傳感器原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)試題庫

.z傳感器原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)題庫第一章概述1、傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、根本電路三局部組成。62、傳感器圖用圖形符號(hào)由符號(hào)要素正方形和等邊三角形組成，正方形表示轉(zhuǎn)換元件，三角形表示敏感元件，“*〞表示被測量，“*〞表示轉(zhuǎn)換原理。7第二章傳感器的根本特性1、傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些.它們的意義是什么.答：1〕傳感器動(dòng)態(tài)特性主要有：時(shí)間常數(shù)τ；固有頻率；阻尼系數(shù)。2〕含義：τ越小系統(tǒng)需要到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間越少；固有頻率越高響應(yīng)曲線上升越快；當(dāng)為常數(shù)時(shí)響應(yīng)特性取決于阻尼比，阻尼系數(shù)越大，過沖現(xiàn)象減弱，時(shí)無過沖，不存在振蕩，阻尼比直接影響過沖量和振蕩次數(shù)。2、有一溫度傳感器，微分方程為，其中為輸出電壓〔mV),為輸入溫度〔℃〕。試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度。解：對(duì)微分方程兩邊進(jìn)展拉氏變換，Y(s)(30s+3)=0.15*(s)則該傳感器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：該傳感器的時(shí)間常數(shù)τ=10，靈敏度k=0.053、測得*檢測裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：*0.92.53.34.55.76.7y1.11.62.63.24.05.0試用最小二乘法原理擬合直線，求其線性度和靈敏度?！?0-12〕1、解:代入數(shù)據(jù)求得∴故：擬合直線靈敏度故：擬合直線靈敏度,線性度±7%。第三章電阻式傳感器1、何為電阻應(yīng)變效應(yīng).怎樣利用這種效應(yīng)制成應(yīng)變片.答：導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，同時(shí)機(jī)械變形會(huì)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)。(22)當(dāng)外力作用時(shí)，導(dǎo)體的電阻率、長度、截面積都會(huì)發(fā)生變化，從而引起電阻值的變化，通過測量電阻值的變化，檢測出外界作用力的大小?！?3〕2、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?yàn)闃?gòu)造上兩端電阻條的橫截面積大的應(yīng)變片橫向效應(yīng)較小。應(yīng)變片溫度誤差的主要來源有：一是應(yīng)變片本身電阻溫度系數(shù)α1的影響；二是試件材料線膨脹系數(shù)β1的影響。25應(yīng)變片溫度誤差補(bǔ)償?shù)哪康氖窍捎跍囟茸兓鸬膽?yīng)變輸出對(duì)測量應(yīng)變的干擾。26常用的應(yīng)變片溫度誤差補(bǔ)償方法有溫度自補(bǔ)償法、電橋線路補(bǔ)償法、輔助測量補(bǔ)償法、熱敏電阻補(bǔ)償法、計(jì)算補(bǔ)償法等。26圖3-283、在以鋼為材料的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應(yīng)變片R1和R2〔如圖3-28a所示〕，把這兩應(yīng)變片接入電橋〔見圖3-28b〕。假設(shè)鋼的泊松系數(shù)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k=2，電橋電源電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測得應(yīng)變片R1的電阻變化值。試求：①軸向應(yīng)變；②電橋的輸出電壓。29圖3-28解1：1〕則軸向應(yīng)變?yōu)椋?〕電橋的輸出電壓為：解2：4、一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖3-29a所示。R1、R2、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=2×1011N/m2，泊松比，且R1=R2=R3=R4=120Ω,所組成的全橋型電路如題圖3-29b所示，供橋電壓U=2V?，F(xiàn)測得輸出電壓U0=2.6mV。求：①等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌?②力F為多少.29解：圖3-29圖3-29半橋電壓靈敏度是單臂電橋的2倍，全橋電壓靈敏度是單臂電橋的4倍。29第四章電容式傳感器電容式傳感器可分為3種構(gòu)造形式，分別是：變面積型電容式傳感器、變極距型電容式傳感器和變介質(zhì)型電容式傳感器。431、一平板式電容位移傳感器如圖4-5所示，：極板尺寸，極板間隙，極板間介質(zhì)為空氣。求該傳感器靜態(tài)靈敏度；假設(shè)極板沿方向移動(dòng)，求此時(shí)電容量。47解：對(duì)于平板式變面積型電容傳感器，它的靜態(tài)靈敏度為：極板沿*方向相對(duì)移動(dòng)2mm后的電容量為：差動(dòng)式變極距型電容傳感器，假設(shè)初始容量，初始距離，當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板位移了時(shí)，試計(jì)算其非線性誤差。假設(shè)改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差有多大.474.3解：假設(shè)初始容量，初始距離，當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板位移了時(shí)，非線性誤差為：故：改為單極平板電容，初始值不變，其非線性誤差為：故：4.7壓差傳感器構(gòu)造如圖4-30a所示，傳感器接入二極管雙T型電路，電路原理示意圖如圖4-30b所示。電源電壓UE=10V，頻率f=1MHz，R1=R2=40kΩ，壓差電容C1=C2=10pF，RL=20kΩ。試分析，當(dāng)壓力傳感器有壓差PH＞PL使電容變化ΔC=1pF時(shí)，一個(gè)周期負(fù)載電阻上產(chǎn)生的輸出電壓URL平均值的大小與方向。54b)圖4-304.7解：當(dāng)時(shí)，；b)圖4-30由于，電壓UE的負(fù)半周占優(yōu)勢，故的方向下正上負(fù)。電容式傳感器的測量電路有：交流電橋、二極管雙T型電路、差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路和運(yùn)算放大電路。49-52第五章電感式傳感器1、何謂電感式傳感器.電感式傳感器分為哪幾類.各有何特點(diǎn).58答：電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實(shí)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。2、電感式傳感器根據(jù)工作原理可以分為：自感式電感傳感器和互感式電感傳感器；根據(jù)構(gòu)造可以分為：變磁阻式、渦流式和變壓器式。3、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(dòng)形式，轉(zhuǎn)換電路采用相敏檢波電路可有效改善線性度。4、說明產(chǎn)生差動(dòng)電感式傳感器零位剩余電壓的原因及減小此電壓的有效措施。65答：差動(dòng)變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時(shí)，在零點(diǎn)附近總有一個(gè)最小的輸出電壓，將鐵芯處于中間位置時(shí)，最小不為零的電壓稱為零點(diǎn)剩余電壓。產(chǎn)生零點(diǎn)剩余電壓的主要原因是由于兩個(gè)次級(jí)線圈繞組電氣系數(shù)〔互感M、電感L、阻R〕不完全一樣，幾何尺寸也不完全一樣，工藝上很難保證完全一致。5、為減小零點(diǎn)剩余電壓的影響，除工業(yè)上采取措施外，一般要用電路進(jìn)展補(bǔ)償：①串聯(lián)電阻；②并聯(lián)電阻、電容，消除基波分量的相位差異，減小諧波分量；③加反應(yīng)支路，初、次級(jí)間參加反應(yīng)，減小諧波分量；④相敏檢波電路對(duì)零點(diǎn)剩余誤差有很好的抑制作用。6、為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圍.63答：螺線管式差動(dòng)變壓器傳感器利用互感原理，構(gòu)造是：塑料骨架中間繞一個(gè)初級(jí)線圈，兩次級(jí)線圈分別在初級(jí)線圈兩邊，鐵心在骨架中間可上下移動(dòng)，根據(jù)傳感器尺寸大小它可測量1~100mm圍的機(jī)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(dòng)線性圍很小，因此測量圍受到限制。7、什么叫電渦流效應(yīng).說明電渦流式傳感器的根本構(gòu)造與工作原理。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(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體部會(huì)產(chǎn)生一圈圈閉和的電流，這種電流叫電渦流，這種現(xiàn)象叫做電渦流效應(yīng)。682〕形成渦流必須具備兩個(gè)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(shí)，導(dǎo)體部就會(huì)產(chǎn)生渦流，這個(gè)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。68第六章磁電、磁敏式傳感器1、磁電感應(yīng)式傳感器根據(jù)構(gòu)造可以分為恒磁通式和變磁通式兩種。752、磁阻效應(yīng)：指長方形半導(dǎo)體晶片受到與電流方向垂直的磁場作用時(shí)，不但產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，還會(huì)出現(xiàn)電流密度下降、電阻率增大的現(xiàn)象。所選半導(dǎo)體晶片尺寸不同，電阻值增大也不同。863、說明磁電感應(yīng)式傳感器產(chǎn)生誤差的原因及補(bǔ)償方法。答：磁電感應(yīng)式傳感器兩個(gè)根本元件，即永久磁鐵和線圈，永久磁鐵在使用前需要有穩(wěn)定性處理，主要是線圈中電流產(chǎn)生的磁場對(duì)恒定磁場的作用〔稱為線圈磁場效應(yīng)〕是不能忽略的，需要采用補(bǔ)償線圈與工作線圈相串聯(lián)加以補(bǔ)償。當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)傳感器溫度誤差較大，必須加以補(bǔ)償。4、為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率較高時(shí)，將隨頻率增加而下降.答：因?yàn)榇烹姼袘?yīng)式傳感器的靈敏度為，振動(dòng)頻率過高時(shí)，線圈阻抗增大，使傳感器靈敏度隨振動(dòng)頻率增加而下降。5、什么是霍爾效應(yīng).80通電的導(dǎo)體〔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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。6、霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些.霍爾電勢不為零的原因是，霍爾引出電極安裝不對(duì)稱，不在同一等電位面上；鼓勵(lì)電極接觸不良，半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因。7、*一霍爾元件尺寸為，,，沿方向通以電流，在垂直于和的方向加有均勻磁場，靈敏度為，試求輸出霍爾電勢及載流子濃度。解：所以：輸出霍爾電勢：所以：載流子濃度為：所以：載流子濃度為：第七章壓電元件和超聲波傳感器1、什么是壓電效應(yīng).什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng).94答：*些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)外表上產(chǎn)生符號(hào)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(shí)，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(duì)晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。2、用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測量加速度，：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)器加速度到達(dá)最大值時(shí)，相應(yīng)輸出電壓幅值為2V，試求該機(jī)器的振動(dòng)加速度。解：當(dāng)輸出幅值為2V時(shí)，機(jī)器振動(dòng)加速度為：第八章光電效應(yīng)及光電器件1、光電效應(yīng)可以分為外光電效應(yīng)和光電效應(yīng)。光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。1142、什么是光電效應(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：光照射在*些物質(zhì)上，使該物質(zhì)吸收光能后，電子的能量和電特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。1141〕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(dòng)勢的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，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(qiáng)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(shí)物體中能產(chǎn)生一定方向電動(dòng)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，物體的電子逸出物體外表向外發(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。3、普通光電器件都有哪些主要特性和參數(shù).120答：光照特性；光譜特性；伏安特性；溫度特性；頻率特性等.莫爾條紋：指當(dāng)指示光柵與主光柵的線紋相交一個(gè)微小的夾角，由于擋光效應(yīng)或光的衍射，這時(shí)在與光柵線紋大致垂直的方向上，即兩刻線交角的二等分線處，產(chǎn)生明暗相間的條紋。1324、莫爾條紋的特點(diǎn)是什么.132答：〔1〕莫爾條紋間距對(duì)光柵柵距具有放大作用?！?〕莫爾條紋對(duì)光柵柵距局部誤差具有誤差平均效應(yīng)，莫爾條紋的大柵線對(duì)光柵的刻劃誤差有平均作用。第十二章熱電式傳感器1、什么是熱電效應(yīng).熱電偶測溫回路的熱電動(dòng)勢由哪兩局部組成.由同一種導(dǎo)體組成的閉合回路能產(chǎn)生熱電勢嗎.194-196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(gè)結(jié)點(diǎn)有溫差時(shí)，導(dǎo)體回路里有電流流動(dòng)會(huì)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局部組成。3〕