傳感器復(fù)習(xí)資料

1、傳感器原理與應(yīng)用習(xí)題訓(xùn)練1一  填空1.通常傳感器由（敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路）三部分組成，是能把外界（非電量）轉(zhuǎn)換成（電量）的器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)它的電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱（應(yīng)變）效應(yīng)；半導(dǎo)體或固體受到作用力后電阻率要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱（壓阻）效應(yīng)。直線的電阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度K下降了，這種現(xiàn)象稱為（橫向）效應(yīng)。3.螺線管式差動(dòng)變壓器式傳感器理論上講，銜鐵位于中心位置時(shí)輸出電壓為零，而實(shí)際上差動(dòng)變壓器輸出電壓不為零，我們把這個(gè)不為零的電壓稱為（零點(diǎn)殘余電壓）；利用差動(dòng)變壓器測量位移時(shí)如果要求區(qū)別位移方向（或

2、正負(fù)）可采用（相敏檢波）電路。4.把一導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）兩端通以控制電流I，在垂直方向施加磁場B，在另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與控制電流和磁場成比例的電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱（霍爾）效應(yīng)，這個(gè)電動(dòng)勢稱為（霍爾）電勢。外加磁場使半導(dǎo)體（導(dǎo)體）的電阻值隨磁場變化的現(xiàn)象稱（磁阻）效應(yīng)。5.某些電介質(zhì)當(dāng)沿一定方向?qū)ζ涫┝Χ冃螘r(shí)內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的表面產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為（正壓電）效應(yīng)；在介質(zhì)極化方向施加電場時(shí)電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生形變，這種效應(yīng)又稱（逆壓電）效應(yīng)。6.在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱（外光電）效應(yīng)；入射光強(qiáng)改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象稱（光電導(dǎo)）效應(yīng)；半導(dǎo)體材

3、料吸收光能后在PN結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)勢的效應(yīng)稱（光生伏特）效應(yīng)。7、塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一圈圈閉合的電流，利用該原理制作的傳感器稱（電渦流）傳感器；這種傳感器只能測量（金屬）物體。8、不同的金屬兩端分別連在一起構(gòu)成閉合回路，如果兩端溫度不同，電路中會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱（熱電）效應(yīng)；若兩金屬類型相同兩端溫度不同，加熱一端時(shí)電路中電動(dòng)勢（E =0）。9測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有（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)定性等）。10霍爾元件靈敏度的物理意義是（表示在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度相對于單位控制電流時(shí)的霍爾電勢的大?。?1光

4、電傳感器的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。通常把光線照射到物體表面后產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為三類。第一類是利用在光線作用下（光電子逸出物體表面的外光電效應(yīng)），這類元件有（光電管、光電倍增管）；第二類是利用在光線作用下（使材料內(nèi)部電阻率改變的內(nèi)光電效應(yīng)），這類元件有（光敏電阻）；第三類是利用在光線作用下（使物體內(nèi)部產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的光生伏特效應(yīng)），這類元件有（光電池、光電儀表）。12熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是溫差電勢和接觸電勢組成的，其表達(dá)式為（ Eab（T，To）=）。在熱電偶溫度補(bǔ)償中補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是在（連接導(dǎo)線） 和（熱電偶）之間，接入（延長線），它的作用是（將熱電偶的參考端移至離熱源

5、較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響）。 13變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動(dòng)靠近鐵芯時(shí)，鐵芯上的線圈電感量（增加減小不變）14儀表的精度等級是用儀表的（ 相對誤差 絕對誤差 引用誤差）來表示的。15. 電容傳感器的輸入被測量與輸出被測量間的關(guān)系，除（ 變面積型 變極距型 變介電常數(shù)型）外是線性的。16、傳感器是（能感受規(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或裝置）；傳感器通常由直接響應(yīng)于被測量的（敏感元件），產(chǎn)生可用信號輸出的（轉(zhuǎn)換元件）以及相應(yīng)的（信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路）組成。17、電阻應(yīng)變片式傳感器按制造材料可分為（金屬）材料和 （半導(dǎo)體）材料。它們在受到

6、外力作用時(shí)電阻發(fā)生變化，其中金屬材料的電阻變化主要是由（電阻應(yīng)變效應(yīng)）形成的，而半導(dǎo)體材料的電阻變化主要是由（壓阻效應(yīng)）造成的。（半導(dǎo)體）材料傳感器的靈敏度較大。18、測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為（絕對誤差）、（相對誤差）、和（引用誤差）三類，其中（絕對誤差）可以通過對多次測量結(jié)果求（平均值）的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。19、光電傳感器的工作原理是基于物質(zhì)的光電效應(yīng)，目前所利用的光電效應(yīng)大致有三大類：第一類是利用在光線作用下（材料中的電子逸出物體表面的）現(xiàn)象，即（外光電）效應(yīng)，（光電管、光電倍增管）傳感器屬于這一類；第二類是利用在光線作用下（材料電阻率發(fā)生改變）的現(xiàn)象，即（內(nèi)光

7、電）效應(yīng)，（光敏電阻）傳感器屬于這一類；第三類是利用在光線作用下（產(chǎn)生光勢壘）現(xiàn)象，即（光生伏特）效應(yīng)，（光敏二極管及光敏三極管）傳感器屬于這一類。20、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢是由（兩種導(dǎo)體的接觸）電勢和（單一導(dǎo)體的溫差）電勢組成。其表達(dá)式為Eab（T，T0）=（）。在熱電偶溫度補(bǔ)償中，補(bǔ)償導(dǎo)線法（即冷端延長線法）是用（延長線把連接）導(dǎo)線與熱電偶配接。它的作用是（將熱電偶的參考端移至離熱源較遠(yuǎn)并且環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以減小冷端溫度變化的影響）。21.壓磁式傳感器的工作原理是：某些鐵磁物質(zhì)在外界機(jī)械力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，從而引起（極化現(xiàn)象），這種現(xiàn)象稱為（壓磁效應(yīng)）。相反，某些鐵磁物質(zhì)在

8、外界磁場的作用下會(huì)產(chǎn)生（機(jī)械變形），這種現(xiàn)象稱為（磁致伸縮效應(yīng)）。22.磁電式傳感器是利用（導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端）產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器是（利用霍爾元件）在磁場中有電磁效應(yīng)（霍爾效應(yīng)）而輸出電勢的?；魻柺絺鞲衅骺捎脕頊y量（電流），（磁場），（位移），（壓力）。23.測量過程中存在著測量誤差。絕對誤差是指（測量量與被測量真實(shí)值之間的差值）其表達(dá)式為（）；相對誤差是指（絕對誤差與被測量真實(shí)值的比值），其表達(dá)式為（）；引用誤差是（絕對誤差與測量儀表的上量限（滿度）值A(chǔ)的百分比），其表達(dá)式為（）。24.光柵傳感器中莫爾條紋的一個(gè)重要特性是具有位移放大作用。如果兩個(gè)光柵距相等，即W

9、=0.02mm，其夾角=0.1°，則莫爾條紋的寬度B=（11.43mm）莫爾條紋的放大倍數(shù)K=（573.2）。25.測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)通常用（輸入量與輸出量的對應(yīng)關(guān)系）來表征。26. 同位素的原子核在沒有外力作用下自動(dòng)發(fā)生衰變，衰變中釋放出（、 、）射線，這種現(xiàn)象稱為（核衰變）。二  選擇題電阻應(yīng)變片     磁敏電阻     霍爾元件     氣敏傳感器    濕敏傳感器光電耦合器

10、     壓電傳感器   電容傳感器   熱敏電阻      CCD電荷耦合器壓阻式傳感器   光纖傳感器   磁電傳感器   光電二極管    差動(dòng)變壓器熱釋電器件     磁敏晶體管   電渦流傳感器 &#

11、160;光電池       超聲波傳感器熱電偶        紅外傳感器    色敏傳感器正確選擇以上傳感器填入以下空內(nèi)：1可以進(jìn)行位移測量的傳感器有（光纖傳感器、差動(dòng)變壓器、電阻傳感器）；2可以完成溫度測量的有（熱電偶、熱敏電阻；熱釋電器件）；3半導(dǎo)體式傳感器是（磁敏電阻、霍爾元件、氣敏傳感器、壓阻傳感器）；4光電傳感器有（光電耦合器、色敏傳感器、光纖傳感器、光電二極管）；5用于磁場測量的傳感器（霍爾元件

12、、磁敏晶體管）；6進(jìn)行振動(dòng)（或加速度）測量的傳感器（磁電傳感器、壓電傳感器）；7利用物體反射進(jìn)行非電量檢測的傳感器（超聲波傳感器、紅外傳感器）；二、用鎳鉻-鎳硅勢電偶測量某低溫箱溫度，把熱電偶直接與電位差計(jì)相連接。在某時(shí)刻，從電位差計(jì)測得熱電熱為-1.19mv，此時(shí)電位差計(jì)所處的環(huán)境溫度為15，試求該時(shí)刻溫箱的溫度是多少度？ 鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表測量端溫度0123456789  熱電動(dòng)勢(mv)   -20-0.77-0.81-0.84-0.88-0.92-0.96-0.99-1.03-1.07-1.10-10-0.39-0.43-

13、0.47-0.51-0.55-0.59-0.62-0.66-0.70-0.74-0-0.00-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.23-0.27-0.31-0.35+00.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36+100.400.440.480.520.560.600.640.680.720.76+200.800.840.880.920.961.001.041.081.121.16二、問答題：1、什么是傳感器動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，簡述在什么頻域條件下只研究靜態(tài)特就能夠滿足通常的需要，而在什么頻域條件下一般要研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性？答：傳感器的特

14、性是指傳感器所特有性質(zhì)的總稱。而傳感器的輸入輸出特性是其基本特性，一般把傳感器作為二端網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)，輸入輸出特性是二端網(wǎng)絡(luò)的外部特性，即輸入量和輸出量的對應(yīng)關(guān)系。由于輸入量的狀態(tài)（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）不同分靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)傳感器輸入-輸出特性。動(dòng)態(tài)特性指當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的輸入-輸出特性。可以從時(shí)域和頻域來研究動(dòng)態(tài)特性2、簡述霍爾電勢產(chǎn)生的原理。答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(磁場方向垂直于薄片)中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端

15、面形成電場，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UH。3、分析應(yīng)變片式傳感器在使用單臂電橋測量電路時(shí)由于溫度變化而產(chǎn)生測量誤差的過程。答：在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫度系數(shù)及柵絲與試件膨脹系數(shù)（）之差異性而產(chǎn)生虛假應(yīng)變輸出有時(shí)會(huì)產(chǎn)生與真實(shí)應(yīng)變同數(shù)量級的誤差。三. 計(jì)算1. 圖為一直流應(yīng)變電橋，E = 4V， R1=R2=R3=R4=350，求：R1為應(yīng)變片其余為外接電阻， R1增量為R1=3.5時(shí)輸出U0=?。R1、R2是應(yīng)變片，感受應(yīng)變極性大小相同其余為電阻，電壓輸出U0=?。R1、R2感受應(yīng)變

16、極性相反,輸出U0=?。R1、R2、R3、R4都是應(yīng)變片,對臂同性，鄰臂異性，電壓輸出U0=?。解：2.石英晶體加速計(jì)及電荷放大器測量機(jī)械振動(dòng)，已知加速度計(jì)靈敏度為5pc/g，電荷放大器靈敏度為50mv/pc，當(dāng)機(jī)器達(dá)到最大加速度時(shí)的相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求機(jī)械的振動(dòng)加速度(單位g)。解：三、電路分析1.下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動(dòng)電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動(dòng)電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： § 當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值； § 當(dāng)P1>P2

17、時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負(fù)）。  解：U0=0U0=UfM（C1-C2）因?yàn)?C1 C2所以 U0 0 ，輸出負(fù)電壓。 2.圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動(dòng)器。問： TGS812是什么傳感器？ 2、5腳是傳感器哪個(gè)部分，有什么作用？分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義? 解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。三、分析、計(jì)算題：1、分析如圖1所示自感傳感器當(dāng)動(dòng)鐵心左右移動(dòng)（x1,x2發(fā)生變化時(shí)自感L變化情況。已知空氣所隙的長度為x1和x2，空氣隙的面積為S，磁導(dǎo)率為，線圈匝數(shù)W不變）。解：，

18、 又空氣隙的長度x1和x2各自變而其和不變，其他變量都不變故L不變。2、在對量程為10MPa的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，傳感器輸出電壓值與壓力值之間的關(guān)系如下表所示，簡述最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義，并討論下列電壓-壓力直線中哪一條最符合最小二乘法準(zhǔn)則？測量次數(shù)I12345壓力xi（MPa）245810電壓yi（V）10.04320.09330.15340.12850.072（1）y=5.00x-1.05（2）y=7.00x+0.09（3）y=50.00x-10.50（4）y=-5.00x-1.05（5）y=5.00x+0.07答：最小二乘法準(zhǔn)則的幾何意義在于擬和直線精密度高即誤差小。將幾組x分別帶入

19、以上五式，與y值相差最小的就是所求，（5）為所求。 三、在生產(chǎn)過程中測量金屬板的厚度，非金屬板材的鍍層厚度時(shí)常用渦流傳感器。試簡要敘述說明利用渦流傳感器測量金屬板厚度的工作原理及實(shí)現(xiàn)工藝。四.問答題1.壓力傳感器測量砝碼數(shù)據(jù)如下，試解釋這是一種什么誤差，產(chǎn)生這種誤差的原因是什么。N(g)012345正行程(mv)0     1.5      2      2.5    

20、0;3       3.5反行程(mv)0     0.5     1        2      2.5     3.5解：遲滯誤差；靜態(tài)誤差；傳感器本身材料的缺陷造成。2.解釋下列磁敏傳感器：磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？磁敏晶體管與

21、普通晶體管的不同之處是什么？磁敏電阻與霍爾元件屬同一類磁電轉(zhuǎn)換元件，在本質(zhì)上有什么不同？解：磁敏晶體管有放大作用；普通晶體管無磁靈敏度；磁敏電阻不能區(qū)別磁極性。四、下面是熱電阻測量電路，試說明電路工作原理并計(jì)算1. 已知Rt是Pt100鉑電阻，且其測量溫度為T=50，試計(jì)算出Rt的值和Ra的值（10分）2. 電路中已知R1、R2、R3和E，試計(jì)算電橋的輸出電壓VAB。（5分）其中（R1=10K，R2=5K，R3=10K，E=5伏）.答：該熱電阻測量溫度電路由熱敏電阻、測量電阻和顯示電表組成。圖中G為指示電表，R1、R2、R3為固定電阻，Ra為零位調(diào)節(jié)電阻。熱電阻都通過電阻分別為r2、r3、Rg

22、的三個(gè)導(dǎo)線和電橋連接，r2和r3分別接在相鄰的兩臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，只要它們的Rg分別接在指示電表和電源的回路中，其電阻變化也不會(huì)影響電橋的平衡狀態(tài)，電橋在零位調(diào)整時(shí)，應(yīng)使R4=Ra+Rt0為電阻在參考溫度（如0°C）時(shí)的電阻值。三線連接法的缺點(diǎn)之一是可調(diào)電阻的接觸電阻和電橋臂的電阻相連，可能導(dǎo)致電橋的零點(diǎn)不穩(wěn)。 四、計(jì)算與問答題1、有一吊車的拉力傳感器如右圖所示。其中電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4貼在等截面軸上。已知R1、R2、R3、R4標(biāo)稱阻值均為120，橋路電壓為2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。畫出應(yīng)變片組成的電橋電路。· 計(jì)算出測得的輸出電壓和

23、電橋輸出靈敏度。 · 說明R3、R4起到什么作用？  應(yīng)變片組成半橋電路；R3、R4可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償。五.電路分析1.下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動(dòng)電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動(dòng)電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析：當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值；當(dāng)P1>P2時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負(fù)）。  解：U0=0 U0=UfM（C1-C2）因?yàn)?C1 C2所以 U0 0 ，輸出負(fù)電壓。2.圖為酒精測試儀電路，A是顯示驅(qū)動(dòng)器。問：TGS812是什

24、么傳感器？ 2、5腳是傳感器哪個(gè)部分，有什么作用？ 分析電路工作原理，調(diào)節(jié)電位器RP有什么意義?  解：氣敏傳感器；加熱電極，可加速還原反應(yīng)提高氣敏傳感器靈敏度；調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的測量范圍和滿度值。 3.圖為光電傳感器電路，GPIS01是光電斷路器。分析電路工作原理：當(dāng)用物體遮擋光路時(shí)晶體三極管VT狀態(tài)是導(dǎo)通還是截止？二極管是一個(gè)什么器件，在電路中起到什么作用？如果二極管反相連接晶體管VT狀態(tài)如何？解：截止；紅外發(fā)射管，起控制作用；截止。4.下圖是電阻應(yīng)變儀電路框圖，電橋采用交流供電，應(yīng)變信號為一正弦變化的信號頻率為20Hz，振蕩頻率4KHz。請畫出放大器、相敏檢波器、低通濾波

25、器的輸出波形示意圖。 五、下圖是一紅外測溫裝置，測量溫度高于1000，紅外探測器是熱釋電元件，利用熱輻射測溫。請回答下列器件各起到什么作用？o 光學(xué)系統(tǒng)：透鏡（聚焦）；濾光片：（波長選擇）； o 步進(jìn)電機(jī)與調(diào)制盤：（將被測紅外輻射調(diào)制為按一定頻率變化的溫度信號）； o 溫度傳感器：（用于電路補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅鳎?o 紅外探測器：（接受檢測被測高溫的傳感器）。 傳感器原理與應(yīng)用習(xí)題訓(xùn)練2 1在右下圖所示的電橋中，R1=1000，R3=1500，C2=1F時(shí)電橋平衡。電容C4是多少？根據(jù)平衡條件，C4= C2 R1/ R3=1*1000/15000.667F。2作為光波5m紅外

26、線的傳感器材料有哪些？答：有InSb,Hg0.8Cd0.2Te等材料。3在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，指出輸出電壓的時(shí)間波形。答：光進(jìn)入受光器輸出電壓為0V，光不進(jìn)入，輸出6V，所以右圖為所示波形。4由光電二極管二維陣列組成面型傳感器進(jìn)行圖像檢測，對圖像的分辨率由光電二極管的個(gè)數(shù)決定，試說明理由。答：面型傳感器由許多銷的單元構(gòu)成二維平面，其中每一個(gè)小單元都是一個(gè)光電二極管，稱為像素。用面型傳感器測量物體的形狀所得的圖像的分辨率最高只能是一個(gè)像素。如果所測得圖像長為l ，對應(yīng)N個(gè)像素，分辨率為l/N。假設(shè)N為200，則分辨率最高只能使1/200。5高溫加熱的鋼板為紅色，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)變?yōu)榘咨?，?/p>

27、說明原因。答：與溫度相對應(yīng)，物體放射出具有一定波長分布的光，高溫時(shí)，所有波長的能量增大，波長分布的峰值向短波長方向移動(dòng)。對應(yīng)于黑體的波長分布可由普朗克分布規(guī)則求得。1000。C的鋼板，波長分布的峰值在近紅外區(qū)域，發(fā)出的光波長在0.6m以上，屬于可視光的紅光區(qū)域，因此看到的光呈現(xiàn)紅色。溫度升高使得波長分布的峰值向短波方向移動(dòng)?？梢暪獾亩滩ǔ煞衷黾樱梢暪馑胁ㄩL成分混合使鋼板顏色接近白色。6試舉坑內(nèi)甲烷氣體量傳感器的例子。試舉工廠排水污濁監(jiān)視用傳感器的例子。試舉汽車排氣成分調(diào)整用傳感器的例子。答：接觸燃燒式氣體傳感器。氧氣傳感器。氧氣氣體傳感器。7已知某壓力傳感器的測定范圍為010000Pa，輸

28、入特性表示為y=10(x-0.00007x2+2000)請問這種傳感器能使用嗎？答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa時(shí)為正，x>7143Pa時(shí)為負(fù)，故不能使用。8某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0100ppm時(shí)的輸入特性表示為Rx=x+250(k),用差動(dòng)法回答以下問題（其中R1=10M,E=2V）: · 利用最簡單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V0的關(guān)系圖。 · 利用電橋進(jìn)行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時(shí)X，V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng)30。C時(shí)，Rx=x+500(k)，在同一張圖上再加上X，V0的關(guān)系圖，然后進(jìn)行比較。 &#

29、183; 采用兩個(gè)差動(dòng)法的傳感器電路繪出20。C，30。C時(shí)X，V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進(jìn)行比較。答：20。C時(shí)，0100ppm對應(yīng)得電阻變化為250350 k。o V0在48.7867.63mV之間變化。 o 如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時(shí)，V0在018.85mV之間變化。30。C時(shí)V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。 20。C時(shí)，V0為018.85mV，30。C時(shí)V0為017.79mV，如果零點(diǎn)不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對（2）得情況來說有很大的改善。 9設(shè)阻抗Rs為1k俄信號源與100V的動(dòng)力線有50m的并行走線

30、距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。答：感應(yīng)電壓=2fCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1k, VN=100代入，并保證單位一致，得：感應(yīng)電壓=2*60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V10（1）采用超聲波或光脈沖信號，由從對象反射回來的脈沖的時(shí)間進(jìn)行距離檢測，空氣中的音速為340m/s，軟鋼中縱波的因素為5900 m/s，光的速度為3*108 m/s，求這三種情況下1 ms的往復(fù)時(shí)間對應(yīng)得距離。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，比較采用光脈沖所需要系統(tǒng)得信號處理速度要比采用超聲波脈沖時(shí)的系統(tǒng)速度快幾倍？（2）根據(jù)（1）的結(jié)果，討論利用脈沖往復(fù)時(shí)間測距

31、，采用超聲波和光波各有什么特點(diǎn)。答：（1）1 ms的時(shí)間內(nèi)超聲波在空氣和軟鋼中的傳播距離分別為0.17m和3.0m，而光的傳播距離為1.5*105 m，故要求有105倍高的處理速度。（2）采用光時(shí)，1m的處理速度只能測量100m以上的距離，不能進(jìn)行近距離測量。如果要求分辨力為1m，則要求10ns的處理速度。所以光脈沖法用于遠(yuǎn)距離分辨率要求不高的場合，而超聲波用于近距離測量。11為了實(shí)現(xiàn)以下目的，試從低通、高通、帶通和帶阻濾波中選擇最合適的一種：· 除去麥克風(fēng)中混入的廣播電波信號； · 從天線接收的電視波中僅選擇第三頻道； · 除去混入所取出的腦電波信號中的電力線頻

32、率（頻率為50Hz）干擾。 答：（1）因?yàn)橐ジ哳l成分，故選用低通濾波器。（2）要消除第二通道以下和第三通道以上的頻率成分，故選用帶通濾波器。（3）要消除特定成分的頻率成分，故選用帶阻濾波器。傳感器原理與應(yīng)用習(xí)題訓(xùn)練3 1鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。求鋼材的應(yīng)變。鋼材的應(yīng)變?yōu)?00*10-6時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少?答：是R/R=2（l/l）。因?yàn)殡娮枳兓适荝/R=0.001，所以l/l（應(yīng)變）=0.0005=5*10-4。答：因l/l=300*10-6，所以，R/R=2*300*10-6=6*10-4。2截面積為1mm2、長

33、度為100m銅線的電阻為多少？具有和它相同電阻的100m鋁線的截面積為多大？比較此時(shí)的鋁線重量和銅線重量。（5分） 試推導(dǎo)惠斯頓電橋輸入輸出之間的關(guān)系。（10分） 給出力平衡測量系統(tǒng)得一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，并給出系統(tǒng)的信號流方框圖。鉑線電阻在20。C時(shí)為10，求50。C時(shí)的電阻。 答：R=(l/S)中，(鎳)是（95104）*10-8·m，（銅）是1.72*10-8·m，所以R（鎳）/R（銅）=（鎳）/（銅）=（95104）/1.72=55.260.5。 圖1 圖2· 圖1所示的鉑測溫電阻元件，當(dāng)溫度由0。C上升到100。C時(shí)，電阻變化率R/

34、R0為多少?下圖2所示的熱敏電阻（R0=28k），其R/R0為多少?上圖1所示的鉑測溫電阻元件，在0200。C范圍內(nèi)的電阻溫度系數(shù)為多少？3要測1000。C左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500。C左右的高溫呢？（5分）答：若是1000。C鉻鎳-鋁鎳，鉑、銠-鉑，1500。C時(shí)，鉑、銠30%-鉑。4使用k型熱電偶，基準(zhǔn)接點(diǎn)為0。C、測量接點(diǎn)為30。C和900。C時(shí)，溫差電動(dòng)勢分別為1.203mV和37.326mV。當(dāng)基準(zhǔn)接點(diǎn)為30。C，測溫接點(diǎn)為900。C時(shí)的溫差電動(dòng)勢為多少？答：現(xiàn)t2=900。C ，t1=30。C ，基準(zhǔn)接點(diǎn)溫度為30。C ，測溫接點(diǎn)溫度為900。C時(shí)的溫差電動(dòng)勢設(shè)

35、為 E，則37.326=1.203+ E，所以E=36.123mV。 50。C時(shí)的電阻為100的鉑金熱電阻。300。C時(shí)的阻值按下面兩種方法計(jì)算，其結(jié)果之差換算成溫度差是多少？電阻用溫度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2）式中B=0，A=0.003851。C-1。（此時(shí)100。C時(shí)的電阻值為138.51） · 電阻值與溫度為二次函數(shù)關(guān)系。 · 用一次方程近似時(shí)，溫度誤差為多少？答：（1）RT=100（1+0.003851*t），以t=300。C代入，得RT=215.53。（2）RT=R0（1+At+Bt2）式中以t=300。C代入，得RT=212.05。（3）同（

36、2），算得t=310。C時(shí)電阻值為215.61，即溫度上升10。C電阻增加3.56。因此，由（215.53-212.05）/0.356=9.8算得誤差為9.8。C。  6某熱敏電阻0。C時(shí)電阻為30k,若用來測量100。C物體的溫度，其電阻為多少？設(shè)熱敏電阻的系數(shù)B為3450K。答： 式中以R0=3*104，B=3450，T=373.15和T0=273.15代入得RT=1.017k。7和人體體溫（36。C）相同的黑體，其熱輻射的分光輻射輝度為最大時(shí)波長為多少？（5分）答：將T=273.15+36=309.15代入m*T=2.8978*10-3m·K,得m=9.37*10-6

37、 m=9.37m。12在圖所示的電路中，差動(dòng)變壓器二次電壓的有效值，接頭c1d間是5V，接頭 c1 d1 間是3.5V。此時(shí)，電流表M上所流的電流是多少mA？這里兩個(gè)電阻各1k（二極管的電阻可認(rèn)為是0）。 電流i1，i2及i1-i2如下圖所示，i是通過電流表M的電流。時(shí)間0T/2中，i=i1-i1=1.5sint(mA),時(shí)間T/2 T中，i為0 （這里T是周期）。M的指示值是i在1個(gè)周期的平均值。因此，這里T=2。所以電容式傳感器復(fù)習(xí)題1以平板電容器為例說明電容式傳感器的基本工作原理及其特點(diǎn)。 答：（1）當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容C為，式中、S、r中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)， 就改變了

38、電容C。 （2）和S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；r的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。2電容式傳感器和電阻式傳感器相比，有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 答：溫度穩(wěn)定性好。結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。動(dòng)態(tài)響應(yīng)好?？梢詫?shí)現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)。3如何減小和消除電容傳感器寄生電容的影響？ 答：（1）增加原始電容值可減小寄生電容的影響。（2）注意傳感器的接地和屏蔽。（3）集成化技術(shù)：將傳感器與電子線路的前置級(集成化)裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去傳感器至前置級的電纜。（4）采用“驅(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)(也稱“雙層屏蔽等位傳輸”技術(shù))。（5）采用運(yùn)算放大器法（6）整體屏蔽法。4（1）何謂驅(qū)動(dòng)

39、電纜技術(shù)？請畫出其原理圖。 （2）采用該技術(shù)的目的是什么？ 解：（1）傳感器與測量電路前置級間的引線為雙屏蔽層電纜，其內(nèi)屏蔽層與信號傳輸線通過1：1放大器而為等電位，從而消除了芯線與內(nèi)屏蔽線之間的電容。外屏蔽層接大地用來防止外界電場的干擾。內(nèi)外屏蔽層之間的電容是1：1放大器的負(fù)載。5如圖所示的電路： 請問：（1）該電路是什么電路？電容C和Cx分別是什么電容？ （2）該電路有何特點(diǎn)？ （3） 請證明你的結(jié)論 解：（1）該電路是變間隙電容式傳感器的運(yùn)算放大器式電路。圖中Cx電容式傳感器電容，C為固定電容。 （2）由于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)非常大，而且輸入阻抗Zi很高，因此，輸出電壓與電源電壓反向，與

40、電容極板間距成線性關(guān)系。           （3）證明如下： 6右圖為電容測厚儀示意圖。請回答： （1）該傳感器屬于電容式傳感器三種結(jié)構(gòu)類型中的哪一種？ （2）該測量儀有沒有構(gòu)成差動(dòng)結(jié)構(gòu)？能否提高測量靈敏度？ （3）簡述其工作原理。 解：（1）差動(dòng)式變間距電容傳感器。 （2）能提高靈敏度，改善非線性。 （3）所測工件作為動(dòng)極板，其厚度發(fā)生改變，則與定極板的間距發(fā)生改變，使電容發(fā)生變化，通過測量電橋，得到電壓輸出，就可實(shí)現(xiàn)厚度測量。 7單組式變面積型平板線位移電容傳感器，極板寬度b=5mm，兩極板的間隙d=0.5mm， （1）試求其靜態(tài)靈敏度。（2）若極板相對位移2mm，求其電容變化量。解：（1） K=c/x=b/d=(8.85×10-12×5×10-3