傳感器習題庫

1、課題一傳感器與檢測技術(shù)的基礎(chǔ)理論1- 1有一數(shù)字溫度計，它的測量范圍為-50+150°C，精度為0.5級。求當示值分別為-20°C、+100°C時的絕對誤差及示值相對誤差。1- 2欲測240V電壓，要求測量示值相對誤差不大于±0.6%，問選用量程為250V電壓表，其精度為哪級？若選用量程為300V和500V電壓表，其精度又為哪級？1- 3已知待測電壓約為80V左右。現(xiàn)有兩只電壓表，一只為0.5級，測量范圍為0300V，另一只為1.0級，測量范圍為0100V。問選用哪一只電壓表測量較好？為什么？1- 4用一臺三位數(shù)字電子溫度計測量溫度，數(shù)字面板上顯示如圖1

2、1所示的數(shù)值，求該儀表的分辨力、被測溫度值、示值相對誤差、滿意相對誤差。（提圖11數(shù)字式電子溫度計面板示意圖示：該三位數(shù)字表的量程上限為199.9°C）1- 5有一臺測量壓力的儀表，測量范圍為0106p，壓力p與儀表輸出電壓之a(chǎn)間的關(guān)系為=a+ap+ap2o012式中，a=2mV,a=10mV/（105P）,a=O.5mV/（1O5P）2，求：01a2'a1）該儀表的輸出特性方程。2）畫出輸出特性曲線示意圖（x軸、y軸均要標出單位）。3）該儀表的靈敏度表達式。4）畫出靈敏度曲線圖。5）該儀表的線性度。1- 6檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用。1- 7非電量的電測法有哪

3、些優(yōu)點？1-8測量穩(wěn)壓電源輸出電壓隨負載變化的情況時，應當采用何種測量方法？如何進行？1-9某線性位移測量儀，當被測位移由4.5mm變到5.0mm時，位移測量儀的輸出電壓由3.5V減至2.5V,求該儀器的靈敏度。1-10某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下鉑電阻溫度傳感器：電橋：放大器：筆式記錄儀：求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度；0.350；°C0.01V0100（放大倍數(shù)）0.1cm.V2)紀錄儀筆尖位移4cm時。所對應的溫度變化值。1-11有三臺測溫儀表，量程均為0600。C,精度等級分別為2.5級、2.0級和1.5級，現(xiàn)要測量500。C的溫度，要求相對誤差不超過2.5%

4、，選哪臺儀表合理？1-12什么是系統(tǒng)誤差和隨機誤差？正確度和精密度的含義是什么？它們各反映何種誤差？1-13服從正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差有哪些特征？1-14等精度測量某電阻10次，得到的測量值如下：R1=167.950R2=167.450R=167.600R=167.60034R=167.870R=167.88056R=168.000R=167.85078R=167.820R=167.600910(1)求10次測量的算術(shù)平均值R，測量的標準誤差b和算術(shù)平均值的標準誤差s；2)若置信概率取99.7%，寫出被測電阻的真值和極限值。課題二電阻式傳感器2- 1彈性元件在傳感器中起什么作用？2- 2試列舉

5、金屬絲電阻應變片與半導體應變片的相同點和不同點。2- 3繪圖說明如何利用電阻應變片測量未知的力。2- 4熱電阻傳感器有哪幾種？各有何特點及用途？2- 5簡要說明氣敏、濕敏電阻傳感器的工作原理并舉例說明它們的用途。2- 6電阻應變片阻值為1200，靈敏系數(shù)K=2,沿縱向粘貼于直徑為0.05m的圓形鋼柱表面，鋼材的E二2xlOiiNm2，卩二0.3。求鋼柱受10t拉力作用時,應變片的相對變化量。又若應變片沿鋼柱圓周方向粘貼、受同樣拉力作用時,應變片電阻的相對變化量為多少？2- 7有一額定負荷為2t的圓筒荷重傳感器，在不承載時，四片應變片阻值均為1200，傳感器靈敏度為0.82mV.'V，應

6、變片的K=2，圓筒材料的卩二0.3,R沿軸向粘貼，R、R324R、R的阻值；3）電橋24電橋電源電壓U=2V，當承載為0.5t時（R、i1沿圓周方向粘貼），求：1）R、R的阻值；2）13輸出電壓U；4）每片應變片功耗P。2-8ow有一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖31所示。R、R、R、R貼1324在等截面軸上。已知等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E為2.0x10iiN；m2，泊松比為0.30。R、R、R、R標稱阻值均為1200，'1324靈敏度為2.0,他們組合橋如圖b所示，橋路電壓為2V,測得輸出電壓為2.6mV。求：1）等截面軸的縱向及橫向應變。RRR234圖31測

7、量吊車起吊重物重量的拉力傳感器示意圖2）重物m有多少噸？2-9有一應變式等強度懸臂梁式力傳感器，如圖32所示。假設(shè)懸臂梁的熱膨脹系數(shù)與應變片中的電阻熱膨脹系數(shù)相等，R=R，構(gòu)成半橋雙臂電路。1）求12證：該傳感器具有溫度補償功能；2）設(shè)懸臂梁的厚度5二0.5mn，長度l=15mn，0固定端的寬度b二18mn，材料的彈性模量E二2.0x105N；m2，橋路的輸入電壓U=2V，輸出電壓為l.OmV,K=2.0。求作用力F。i圖32應變式等強度懸臂梁力傳感器2-10銅電阻的阻值R與溫度t的關(guān)系可用下式表示tR=R(1+at)t0已知銅電阻的R為500，溫度系數(shù)a為4.28x10-3,2C，求當溫度為

8、100°C時0'的銅電阻阻值。2-11直流測量電橋和交流測量電橋有什么區(qū)別？2-12熱電阻測溫時采用何種測量電路？為什么要采用這種測量電路？說明這種電路的工作原理。2-13采用阻值為120Q、靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應變片和阻值為120Q的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V,并假定負載電阻無窮大。當應變片上的應變分別為1皿和1000皿時，試求單臂工作電橋、雙臂工作電橋以及全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。2-14采用阻值R=1200，靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應變片與阻值R=1200的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V,當應變片應變?yōu)?000茁時，若要使

9、輸出電壓大于10mV，則可采用何種接橋方式(設(shè)輸出阻抗為無窮大)？2-15下圖所示為一直流電橋，供電電源電動勢E=3V，R=R=1000，R和R3412為相同型號的電阻應變片，其電阻均為1000，靈敏度系數(shù)K=2.0。兩只應變片分別粘貼于等強度梁同一截面的正反兩面。設(shè)等強度梁在受力后產(chǎn)生的應變?yōu)?000皿，試求此時電橋輸出端電壓U。ORFR2課題三電容式傳感器3- 1電容式傳感器有什么特點？試舉出你所知道的電容傳感器的實例。3- 2圖5-18所示為差動筒形電容傳感器及轉(zhuǎn)換電路。求證：當測桿上升H時，3- 3糧食部門在收購、存儲糧食時，需測定糧食的干燥程度，以防霉變。請你根據(jù)已學過的知識設(shè)計一個

10、糧食水份含量測試儀（畫出原理圖、傳感器簡圖，并簡要說明它的工作原理及優(yōu)缺點）。3- 4試分析變面積式電容傳感器和變間隙式電容傳感器的靈敏度？為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應注意什么問題？3- 5為什么說變間隙型電容傳感器特性是非線性的？采取什么措施可改善其非線性特征？3- 6有一平面直線位移型差動電容傳感器其測量電路采用變壓器交流電橋，結(jié)構(gòu)組成如圖所示。電筒傳感器起始時b=b=b=20mm,a=a=a=10mm,1212極距d=2mm，極間介質(zhì)為空氣，測量電路中u=3sin®tV,且u=u。試求ii動極板上輸入一位移量Ax=5mm時的電橋輸出電壓u。03- 7變間隙電容傳感器

11、的測量電路為運算放大器電路,如圖所示。傳感器的起始電容量C=20pF，定動極板距離d=1.5mm，C=10pF，運算放大器為x000理想放大器（即KTa，ZTa），R極大，輸入電壓u=5sinetV。求當ifi電容傳感器動極板上輸入一位移量Ax=0.15mm使d減小時，電路輸出電壓0u為多少？03-8如圖所示正方形平板電容器，極板長度a=4cm，極板間距離6=0.2mm。若用此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，£二8.85x10-12F/m。課題四電感式傳感器4- 1電感式傳感器有幾大類？各有何特點？4- 2什么叫零點殘余電壓？

12、產(chǎn)生的原因是什么？4- 3圖4-24所示是一種差動整流的電橋電路，電路由差動電感傳感器Z、Z以12及平衡電阻R、R（R=R）組成。橋的一個對角線接有交流電源U,1212i另一個對角線為輸出端U。試分析該電路的工作原理。oTR3R4R2VD3VD4VD2Z1VD1C2-p0L為傳感器的兩差2u為電源電壓。試圖4-24差動整流電橋電路4- 4差動變壓器式“差壓變送器”見圖4-16，其差壓與膜盒撓度的關(guān)系、差動變壓器銜鐵的位移與輸出電壓的關(guān)系如圖所示。求：當輸出電壓50mV時，差壓P1-P2為多少帕斯卡？4- 5用一電渦流式測振儀測量某種機器主軸的軸向振動，已知傳感器的靈敏度為20mV/mm。最大線

13、性范圍為5mm。現(xiàn)將傳感器安裝在主軸的右側(cè)，如圖4-26b所示。問：1）傳感器與被測金屬的安裝距離l為多少毫米時可得到良好的測量效果？2）軸向振幅的最大值是多少？3）主軸振動的基頻f是多少？4- 6影響差動變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？4- 7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？4- 8試說明圖所示的差動相敏檢波電路的工作原理。4- 9如圖所示的差動電感式傳感器的橋式測量電路，L、1動電感線圈的電感，其初始值均為L。R、R為標準電阻，0寫出輸出電壓u與傳感器電感變化0量AL間的關(guān)系。4-10如圖所示為一差動整流電路，試分析電路的工作原理。圖6-9壓電式加速

14、度傳感器測振示意圖1傳感器2機器3底座口yy課題五壓電式傳感器5- 1什么是壓電效應？以石英晶體為例說明壓電晶體是怎樣產(chǎn)生壓電效應的？5- 2常用的壓電材料有哪些？各有哪些特點？5- 3壓電式傳感器能否用于靜態(tài)測量？為什么？5-4某壓電式壓力傳感器的靈敏度為8x10-4pCP，假設(shè)輸入壓力為3x105Paa時的輸出電壓式IV,試確定傳感器總電容量。5- 5用壓電式加速度計及電荷放大器測量振動，若傳感器靈敏度為7pCg(g為重力加速度)，電荷放大器靈敏度為100mVipC，試確定輸入3g加速度時系統(tǒng)的輸出電壓。5- 6圖6-9所示是用壓電式傳感器和電荷放大器測量某種機器的振動，已知傳感器的靈敏度

15、為100pG/g,電荷放大器的反饋電容Cf=0.01uF,測得輸出電壓峰值為Uom=0.4V,振動頻率為100Hz。1) 求機器振動的加速度最大值am(m/s2);2) 假定振動為正弦波，求振動的速度v(t)；3) 求出振動的幅度的最大值xm0提示：5- 7根據(jù)圖6-10所示石英晶體切片上的受力方向，標出晶體切片上產(chǎn)生電荷的圖6-10石英晶片的受力示意圖5- 8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？5- 9一壓電式傳感器的靈敏度K=10pC/mPa，連接靈敏度K=0.008V/pC的12電荷放大器，所用的筆式記錄儀的靈敏度K3=25mm/V,當壓力變化Ap=8mPa寸，紀錄筆

16、在記錄紙上的偏移為多少？5- 10某加速度計的校準振動臺，它能作50HZ和1g的振動，今有壓電式加速度計出廠時標出靈敏度K100mV/g，由于測試要求需加長導線，因此要重新標定加速度計靈敏度，假定所用的阻抗變換器放大倍數(shù)為1，電壓放大器放大倍數(shù)為100，標定時晶體管毫伏表上指示為9.13V試畫出標定系統(tǒng)的框圖，并計算加速度計的電壓靈敏度。課題六磁電式傳感器6- 1說明磁電式傳感器的基本工作原理6- 2試通過轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的實例說明磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的應用。6- 3磁電式振動傳感器與磁電式轉(zhuǎn)速傳感器在工作原理上有什么區(qū)別？6- 4采用SZMB-3型磁電式傳感器測量轉(zhuǎn)速，當傳感器輸出頻率為lKhZ的正

17、弦波信號時，被測軸的轉(zhuǎn)速是多少？6- 5磁電式傳感器能否檢測表面粗糙度？試繪出其原理圖。6- 6請寫出你認為可以用霍爾傳感器來檢測的物理量。6- 7圖8-11是霍爾式鉗型電流表結(jié)構(gòu)圖，請你分析它的工作原理。6- 8圖8-12是霍爾式加速度計示意圖，請你分析其工作原理。6- 9請你設(shè)計一種霍爾式液位控制器，要求：1）畫出磁路系統(tǒng)示意圖；2）畫出電路原理簡圖；3）簡要說明其工作原理。6- l0請你在分析了圖8-6至8-l2以后，說出在這幾個霍爾傳感器應用的實例中，哪幾個采用的是線性霍爾集成電路？哪幾個采用的是開關(guān)型霍爾集成電路？6-ll什么是霍爾效應？6- l2為什么導體材料和絕緣體材料均不宜做成

18、霍爾元件？6- l3為什么霍爾元件一般采用N型半導體材料？6- l4霍爾靈敏度與霍爾元件厚度之間有什么關(guān)系？6-l5什么是霍爾元件的溫度特性？如何進行補償？6-l6集成霍爾傳感器有什么特點？6-l7寫出你認為可以用霍爾傳感器來檢測的物理量。6-l8設(shè)計一個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，并簡要說明其工作原理。6-l9下圖是一個采用霍爾傳感器的鉗型電流表結(jié)構(gòu)圖，試分析它的工作原理。6-20通過一個實例說明開關(guān)型集成霍爾傳感器的應用。課題七熱電偶傳感器7- 1什么是金屬導體的熱電效應？試說明熱電偶的測量原理。7- 2試分析金屬導體產(chǎn)生接觸電動勢的原因。7- 3補

19、償導線的作用是什么？使用補償導線的原則是什么？7- 4簡述熱電偶的幾個重要定律，并分別說明它們的實用價值。7- 5試證明圖9-17所示熱電偶回路中，加入第三種材料C,第四種材料D（無論插入何處），只要插入材料兩端溫度相同，則回路總電動勢不變na>nB,t>t0）。t0圖9-17熱電偶測量回路7- 6用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測溫度，已知冷端溫度為40°C，用高精度毫伏表測得這時的熱電動勢為29.188mV，求被測點溫度。7- 7圖9-18所示鎳鉻-鎳硅熱電偶，A'、B'為補償導線，Cu為銅導線，已知接線盒1的溫度t1=40.0C,冰水溫度t2=0.0C,接線

20、盒2的溫度t3=20.0C。接線盒1冰瓶接線盒2圖9-18采用補償導線的鎳鉻鎳硅熱電偶測溫示意圖1）當U3=39.310mV時，計算被測點溫度t。2）如果A'、B'換成銅導線，此時U3=37.699mV，再求t.7- 8圖9-19所示熱電偶測溫線路，A、B為熱電極，A'、B'是兩種廉價金屬，它們的電子濃度之比相等，即nA/nA'=nB/nB'。1）求證：A'、B'與A、B連接后總的Uo僅取決于A、B及T、To,而與Ta及A'、B'無關(guān)。2）A'、B'在測量中起什么作用？7- 9試述熱電偶冷端溫度補償

21、的幾種主要方法和補償原理。7- 10已知鉑銠I。-鉑（S）熱電偶的冷端溫度1=25£,現(xiàn)測得熱電動勢E（t,t）=11.712mV，求熱端溫度t是多少攝氏度？07-11已知鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶的熱端溫度t=800oC，冷端溫度t=25°C，求E（t,t）是多少毫伏？07- 12現(xiàn)用一支鎳鉻-康銅（E）熱電偶測溫，其冷端溫度為30C，動圈顯示儀表（機械零位在0C）指示值為400C，則認為熱端實際溫度為430C，對不對？為什么？正確值是多少？7- 13如圖所示之測溫回路，熱電偶的分度號為K,儀表的示值應為多少攝氏度？400。C300。C7- 14用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測量某

22、爐溫的測量系統(tǒng)如圖所示，已知：冷端溫度固定在0C，t=30C，儀表指示溫度為210C，后來發(fā)現(xiàn)由于工作上的0疏忽把補償導線A'和B'相互接錯了，問：爐溫的實際溫度t為多少攝氏度？圖9-19熱電偶測溫線路課題八光電傳感器8- 1光電效應有哪幾種？與之對應的光電元件各是哪些？請簡述其特點。8- 2光電傳感器可分為哪幾類？請各舉出幾個例子加以說明。8- 3某光敏三極管在強光照時的光電流為2.5mA，選用的繼電器吸合電流為50mA，直流電阻為250?，F(xiàn)欲設(shè)計兩個簡單的光電開關(guān)，其中一個是有強光照時繼電器吸合，另一個相反，是有強光照時繼電器釋放。請分別畫出兩個光電開關(guān)的電路圖（采用普通三

23、極管放大），并標出電源極性及選用的電壓值。8- 4某光電開關(guān)電路如圖7-23所示，請分析其工作原理，并說明各元件的作用，該電路在無光照的情況下繼電器K是處于吸合還是釋放狀態(tài)？8- 5某光電池的光電特性如圖7-16所示，請你設(shè)計一個較精密的光電池測量電路。要求電路的輸出電壓U。與光照度成正比，且當光照度為10001X時輸出電壓U。=4V。5VrpMVD2iR丿一1_/VrxiCC40106圖7-23光電開關(guān)電路8- 6造紙工業(yè)中經(jīng)常需要測量紙張的“白度”以提高產(chǎn)品質(zhì)量，請你設(shè)計一個自動檢測紙張“白度”的測量儀，要求：1）畫出傳感器簡圖；2）畫出測量電路簡圖；3）簡要說明其工作原理。8- 7常用的

24、半導體光電元件有哪些？它們的圖形符號如何？8- 8對每種半導體光電元件，畫出一種測量電路。8- 9什么是光電元件的光譜特性？8- 10光電傳感器由那些部分組成？被測量可以影響光電傳感器的那些部分？8- 11模擬式光電傳感器有哪幾種常見形式？8- 12光纖傳感器有那兩種類型？說明各自的工作原理。8- 13紅外線的特性是什么？它與一般光線有什么不同？8-14紅外探測器有幾種？它們有什么不同？8-15請用紅外傳感器設(shè)計一臺紅外防盜裝置（畫出它的示意圖），并說明其工作原理？8-16激光是怎樣形成的？它具有哪些特點？8-17激光器有幾種？各自的特點是什么？8-18請用激光傳感器設(shè)計一臺激光測量汽車速度的裝置（畫出示意圖），并論述其測速的基本工作原理。課題九半導體傳感器1-1簡要說明氣體傳感器有哪些種類，并說明它們各自的工作原理和特點。1-2說明含水量檢測與一般的濕度檢測有什么不同。1-3煙霧檢測與一般的氣體檢測有什么不同。1-4根據(jù)所學知識試畫出自動吸排油煙機的電路原理框圖，并分析其工作過程1-5目前濕度檢測研究的主要方向是什么。課題十聲波傳感器10- 1什么是縱波、橫波和表面波？它們各有什么不同？10- 2什么是反射定律和折射定律？舉例說明如何用這兩個定律進行測量？10- 3用超聲波探頭測工件時，往往要在