測(cè)試技術(shù)與信息處理-第2章習(xí)題與答案

一、判斷題(本題共10分，對(duì)則打“廠，不對(duì)則打“X”)壓電傳感器的電壓靈敏度及電荷靈敏度不受外電路的影響。(v)將傳感器做成差動(dòng)式可以提高靈敏度、改善非線性、實(shí)現(xiàn)某些補(bǔ)償。(V)3．壓電式傳感器在后接電荷放大器時(shí)，可基本消除電纜電容的影響，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變化緩慢的被測(cè)量的測(cè)量。(V)4．只要保證兩組相對(duì)橋臂阻抗大小之積相等這一條件，就可使直流電橋及交流電橋達(dá)到平衡。(X)5．磁電式傳感器由于存在運(yùn)動(dòng)部分，因此不能用于高頻測(cè)量。(X)6．測(cè)量小應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度高的金屬應(yīng)變片；測(cè)量大應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度低的半導(dǎo)體應(yīng)變片。(V)7．由于霍爾式傳感器輸出的霍爾電勢(shì)與控制電流及所處的磁場強(qiáng)度的乘積成正比，因此可用作乘法器。(V)8．壓電式傳感器的電荷靈敏度與外電路(連接電纜、前置放大器)無關(guān)，電壓靈敏度則受外電路的影響。(V)9．用差動(dòng)變壓器式電感傳感器測(cè)量位移時(shí)，直接根據(jù)其輸出就能辨別被測(cè)位移的正負(fù)極性。(X)10．半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度比金屬應(yīng)變片高，線性和穩(wěn)定性也比后者好。(X)11．差動(dòng)螺管式自感傳感器與差動(dòng)變壓器式互感傳感器的結(jié)構(gòu)相似，都是把被測(cè)位移的變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化。(X)12．由于線圈可以做得比較輕巧，因此動(dòng)圈式磁電傳感器可以用來測(cè)量變化比較快的被測(cè)量，而動(dòng)鐵式磁電傳感器則不能。(X)13．壓電式傳感器的電荷靈敏度只取決于壓電材料本身，而電壓靈敏度則還與外電路的電氣特性有關(guān)。(V)14．測(cè)量小應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用金屬絲應(yīng)變片，測(cè)量大應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用半導(dǎo)體應(yīng)變片。(X)15．測(cè)量小應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度高的金屬絲應(yīng)變片，測(cè)量大應(yīng)變時(shí)，應(yīng)選用靈敏度低的半導(dǎo)體應(yīng)變片。(V)16．作為溫度補(bǔ)償?shù)膽?yīng)變片應(yīng)和工作應(yīng)變片作相鄰橋臂且分別貼在與被測(cè)試件相同的置于同一溫度場的材料上。(V)17．交流電橋可測(cè)靜態(tài)應(yīng)變，也可測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變。(V)18.電荷放大器使壓電加速度計(jì)輸出的電荷量得到放大，由此而得電荷放大器的名稱。(V)19．由于存在橫向效應(yīng)，所以用金屬絲應(yīng)變片單獨(dú)測(cè)定橫向應(yīng)變時(shí)，其靈敏度比測(cè)定縱向應(yīng)變要低。(V)接觸式測(cè)溫是基于熱平衡原理進(jìn)行的，非接觸式測(cè)溫是基于熱輻射原理進(jìn)行的。(V)同一材料構(gòu)成的熱電偶，即使兩端點(diǎn)溫度不等，也不會(huì)形成熱電勢(shì)。(V)壓電式傳感器與電壓放大器配合使用時(shí)，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。(X)二、填空1．某些傳感器常做成差動(dòng)式使用，其優(yōu)點(diǎn)是（提高靈敏度），（改善非線性）和（實(shí)現(xiàn)某些補(bǔ)償）。2．壓電式傳感器的后面可連接兩種測(cè)量電路，它們是（電壓放大器），（電荷放大器）。3．金屬應(yīng)變片是基于材料的（應(yīng)變）效應(yīng)工作的，半導(dǎo)體應(yīng)變片是基于材料的（壓阻）效應(yīng)工作的，壓電傳感器是基于材料的（壓電）效應(yīng)工作的。4．屬于結(jié)構(gòu)型傳感器的有（電感傳感器）、（磁電傳感器）等，屬于物性型傳感器的有（壓電傳感器）、（霍爾傳感器等）。5．出于負(fù)載效應(yīng)的考慮，壓電式加速度計(jì)的質(zhì)量應(yīng)盡可能地（?。?．光柵傳感器具有（平均）作用，它可基本上消除柵線刻劃誤差的影響。7．差動(dòng)變壓器式傳感器是將被測(cè)位移量的變化轉(zhuǎn)換成線圈（互感系數(shù)）的變化，通常兩個(gè)次級(jí)線圈要求（反串）連接。8．用電容式傳感器測(cè)量液位、薄膜厚度等參數(shù)時(shí)，其型式屬于（變介質(zhì)）。9．壓電效應(yīng)有四種：（縱向壓電效應(yīng)）、（橫向壓電效應(yīng)）、（切向壓電效應(yīng)）、（逆壓電效應(yīng)）。10．熱電偶是基于某些金屬或半導(dǎo)體材料的（熱電）效應(yīng)工作的。11．傳感器的作用是（感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成便于進(jìn)一步處理的電量或電參數(shù)），它通常由（敏感元件）元件和（轉(zhuǎn)換元件）元件兩部分組成。12．在各種型式的電容傳感器中，以（變間隙）型電容傳感器的靈敏度最高。13．光電元件是基于半導(dǎo)體材料的（光電效應(yīng)）效應(yīng)工作的。14．壓電式傳感器在后接（電壓）放大器時(shí)，由于電路存在比較明顯的放電效應(yīng)，因此不能對(duì)緩慢變化的被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量。15．將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成敏感元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化的傳感器稱為（結(jié)構(gòu)）型傳感器，利用敏感元件材料物理性質(zhì)的某一特點(diǎn)工作的傳感器稱為（物性）型傳感器。三、選擇正確的答案填空。（10分）1．半導(dǎo)體應(yīng)變片是基于材料的（B）工作的。B.壓阻效應(yīng)B.壓阻效應(yīng)D.壓電效應(yīng)B.面積變化型）。B.半橋雙臂各并聯(lián)一片電阻應(yīng)變片;D.增加應(yīng)變片的電阻值。的物理性質(zhì)變化而工作的物性型傳B.電容式C.熱電效應(yīng)2．電容傳感器中靈敏度最高的是（A）。極距變化型C.介質(zhì)變化型3．為提高應(yīng)變電橋的靈敏度，可采?。–A.半橋雙臂各串聯(lián)一片電阻應(yīng)變片；C.適當(dāng)提高供橋電源的電壓；4．（D）傳感器屬于根據(jù)敏感元件材料A.電感式C.磁電式D.壓電式5．在電容傳感器的測(cè)量電路中，（C）可以使輸出電壓的幅值與傳感器極板間隙成正比A.交流電橋B.調(diào)頻電路C.運(yùn)算式電路6．電阻應(yīng)變片的靈敏度定義為（B）。A.應(yīng)變片的電阻變化與應(yīng)變之比；氏應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與應(yīng)變之比；C.應(yīng)變片的電阻變化與形變之比；D.應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與形變之比。7．可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的傳感器是（D）。A.差動(dòng)變壓器B.壓電傳感器C.變阻器式傳感器D.渦流式傳感器8．下述參量的測(cè)量屬于間接測(cè)量法的是（D）。A.用天平測(cè)量物體質(zhì)量；B.用彈簧秤稱物體重量；C.聲級(jí)計(jì)測(cè)聲強(qiáng)級(jí)；D.線圈靶測(cè)速。9．磁感應(yīng)測(cè)速傳感器中的速度線圈之所以用兩個(gè)線圈串聯(lián)而成，其作用主要為（D）。提高傳感器的靈敏度及改善線性；提高傳感器的靈敏度及改善頻響特性；改善傳感器的頻響特性及補(bǔ)償永久磁鐵在線圈鐵心垂直方向上的微小跳動(dòng)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響；

提高傳感器的靈敏度及補(bǔ)償永久磁鐵在線圈鐵心垂直方向上的微小跳動(dòng)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響；10．壓電式加速度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（C）壓電測(cè)壓傳感器的力學(xué)系統(tǒng)的頻率特性；壓電晶體的電路特性；C.測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)；D.放大器的時(shí)間常數(shù)。11．壓電加速度測(cè)量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（C）。A.加速度力學(xué)系統(tǒng)的頻率特性；B.壓電晶體的電路特性；C.測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)。12．在光作用下，使物體的內(nèi)部產(chǎn)生定向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱（A）效應(yīng)。A.內(nèi)光電;B.外光電;C.熱電；D.阻擋層光電13．（D）傳感器是根據(jù)敏感元件材料本身的物理性質(zhì)變化而工作的。A.差動(dòng)變壓器式；B.變間隙電容式；C變阻器式；D.電壓式14．半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片在測(cè)量某一構(gòu)件應(yīng)變時(shí)，其電阻的相對(duì)變化主要是由（A.半導(dǎo)體電阻率的變化；B.半導(dǎo)體幾何尺寸的變化；C.貼片位置的溫度變化；D.供橋電源的變化。15．壓電式加速度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的工作頻率下限取決于（C）。A.加速度計(jì)力學(xué)系統(tǒng)的頻率特性；B.壓電晶體的電路特性；C.測(cè)量電路的時(shí)間常數(shù)。16．壓電式加速度傳感器的阻尼率一般為（D）。A.B>1；B.<B<1；C?B二；D?B<<。17．金屬絲應(yīng)變片在測(cè)量某一構(gòu)件的應(yīng)變時(shí)其電阻的相對(duì)變化主要由（BA.貼片位置的溫度變化；B.電阻絲幾何尺寸的變化；C.電阻材料的電阻率的變化。18．壓電式傳感器最好采用電荷放大器的原因是（C）。A.使放大器的增益增大；B.非線性失真小；C.可忽略導(dǎo)線電容和分布電容；D.頻率特性特別好。A）引起。）引起的。19．半導(dǎo)體應(yīng)變片在測(cè)量某一構(gòu)件應(yīng)變時(shí)，其電阻相對(duì)變化是由（B）來決定的。A.變形;B．電阻率的變化；C.彈性模量的變化；D．泊松比的變化。20．（D）傳感器是根據(jù)敏感元件材料本身的物理性質(zhì)變化而工作的A.差動(dòng)變壓器式；B．變間隙電容式；C變阻器式；D．電壓式。21．半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片在測(cè)量某一構(gòu)件應(yīng)變時(shí)，其電阻的相對(duì)變化主要是由（A）引起。A.半導(dǎo)體電阻率的變化；B.半導(dǎo)體幾何尺寸的變化；貼片位置的溫度變化；D.供橋電源的變化22．壓電式傳感器與一般電壓放大器連接使用時(shí)，中間要加一級(jí)前置放大器，其主要作用是（B）。A.獲得高的放大倍數(shù)；B.實(shí)現(xiàn)高阻抗輸入、低阻抗輸出的變換；C.實(shí)現(xiàn)低阻抗輸入、高阻抗輸出的變換。四、簡要回答下列問題。1.什么是壓電效應(yīng)？具體有哪幾種壓電效應(yīng)？試畫出壓電傳感器完整的等效電路，說明電路中各符號(hào)所表示的參數(shù)。壓電傳感器后接的測(cè)量電路有哪兩種？各有何特點(diǎn)？答：某些物質(zhì)當(dāng)受到外力作用時(shí)，其某些表面上會(huì)產(chǎn)生電荷。當(dāng)外力去掉時(shí)，又回到原來的狀態(tài)，物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為壓電效應(yīng)。若將這類物質(zhì)置于電場下，其幾何尺寸也會(huì)發(fā)生變化，稱為逆壓電效應(yīng)或電致伸縮效應(yīng)。壓電效應(yīng)有四種：縱向壓電效應(yīng)、橫向壓電效應(yīng)、切向壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)。壓電傳感器完整的等效電路如下圖所示。2．磁電式速度傳感器中，速度線圈采取上下兩繞組相串聯(lián)的目的是什么？磁頭件與被測(cè)物體固緊時(shí)有何要求？答案：1）串聯(lián)的作用：使兩線圈的輸出疊加，提高系統(tǒng)靈敏度；當(dāng)永磁體有彈跳時(shí)，保證其與兩線圈的距離和相等，可以消除彈跳引起的誤差。2）固緊要求：連接件的質(zhì)量要小，剛度要大；固緊剛度要大。目的：提高系統(tǒng)固有頻率。3．壓電測(cè)壓傳感器與電壓放大器相接時(shí)，為能測(cè)量靜態(tài)壓力信號(hào)（防止靜電泄漏），從放大器本身出發(fā)應(yīng)采取哪些措施？答案：為防止靜電泄露要做到：放大器本身的輸入阻抗要很高在10〃。以上，一般采用MOS型場效應(yīng)管。輸出阻抗要小，以達(dá)到阻抗變換的目的，一般采用射極輸出。為防止電纜電容的影響，可以將放大器小型化，裝入傳感器之中。輸入電容C.要小，以提高靈敏度。i4．應(yīng)變筒式測(cè)壓傳感器與應(yīng)變管式測(cè)壓傳感器主要有哪些區(qū)別？（6分）答案：筒式應(yīng)變測(cè)壓傳感器的彈性元件是一只鉆了肓孔的圓筒內(nèi)部裝有測(cè)壓油。當(dāng)有壓力作用時(shí)，應(yīng)變片感受筒的周向應(yīng)變。管式應(yīng)變測(cè)壓傳感器的彈性元件是一只應(yīng)變管，它感受活塞上加載的集中應(yīng)力、發(fā)生徑向形變，應(yīng)變片貼于徑向上。這種傳感器的固有頻率的筒式的高。1■某電容測(cè)微儀的傳感器為變間隙式電容傳感器，其圓形極板半徑r二4mm工作初始間隙5二0.3mm，問：0工作時(shí)，如果傳感器的間隙變化A6=±1卩m，那么傳感器電容量變化多少?如果測(cè)量電路的靈敏度S=100mV/pF，記錄儀的靈敏度為S=5格/mV12當(dāng)間隙變化A5=±1pm時(shí)，記錄儀的指示變化多少？解：變間隙式電容傳感器電容量的變化為￡￡A1x(8.85x10-12F/m)x[兀x(4x10-3m)2]AC——A5二x(±1x10-6m)52(0.3x10-3m)20沁4.943x10-15F=4.943x10-3pF根據(jù)⑴的結(jié)論，有A二(4.943x10-3pF)x(100mV/pF)x(5格/mV)沁2.5格2．下圖為一多極板平板電容器(各極板電容并聯(lián))，極板之間的有效作用區(qū)域?yàn)檎叫?，邊長a=40mm，極板初始間距5二0.2mm。若用此傳感器測(cè)量位移x，試求此傳感器的靈0敏度(“F/mm)，畫出傳感器的輸入輸出特性曲線(極板間為空氣，￡°二8.85x10-12F/m)。解：本傳感器可看成是三對(duì)相同的極板所構(gòu)成的平板電容器的并聯(lián)?？傠娙萘繛?￡￡A33￡￡A3￡a2-0-55為極板間距)當(dāng)被測(cè)位移x使5在50附近變化時(shí)，傳感器的靈敏度近似為dC

d5dC

d53￡a2u—0——5203x8.85x10-12x(40x10-3)2(0.2x10-3)2=-1.062x10-9F/m=-1.062x10-12F/mm傳感器的輸入輸出特性曲線如下圖所示。C0550C05503.（4分）以阻值R=1200,靈敏度S=2.5的電阻絲應(yīng)變片與阻值為1200的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V,并假定負(fù)載電阻無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?000茁時(shí)，分別求解：單臂：uA解：單臂：uAR=-u1AR=?u=—Seu=—x2.5x1000x10-6x4=2.5x10-3vy4R04R0404雙臂：AR1AR11u=-u=?u=—Seu=一x2.5x1000x10-6x4=5x10-3vy2R02R0202出單臂、雙臂電橋的輸出電壓。2分）2分）4.電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑r=4mm,工作初始