與在電場作用下自導(dǎo)體 B 到導(dǎo)體 A 的自由電子數(shù)相等時(shí)， 便處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下， A 與 B 兩導(dǎo)體的接觸處就產(chǎn)生了電位差，稱為接觸電動(dòng)勢。對(duì)于導(dǎo)體 A 或 B，

7、將其兩端分別置于不同的溫度場 t 、 t 0 中(t> t 0 ) 。在導(dǎo)體內(nèi)部，熱端的自由電子具有較大的動(dòng)能， 向冷端移動(dòng)， 從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負(fù)電荷。 這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端的靜電場。該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動(dòng)， 最后也達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了電位差，我們將該電位差稱為溫差電動(dòng)勢。9. 已知鎳鉻 - 鎳硅 (K) 熱電偶的熱端溫度 t 800，冷端溫度 t 025，求 E(t ，to)是多少毫伏10. 解：由鎳鉻 - 鎳硅熱電偶分度表可查得 E(800，0)= ，E(25，0)= mV，故可得E(80

8、0，5)= 如圖 7 所示之測溫回路，熱電偶的分度號(hào)為K，毫伏表的示值應(yīng)為多少度答：毫伏表的示值應(yīng)為 ( t 1- t 2-60) 。11. 用鎳鉻 - 鎳硅 (K) 熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為 40，用高精度毫伏表測得這時(shí)的熱電動(dòng)勢為，求被測點(diǎn)的溫度。圖 7 熱電偶測溫回路解：由鎳鉻 - 鎳硅熱電偶分度表查出 E(40，0)= ，計(jì)算出 E(t,0) (29.188 1.638)mV 30.826mV再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為(30.826 - 29.129) 100t 700740.933.27529.12912. 用鎳鉻 - 鎳硅 (K) 熱電偶測量某爐溫的測量系統(tǒng)如圖 8

9、所示，已知：冷端溫度固定在 0， t 030，儀表指示溫度為 210，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的疏忽把補(bǔ)償導(dǎo)線 A 和B ，相互接錯(cuò)了，問：爐溫的實(shí)際溫度t 為多少度解：實(shí)際溫度應(yīng)為 270，因?yàn)榻臃春蟛坏珱]有補(bǔ)償?shù)?，還抵消了30，故應(yīng)該加上 60。13. 常用的半導(dǎo)體光電元件有哪些它們的電路符號(hào)如何答：常用的半導(dǎo)體光電元件有光敏二極管、光敏三極管和光電池三種。它們的電路符號(hào)如下圖所示：光敏二極管光敏三極管光電池14. 光敏電阻有哪些重要特性，在工業(yè)應(yīng)用中是如何發(fā)揮這些特性的答：光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作， 利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。 它的重要特性是在無光照時(shí)阻值非常大， 相當(dāng)于斷路，有光照時(shí)

10、阻值變得很小， 相當(dāng)于通路。在工業(yè)應(yīng)用中主要就是通過光的變化來各種電路的控制。15. 光纖傳感器的性能有何特殊之處主要有哪些應(yīng)用答：光導(dǎo)纖維傳感器 ( 簡稱光纖傳感器 ) 是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器。光纖傳感器具有靈敏度高，不受電磁波干擾，傳輸頻帶寬，絕緣性能好，耐水抗腐蝕性好，體積小，柔軟等優(yōu)點(diǎn)。目前已研制出多種光纖傳感器，可用于位移、速度、加速度、液位、壓力、流量、振動(dòng)、水聲、溫度、電壓、電流；磁場、核輻射等方面的測量。應(yīng)用前景十分廣闊。16. 紅外線溫度傳感器有哪些主要類型它與別的溫度傳感器有什么顯著區(qū)別答：能把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置， 稱為紅外傳感器， 主要有熱敏型和

11、光電型兩大類。熱敏型是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，其核心是熱敏元件。由于熱敏元件的響應(yīng)時(shí)間長，一般在毫秒數(shù)量級(jí)以上。 另外，在加熱過程中， 不管什么波長的紅外線，只要功率相同， 其加熱效果也是相同的， 假如熱敏元件對(duì)各種波長的紅外線都能全部吸收的話，那么熱敏探測器對(duì)各種波長基本上都具有相同的響應(yīng)， 所以稱其為“無選擇性紅外傳感器” 。這類傳感器主要有熱釋電紅外傳感器和紅外線溫度傳感器兩大類。光電型是利用紅外輻射的光電效應(yīng)制成的，其核心是光電元件。因此它的響應(yīng)時(shí)間一般比熱敏型短得多， 最短的可達(dá)到毫微秒數(shù)量級(jí)。 此外，要使物體內(nèi)部的電子改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 入射輻射的光子能量必須足夠大， 它的頻率必須

12、大于某一值， 也就是必須高于截止頻率。由于這類傳感器以光子為單元起作用， 只要光子的能量足夠，相同數(shù)目的光子基本上具有相同的效果，因此常常稱其為“光子探測器” 。這類傳感器主要有紅外二極管、三極管等。17. 模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式答：模擬式光電傳感器主要有四種。 （1）被測物是光源 它可以直接照射在光電元器件上，也可以經(jīng)過一定的光路后作用到光電元器件上， 光電元器件的輸出反映了光源本身的某些物理參數(shù)，如圖13a 所示。如光電比色高溫計(jì)和照度計(jì)。（2）恒定光源發(fā)射的光通量穿過被測物，其中一部分由被測物吸收， 剩余的部分投射到光電元件上， 吸收量取決于被測物的某些參數(shù)， 如圖 13b 所

13、示。如測量透明度、渾濁度等。（3）恒定光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體反射到光電元器件上。反射光通量取決于反射表面的性質(zhì)、 狀態(tài)和與光源之間的距離， 如圖 13c 所示。如測量工件表面粗糙度、紙張白度等。（4）從恒定光源發(fā)射出的光通量在到達(dá)光電元件的途中受到被測物的遮擋，使投恒光源被測物被測物光電光電元件元件a) 被測物是光源b) 被測物吸收光通量恒光源被測物恒光源被測物光電元件光電元件c) 被測物是有反射能力的表面d) 被測物遮蔽光通量圖 13 模擬式光電傳感器常見形式射到光電元件上的光通量減弱，光電元件的輸出反映了被測物的尺寸或位置，如圖13d 所示。如工件尺寸測量、振動(dòng)測量等。1

14、8. 說明為什么導(dǎo)體材料和絕緣體材料均不宜做成霍爾元件答：因?yàn)閷?dǎo)體材料的 雖然很大，但 很小，故不宜做成元件，而絕緣材料的 雖然很大，但 很小，故也不宜做成元件。19. 為什么霍爾元件一般采用 N型半導(dǎo)體材料答：因?yàn)樵?N型半導(dǎo)體材料中，電子的遷移率比空穴的大，且 n>p ，所以霍爾元件一般采用 N型半導(dǎo)體材料。20. 霍爾集成傳感器有哪幾種類型其工作特點(diǎn)是什么答：霍爾集成傳感器有霍爾線性集成傳感器和霍爾開關(guān)型集成傳感器兩種類型。集成霍爾傳感器的特點(diǎn)主要是取消了傳感器和測量電路之間的界限，實(shí)現(xiàn)了材料、元件、電路三位一體。集成霍爾傳感器與分立相比，由于減少了焊點(diǎn)，因此顯著地提高了可靠性。此

15、外，它具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。21. 設(shè)計(jì)一個(gè)采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)， 要求畫出磁路系統(tǒng)示意圖和電路原理簡圖，并說明其工作原理。答：液位控制系統(tǒng)原理如圖所示，霍爾元件固定不動(dòng)，磁鐵與探測桿固定在一起，連接到裝液體的容器旁邊， 通過管道與內(nèi)部連接。 當(dāng)液位達(dá)到控制位置時(shí)霍爾元件輸出控制信號(hào)， 通過處理電路和電磁閥來控制液壓閥門的開啟和關(guān)閉， 如液位低于控制位置時(shí)開啟閥門，超過控制位置時(shí)則關(guān)閉閥門。控制電源處理電路開關(guān)型霍爾片液體源磁鐵電磁閥最高位儲(chǔ)存罐最低位22. 思考有哪些可以用霍爾傳感器檢測的物理量以及霍爾傳感器應(yīng)用的領(lǐng)域。答：可以用霍爾傳感器來檢測的物理量有力、力矩、壓力、

16、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、轉(zhuǎn)速、磁場量等等。23. 超聲波有哪些傳播特性答：超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩， 它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。振蕩源在介質(zhì)中可產(chǎn)生兩種形式的振蕩， 即橫向振蕩和縱向振蕩。 橫向振蕩只能在固體中產(chǎn)生，而縱向振蕩可在固體、液體和氣體中產(chǎn)生。超聲波的一種傳播特性是在通過兩種不同的介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，超聲波的另一種傳播特性是在通過同種介質(zhì)時(shí)， 隨著傳播距離的增加， 其強(qiáng)度因介質(zhì)吸收能量而減弱。24. 應(yīng)用超聲波傳感器探測工件時(shí)， 在探頭與工件接觸處要涂有一層耦合劑， 請(qǐng)問這是為什么答：主要是為了使超聲波更好地穿透到工件內(nèi)， 減少反射量，達(dá)到更

17、好的測量效果。25. 根據(jù)你已學(xué)過的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波探傷使用裝置（畫出原理框圖） ，并簡要說明它探傷的工作過程答：可采用穿透法探傷， 原理框圖如下圖。 穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化狀況，來判別工件內(nèi)部質(zhì)量的方法。 穿透法用兩個(gè)探頭， 置于工件相對(duì)面，一個(gè)發(fā)射超聲波，一個(gè)接收超聲波。發(fā)射波可以是連續(xù)波，也可以是脈沖。在探測中，當(dāng)工件內(nèi)無缺陷時(shí)，接收能量大，儀表指示值大；當(dāng)工件內(nèi)有缺陷時(shí)，因部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個(gè)變化，就可以把工件內(nèi)部缺陷檢測出來。高頻發(fā)生器發(fā)射探頭工件接收探頭放大器顯示26. 對(duì)傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，為什么要采用測量放大器答：因?yàn)闇y量放大器不但具有很高的放大倍數(shù)， 而且具有十分穩(wěn)定的輸出特性， 符合傳感器微弱信號(hào)放大的要求。27. 檢測裝置中常見的干擾有幾種采取何種措施予以防止答：檢測裝置中常見的干擾有外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩大類。 外部噪聲有自然界噪聲源( 如電離層的電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲 ) 和人為噪聲源 ( 如電氣設(shè)備、 電臺(tái)干擾等 ) ；內(nèi)部