傳感器考試試題與答案

1、傳感器原理及其應(yīng)用習(xí)題第1章 傳感器的一般特性一、選擇、填空題1、 衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是_靈敏度_、_線性度_、_遲滯_、_重復(fù)性_ 等。2、通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三局部組成， 是能把外界非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件和裝置。3、傳感器的標(biāo)定是通過實驗建立傳感器起輸入量與輸出量之間的關(guān)系，并確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。4、測量過程中存在著測量誤差，按性質(zhì)可被分為 粗大 、 系統(tǒng) 和隨機誤差三類，其中 隨機誤差 可以通過對屢次測量結(jié)果求平均的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。5、一階傳感器的時間常數(shù)越_, 其響應(yīng)速度越慢;二階傳感器的固有頻率0越_, 其工作頻帶越寬。6、按所依

2、據(jù)的基準(zhǔn)直線的不同，傳感器的線性度可分為 、 、 、 。7、非線性電位器包括 和 兩種。8、通常意義上的傳感器包含了敏感元件和 C 兩個組成局部。A. 放大電路 B. 數(shù)據(jù)采集電路 C. 轉(zhuǎn)換元件 D. 濾波元件9、假設(shè)將計算機比喻成人的大腦，那么傳感器那么可以比喻為(B )。A眼睛 B. 感覺器官 C. 手 D. 皮膚10、屬于傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的是D   A.固有頻率   B.臨界頻率   C.阻尼比   D.重復(fù)性11、衡量傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)不包括 C 。A. 線性度 B. 靈敏度C. 頻域響應(yīng) D. 重復(fù)性12、以下對傳感器動態(tài)特性的描述正確的

3、選項是 A 一階傳感器的時間常數(shù)越大, 其響應(yīng)速度越快B 二階傳感器的固有頻率0越小, 其工作頻帶越寬C 一階傳感器的時間常數(shù)越小, 其響應(yīng)速度越快。 D 二階傳感器的固有頻率0越小, 其響應(yīng)速度越快。二、計算分析題1、什么是傳感器？由幾局部組成？試畫出傳感器組成方塊圖。2、傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)有哪一些，試解釋各性能指標(biāo)的含義。作業(yè)3、傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)有哪一些，試解釋各性能指標(biāo)的含義第2章 電阻應(yīng)變式傳感器一、填空題1、金屬絲在外力作用下發(fā)生機械形變時它的電阻值將發(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

4、長度相同但應(yīng)變不同，圓弧局部使靈敏度下降了，這種現(xiàn)象稱為_橫向_效應(yīng)。2、產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要因素有電阻溫度系數(shù)的影響、試驗材料和電阻絲材料的線性膨脹系數(shù)的影響。3、應(yīng)變片溫度補償?shù)拇胧┯须姌蜓a償法、應(yīng)變片的自補償法、 、 。4. 在電橋測量中，由于電橋接法不同，輸出電壓的靈敏度也不同，_全橋_接法可以得到最大靈敏度輸出。5. 半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理是基于 壓阻 效應(yīng)，它的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù) 大十倍6電阻應(yīng)變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以消除 線性誤差同時還能起到溫度補償?shù)淖饔谩?、假設(shè)應(yīng)變計基長L=40mm,應(yīng)變波速v=5000m/s,那么上升時間tk= ,可測頻率f

5、= 。8、壓阻式傳感器測量電橋的電源可采用_也可采用_供電。9、應(yīng)變式傳感器主要用于測量_等物理量；光電式傳感器主要用于測量_等物理量；壓電式傳感器主要用于測量_等物理量。10、應(yīng)變式傳感器是基于_效應(yīng)工作的。對金屬應(yīng)變片，其電阻的變化主要是由于中的變化引起的濕敏傳感器是指能將轉(zhuǎn)換為與其成一定比例關(guān)系的電量輸出的裝置選擇:1、全橋差動電路的電壓靈敏度是單臂工作時的 C 。A. 不變 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍2.利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小C A兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用大電阻值工作應(yīng)變片 B兩個橋臂都應(yīng)當(dāng)用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián) C兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反

6、的工作應(yīng)變片 D兩個橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片3、產(chǎn)生應(yīng)變片溫度誤差的主要原因有ABA、電阻絲有溫度系數(shù)B、試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同C、電阻絲承受應(yīng)力方向不同4.利用電橋進行溫度補償，補償片的選擇是A A與應(yīng)變片相鄰，且同質(zhì)的工作片 B與應(yīng)變片相鄰，且異質(zhì)的工作片 C與應(yīng)變片相對，且同質(zhì)的工作片 D與應(yīng)變片相對，且異質(zhì)的工作片 5通常用應(yīng)變式傳感器測量( C )。A. 溫度 B密度C加速度 D電阻6影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K的主要因素是  B  。A導(dǎo)電材料電阻率的變化 B導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化C導(dǎo)電材料物理性質(zhì)的變化 D導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化7電阻應(yīng)

7、變片的線路溫度補償方法有  A B 。A差動電橋補償法 B補償塊粘貼補償應(yīng)變片電橋補償法C補償線圈補償法 D恒流源溫度補償電路8、金屬絲應(yīng)變片在測量構(gòu)件的應(yīng)變時，電阻的相對變化主要由 ( ) 來決定的。A、貼片位置的溫度變化 B、 電阻絲幾何尺寸的變化 C、電阻絲材料的電阻率變化 D、外接導(dǎo)線的變化二、計算分析題1 說明電阻應(yīng)變測試技術(shù)具有的獨特優(yōu)點。(1)  這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠；(2)  易于實現(xiàn)測試過程自動化和多點同步測量、遠距測量和遙測；(3)  靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)、動態(tài)測量；(4)  可以

8、測量各種物理量。2、一臺采用等強度梁的電子秤，在梁的上下兩面各貼有兩片靈敏系數(shù)均為k = 2 的金屬箔式應(yīng)變片做成秤重傳感器。梁的L = 100mm，b=11mm，h= 3mm，梁的彈性模量E=2.1×104 N/mm2。將應(yīng)變片接入直流四臂電路，供橋電壓Usr =12V。試求：秤重傳感器的靈敏度(V/kg)?；當(dāng)傳感器的輸出為68mv時，問物體的荷重為多少？提示：等強度梁的應(yīng)變計算式為=6FL/bh2E 3 一個量程為10kN的應(yīng)變式測力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm，內(nèi)徑18mm在其外表粘貼八個應(yīng)變片，4個沿軸向粘貼，4個沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120歐

9、，靈敏度為2，泊松系數(shù)03，材料彈性模量E=2.1x1011Pa。要求；(1)給出彈性元件貼片位置及全橋電路;(2)計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化；(3)當(dāng)橋路的供電電壓為l0V時，計算傳感器的輸出電壓解：(1).全橋電路如以下圖所示(2).圓桶截面積     應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變；應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變；滿量程時： 34、以阻值R=120，靈敏系數(shù)K=2.0的電阻應(yīng)變片與阻值120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為3V，并假定負載電阻為無窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?µ和2000µ時，分別求出

10、單臂、雙臂差動電橋的輸出電壓，并比擬兩種情況下的靈敏度。解：依題意單臂： 差動： 靈敏度：可見，差開工作時，傳感器及其測量的靈敏度加倍。5、 一臺采用等強度梁的電子稱，在梁的上下兩面各貼有兩片電阻應(yīng)變片，做成稱重傳感器，如圖2-12見教材，附下所示。l=10mm，b0=11mm，h=3mm，E=2.1×104N/mm2，K=2，接入直流四臂差動電橋，供橋電壓6V，求其電壓靈敏度(Ku=U0/F)。當(dāng)稱重0.5kg時，電橋的輸出電壓U0為多大? 圖2-12 懸臂梁式力傳感器解：等強度梁受力F時的應(yīng)變?yōu)?當(dāng)上下各貼兩片應(yīng)變片，并接入四臂差動電橋中時，其輸出電壓： 那么其電壓靈敏度為 =3

11、.463×10-3 (V/N)=3.463(mV/N) 當(dāng)稱重 F=0.5kg=0.5×9.8N=4.9N時，輸出電壓為 U0 =Ku F=3.463×4.9=16.97(mV) 第3章 電感式傳感器一、選擇、填空題1.變間隙式自感傳感器的測量范圍和靈敏度及線性度是相互矛盾的，因此在實際測量中廣泛采用差動結(jié)構(gòu)的變隙電感傳感器。2.電感式傳感器是利用被測量改變磁路的磁阻，導(dǎo)致線圈電感量變化的。 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生感應(yīng)電勢的。而霍爾式傳感器是利用半導(dǎo)體在磁場中的霍爾效應(yīng)而輸出電勢的。3. 電感式傳感器種類很多。雖然結(jié)構(gòu)形式多種多樣，可分為變氣隙式、變面

12、積式、螺線管式三種結(jié)構(gòu)。4.電渦流傳感器根據(jù)鼓勵電流頻率的上下，可以分為高頻反射式、低頻透射式兩種。5、把被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù)  變壓器 的根本原理制成的，其次級繞組都用 反向串聯(lián)  形式連接，所以又叫差動變壓器式傳感器。6、變隙式差動變壓器傳感器的主要問題是靈敏度與 測量范圍 的矛盾。這點限制了它的使用，僅適用于 微小位移 的測量。7、變氣隙式自感傳感器，當(dāng)街鐵移動靠近鐵芯時，鐵芯上的線圈電感量 增加 增加，減少。8、電感式傳感器是以電和磁為媒介，利用電磁感應(yīng)原理將被測非電量如壓力、位移、流量等非電量轉(zhuǎn)換成線

13、圈_或_的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置。9、二、計算分析題1、 說明電感式傳感器有哪些特點。2、分析比擬變磁阻式自感傳感器、差動變壓器式互感傳感器的工作原理和靈敏度。3、試分析差動變壓器相敏檢測電路的工作原理。4、分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善?5、某差動螺管式電感傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)為單個線圈匝數(shù)W=800匝，l=10mm，lc=6mm，r=5mm，rc=1mm，設(shè)實際應(yīng)用中鐵芯的相對磁導(dǎo)率µr=3000，試求： (1)在平衡狀態(tài)下單個線圈的電感量L0=?及其電感靈敏度足KL=? (2)假設(shè)將其接人變壓器電橋，電源頻率為1000Hz，電壓E=1.

14、8V，設(shè)電感線圈有效電阻可忽略，求該傳感器靈敏度K。 (3)假設(shè)要控制理論線性度在1以內(nèi)，最大量程為多少?圖3-15 差動螺管式電感傳感器 解：1根椐螺管式電感傳感器電感量計算公式，得 差開工作靈敏度： (2) 當(dāng)f=1000Hz時，單線圈的感抗為 XL =L0 =2f L0 =2×1000×0.46=2890() 顯然XL >線圈電阻R0，那么輸出電壓為 測量電路的電壓靈敏度為 而線圈差動時的電感靈敏度為KL =151.6mH/mm，那么該螺管式電感傳感器及其測量電路的總靈敏度為 =297.1mV/mm 6、有一只差動電感位移傳感器，電源電Usr=4V，f=400H

15、z，傳感器線圈銅電阻與電感量分別為R=40，L= 30mH，用兩只匹配電阻設(shè)計成四臂等阻抗電橋，如習(xí)題圖3-16所示，試求： (1)匹配電阻R3和R4的值； (2)當(dāng)Z=10時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值；(3)用相量圖說明輸出電壓與輸入電壓之間的相位差。 解：1 線圈感抗 XL=wL=2pfL=2p´400´30´10-3=75.4W線圈的阻抗 故其電橋的匹配電阻(見習(xí)題圖3-16)R3 = R4 =Z=85.4W 2當(dāng)Z=10W時，電橋的輸出電壓分別為單臂工作： 雙臂差開工作： 3 7、如圖3-17見教材，附下所示氣隙型電感傳感器，銜鐵截面積S=4&

16、#215;4mm2，氣隙總長度= 0.8mm，銜鐵最大位移=±0.08mm，鼓勵線圈匝數(shù)W=2500匝，導(dǎo)線直徑d=0.06mm，電阻率=1.75×10-6 ，當(dāng)鼓勵電源頻率f=4000Hz時，忽略漏磁及鐵損，求：(1)線圈電感值；(2)電感的最大變化量；(3)線圈的直流電阻值；(4)線圈的品質(zhì)因數(shù)；(5)當(dāng)線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值。解：1線圈電感值 圖3-17 氣隙型電感式傳感器變隙式2銜鐵位移=+0.08mm時，其電感值 =1.31×10-1(H)=131mH銜鐵位移=0.08mm時，其電感值 =1.96×10-1(H)=19

17、6(mH)故位移=±0.08mm時，電感的最大變化量為L=L-L+=196131=65(mH) (3)線圈的直流電阻設(shè)為每匝線圈的平均長度，那么 =249.6W (4)線圈的品質(zhì)因數(shù) (5)當(dāng)存在分布電容200PF時，其等效電感值8、試用差動變壓器式傳感器設(shè)計液罐內(nèi)液體液位測量系統(tǒng)，作出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并分析工作原理。第4章 電容式傳感器一、填空題1、電容式傳感器是利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)化為電容量，進而實現(xiàn)非電量到電量的敏感器件，在應(yīng)用中電容式傳感器可分為 、 、 三種根本類型。2、將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘孔兓瘯r，電容式位移傳感器的根本結(jié)構(gòu)可分為 型， 型和 型三大類。選擇:1、極距

18、變化型電容傳感器的靈敏度與B。 、極距成正比 、極距成反比 、極距的平方成正比、極距的平方成反比二、計算分析題1、 簡述電容式傳感器的工作原理。2、簡述電容式傳感器的優(yōu)點。3、試計算習(xí)題42圖所示各電容傳感元件的總電容表達式。習(xí)題圖4-2 解：由習(xí)題圖4-2可見1 三個電容串聯(lián) ， ， 那么 故 2兩個電容器并聯(lián) 3柱形電容器4、在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動式變間隙電容傳感器和電橋測量電路，如習(xí)題圖4-3所示。：0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1k；Usr=60V(交流)，頻率f=400Hz。試求： (1)該電容傳感器的電壓靈敏度Ku (V/µm)； (2)當(dāng)電容傳感器的動

19、極板位移=10µm時，輸出電壓Usc值。習(xí)題圖4-3 解：由傳感器結(jié)構(gòu)及其測量電路可知1初始電容 由于 那么 從而得 (2) U0 = Ku d=0.12V/mm×10mm=1.2V 5、有一臺變間隙非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑r=4mm，假設(shè)與被測工件的初始間隙d0=0.3mm。試求： (1)如果傳感器與工件的間隙變化量d=±10µm，電容變化量為多少? (2)如果測量電路的靈敏度足Ku=100mV/pF，那么在d=±1µm戶時的輸出電壓為多少? 解：由題意可求1初始電容：由 ，那么當(dāng)d=±10um時 如果考慮d

20、1=0.3mm+10µm與d2=0.3mm10µm之間的電容變化量C，那么應(yīng)為 C=2|C|=2×0.049=0.098pF (2) 當(dāng)d=±1µm時 由 Ku=100mV/pF=U0/C，那么 U0=KuC=100mV/pF×(±0.0049pF)=±0.49mV6、有一變間隙式差動電容傳感器，其結(jié)構(gòu)如習(xí)題圖4-5所示。選用變壓器交流電橋作測量電路。差動電容器參數(shù)：r=12mm；d1=d2=d0=0.6mm；空氣介質(zhì)，即=0=8.85×10-12F/m。測量電路參數(shù)：usr=u= 3sint (V)。試

21、求當(dāng)動極板上輸入位移(向上位移) x=0.05mm時，電橋輸出端電壓Usc?習(xí)題圖4-5解：由習(xí)題圖4-5可求初始電容 C1=C2=C0=eS/d=e0pr2/d0 變壓器輸出電壓 其中Z1 ,Z2 分別為差動電容傳感器C1 ,C2 的阻抗.在X<<d0時，C1 = C0 +C, C2 = C0-C，且DC/C0=Dd/d0，由此可得(V)7、如習(xí)題圖4-6所示的一種變面積式差動電容傳感器，選用二極管雙廠網(wǎng)絡(luò)測量電路。差動電容器參數(shù)為：a=40mm，b=20mm，dl=d2=d0=1mm；起始時動極板處于中間位置，Cl=C2=C0，介質(zhì)為空氣，=0=8.85×10-12F

22、/m。測量電路參數(shù)：D1、D2為理想二極管；及R1=R2=R=10K；Rf=1M，鼓勵電壓Ui=36V，變化頻率f=1MHz。試求當(dāng)動極板向右位移x=10mm時，電橋輸出端電壓Usc? 習(xí)題圖4-6 解：由習(xí)題圖4-6可求傳感器初始電容 =3.54×10-12F=3.54pF 當(dāng)動極板向右移x=10mm時，單個電容變化量為 或， 那么 C1 = C0+C，C2 = C0-C，由雙T二極管網(wǎng)絡(luò)知其輸出電壓 USC = 2 k Ui fC 8、一只電容位移傳感器如習(xí)題4-7圖所示，由四塊置于空氣中的平行平板組成。板A、C和D是固定極板；板B是活動極板，其厚度為t，它與固定極板的間距為d。

23、B、C和D極板的長度均為a，A板的長度為2a，各板寬度為b。忽略板C和D的間隙及各板的邊緣效應(yīng)，試推導(dǎo)活動極板刀從中間位置移動x=±a/2時電容CAC和CAD的表達式(x=0時為對稱位置)。習(xí)題圖4-7 解：參見習(xí)題圖4-7知 CAC是CAB與CBC串聯(lián)，CAD是CAB與CBD串聯(lián)。 當(dāng)動極板向左位移a/2時，完全與C極板相對，此時 CAB=CBC=0ab/d，那么CAC=CAB/2=CBC/2=0ab/2d；CAD=0ab/(2d+t)。當(dāng)動極板向右移a/2時，與上相仿，有 CAC =0ab/(2d+t)；CAD=0ab/2d9、平板電容傳感器極板間介質(zhì)為空氣，極板面積S=a

24、15;a=(2x2)cm2，間隙d0=0.1mm。求：傳感器的初始電容值；假設(shè)由于裝配關(guān)系，使傳感器極板一側(cè)間隙d0，而另一側(cè)間隙為d0+b(b=0.01mm)，此時傳感器的電容值。 解：初始電容 =35.4×10-12(F) =35.4pF 當(dāng)裝配不平衡時可取其平均間隙 =0.1+0.01/2=0.105(mm)那么其電容為 =33.7×10-12(F)=33.7pF 第5章 壓電式傳感器一、選擇、填空題1、壓電元件的根本原理是 。目前常用的壓電材料有 ， 等。2、為消除壓電傳感器電纜分布電容變化對輸出靈敏度的影響，可采用 ( )。A 電壓放大器； B 電荷放大器； C

25、前置放大器 ；D 電流放大器3、對壓電效應(yīng)的描述正確的選項是 A 當(dāng)晶體沿一定方向伸長或壓縮時在其外表會產(chǎn)生電荷B 當(dāng)陶瓷沿一定方向伸長或壓縮時在其外表會產(chǎn)生電荷C 當(dāng)某些晶體或陶瓷在外電場的作用下發(fā)生形變，這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)D 晶體的壓電效應(yīng)是一種機電耦合效應(yīng)，是由力學(xué)量應(yīng)力、應(yīng)變與電學(xué)量電場強度、電位移失量之間相互耦合產(chǎn)生的。 二、計算分析題1、為什么壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量，只能用于動態(tài)測量中？而且是頻率越高越好？2、什么是壓電效應(yīng)？試比擬石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)3、設(shè)計壓電式傳感器檢測電路的根本考慮點是什么，為什么?4、有一壓電晶體，其面積為20mm2，厚度為10mm，當(dāng)受到壓

26、力P=10MPa作用時，求產(chǎn)生的電荷量及輸出電壓： (1)零度X切的縱向石英晶體； (2)利用縱向效應(yīng)的BaTiO3。 解：由題意知，壓電晶體受力為F=PS=10×106×20×10-6=200(N) 10°X切割石英晶體，r=4.5，d11=2.31×10-12C/N等效電容 =7.97×10-14 (F)受力F產(chǎn)生電荷Q=d11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC輸出電壓 2利用縱向效應(yīng)的BaTiO3，r=1900，d33=191×10-12C/N等效電容 =

27、33.6×10-12(F)=33.6(pF)受力F產(chǎn)生電荷Q=d33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=3.82×10-8C輸出電壓5、某壓電晶體的電容為1000pF，kq=2.5C/cm，電纜電容CC=3000pF，示波器的輸入阻抗為1M和并聯(lián)電容為50pF，求： (1)壓電晶體的電壓靈敏度足Ku； (2)測量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)； (3)如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為5，可測最低頻率是多少? (4)如頻率為10Hz，允許誤差為5，用并聯(lián)連接方式，電容值是多大? 解：1 2高頻時，其響應(yīng) 3系統(tǒng)的諧振頻率 由 ，得取等號計算

28、 解出 (/n)2=9.2564/n=3.0424 =3.0424n=3.0424×247=751.5(rad/s) f=/2=751.5/2=119.6(Hz) 4由上面知，當(dāng)g5%時，/n=3.0424 當(dāng)使用頻率f=10Hz時，即=2f=2×10=20(rad/s)時 n=/3.0424=20/3.0424=20.65(rad/s)又由n=1/RC，那么 C=1/nR=1/(20.65×1×106)=4.84×10-8(F)=4.84´104pF6、分析壓電加速度傳感器的頻率響應(yīng)特性。假設(shè)測量電路為電壓前量放大器C總=1000p

29、F，R總=500M；傳感器固有頻率f0=30kHz，阻尼比=0.5，求幅值誤差在2以內(nèi)的使用頻率范圍。 解：壓電式加速度的上限截止頻率由傳感器本身的頻率特性決定，根據(jù)題意取等號計算那么 1+(/n)42(/n)2 +4×0.52(/n)2=0.96 (/n)4 (/n)2 +0.04=0 解出 (/n)2 =0.042或(/n)2 =0.96舍去所以 /n =0.205 或-0.205舍去 w=0.205wn那么 fH =0.205f0 =0.205×30=6.15(kHz) 壓電式加速度傳感器下限截止頻率取決于前置放大器特性，對電壓放大器，其幅頻特性由題意得 取等號計算

30、(wt)2 =0.9604+0.9604 (wt)2(wt)2 =24.25wt=4.924=4.924/fL =/2=4.924/(2pt)=4.924/(2pRC)=4.924/(2p×5×108×10-9 ) =1.57(Hz) 其誤差在2%以內(nèi)的頻率范圍為： 1.57Hz6.15kHz 7、石英晶體壓電式傳感器，面積為100mm2，厚度為1mm，固定在兩金屬板之間，用來測量通過晶體兩面力的變化。材料的彈性模量為9×1010Pa，電荷靈敏度為2pCN，相對介電常數(shù)是5.1，材料相對兩面間電阻是1014。一個20pF的電容和一個100M的電阻與極板并

31、聯(lián)。假設(shè)所加力F=0.01sin(1000t)N，求： (1)兩極板間電壓峰峰值； (2)晶體厚度的最大變化。 解：1石英壓電晶片的電容 =4.514 ×10-12 (F) 4.5pF 由于Ra =1014，并聯(lián)電容R并=100M=108 那么總電阻 R=Ra / R并 = 1014 /108 108 總電容 C=Ca /C并 =4.5+20=24.5(pF) 又因 F=0.01sin(1000t)N=Fm sin(t)N kq =2 pC/N那么電荷 Q=d11 F= kq F Qm = d11 Fm = kq Fm =2 pC/N×0.01N=0.02 pC所以 =0.

32、756×10-3 (V)=0.756mV 峰峰值： Uim-im =2Uim =2×0.756=1.512mV 2應(yīng)變m =Fm /SE =0.01/(100×10-6×9×1010 )=1.11×10-9 =dm /d dm =dem =1×1.11×10-9 (mm)=1.11×10-9 mm 厚度最大變化量即厚度變化的峰峰值 d =2dm =2×1.11×10-9 =2.22×10-9 (mm) =2.22×10-12 m8、為什么壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量

33、，只能用于動態(tài)測量中？用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器的振動，：加速度計靈敏度為5pC/g，電荷放大器靈敏度為50mV/pC，當(dāng)機器到達最大加速度值時相應(yīng)的輸出電壓幅值為2V，試求該機器的振動加速度。(g為重力加速度) 解：由題意知，振動測量系統(tǒng)壓電式加速度計加上電荷放大器的總靈敏度K=KqKu =5pC/g ×50 mV/pC=250mV/g=Uo/a式中，Uo為輸出電壓；a為振動系統(tǒng)的加速度。那么當(dāng)輸出電壓Uo=2V時，振動加速度為 a=Uo/K=2×103/250=8(g)5-8 用壓電式傳感器測量最低頻率為1Hz的振動，要求在1Hz時靈敏度下降不超過5。假設(shè)測

34、量回路的總電容為500pF，求所用電壓前置放大器的輸入電阻應(yīng)為多大? 解： 由題意知，對于電荷放大器，動態(tài)響應(yīng)幅值誤差為，取等號計算(/n)2 =0.9025+0.9025 (/n)2/n =3.04=1/n =3.04/=3.04/(2×1)=0.484(s)=RC所以 R=/C=0.484/(500×10-12) =9.68×108W=968MW9、 壓電式加速度傳感器的阻尼比=0.1，其無阻尼固有頻率f0=32kHz，假設(shè)要求傳感器的輸出幅值誤差在5以內(nèi)，試確定傳感器的最高響應(yīng)頻率。解： 由加速度傳感器的頻率特性知，動態(tài)響應(yīng)幅值誤差為 取等號(/n)41.9

35、6(/n)2 +0.093=0解出 (/n)2 =0.0485或(/n)2 =1.912舍去那么 /n0.22 H =0.22n那么 fH =0.22f0 =0.22×32=7.04(kHz) 10、 某壓電式壓力傳感器的靈敏度為80pC/Pa，如果它的電容量為1nF，試確定傳感器在輸入壓力為1.4Pa時的輸出電壓。 解：當(dāng)傳感器受壓力1.4 Pa時，所產(chǎn)生的電荷Q=80 pC/Pa ×1.4Pa=112 pC輸出電壓為Ua =Q/Ca =112×10-12 /(1×10-9)=0.112(V)11、一只測力環(huán)在全量程范圍內(nèi)具有靈敏度3.9pC/N，它與

36、一臺靈敏度為10mV/pC的電荷放大器連接，在三次試驗中測得以下電壓值：(1)100mV；(2)10V；(3)75V。試確定三次試驗中的被測力的大小及性質(zhì)。 解：測力環(huán)總靈敏度 K=3.9 pC/N ×10mV/pC=39 mV/N = U0/F式中，U0為輸出電壓，F(xiàn)為被測力，所以 F1 =U01 /K=100mV/39mV/N=2.56N (壓力) F2 =U02 /K=10×10 3mV/39mV/N=256N (拉力) F3 =U03 /K=75×10 3mV/39mV/N=1923N (壓力)12、某壓電式壓力傳感器為兩片石英晶片并聯(lián)，每片厚度h=0.2

37、mm，圓片半徑r=1cm，r=4.5，X切型d11=2.31X10-12C/N。當(dāng)0.1MPa壓力垂直作用于PX平面時，求傳感器輸出電荷Q和電極間電壓Ua的值。 解：當(dāng)兩片石英晶片并聯(lián)時，所產(chǎn)生電荷 Q并=2Q=2d11 F=2d11 r2 =2×2.31×10-12×0.1×106 ××(1×10-2 )2 =145×10-12 (C) =145pC 總電容 C并=2C=2e0erS/h=2e0erpr2 /h =2×8.85×10-12×4.5×p×(1

38、5;10-2)2/0.2´10-3 =125.1×10-12 (F) =125.1pF 電極間電壓為 U并= Q并/C并=145/125.1=1.16V第6、10章 磁電式傳感器磁敏傳感器一、選擇、填空題1、用磁電式傳感器進行齒輪轉(zhuǎn)速測量。齒數(shù)Z =48，測得頻率 F =120Hz，那么該齒輪的轉(zhuǎn)速為_150r/min_。2、二、計算分析題1、 簡述變磁通式和恒磁通式磁電傳感器的工作原理。2、磁電式傳感器的誤差及其補償方法是什么？3、簡述霍爾效應(yīng)及霍爾傳感器的應(yīng)用場合4、 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)?霍爾元件的不等位電勢的概念是什么，溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N 5、某動圈式速

39、度傳感器彈簧系統(tǒng)的剛度k=3200Nm，測得其固有頻率為20Hz，今欲將其固有頻率減小為10Hz，問彈簧剛度應(yīng)為多大? 解： f0 =20Hz ， k=3200N/m時， f0=10Hz時，由那么 6、恒磁通磁電式速度傳感器的固有頻率為10Hz，質(zhì)量塊重2.08N，氣隙磁感應(yīng)強度為1T，單匝線圈長度為4mm，線圈總匝數(shù)1500匝，試求彈簧剛度k值和電壓靈敏度Ku值(mV/(m/s)。 解：由，那么 k=2 m=(2pf)2 m=(2p×10)2×2.08/9.8 =8.38×102 (N/m) Ku =e/v=NB0l0v/v=NB0l0 =1500×1

40、×4×10-3 =6V/(m/s)=6000mv/(m/s)7、某磁電式傳感器要求在最大允許幅值誤差2以下工作，假設(shè)其相對阻尼系數(shù)=0.6，試求/n的范圍。 解：由磁電勢傳感器的幅頻特性 得其幅值動態(tài)誤差為 取其等號計算 解得 (/n)2 =12.354，或(/n)2 =2.067 /n =3.515，或 /n =1.438舍去最大幅值誤差小于2%時，其頻率范圍/n 3.5158、某霍爾元件l×b×d=10×3.5×1mm3，沿l方向通以電流I=1.0mA，在垂直于lb面方向加有均勻磁場B=0.3T，傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/A&#

41、183;T，試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度。 解： 由 KH =1/ned，得 1 n=1/ (KH ed)=1/(22×1.6´10-19×1×10-3 )=2.84×1020 /m3 2輸出霍爾電壓 UH = KH IB=22V/AT×1.0mA×0.3T =6.6×10-3 V=6.6mV9、假設(shè)一個霍爾器件的KH=4mV/mA·kGs，控制電流I=3mA，將它置于1Gs5kGs變化的磁場中(設(shè)磁場與霍爾器件平面垂直)，它的輸出霍爾電勢范圍多大?并設(shè)計一個20倍的比例放大器放大該霍爾電勢。 解： U

42、H1 = KH IB1=4mV/MakGs×3mA×1Gs=12V UH2 = KH IB2=4mV/MakGs×3mA×5kGs=60mV 設(shè)計放大倍數(shù)A=20的比例放大器，略10、 有一霍爾元件，其靈敏度KH=1.2mV/mA·kGs，把它放在一個梯度為5kGs/mm的磁場中，如果額定控制電流是20mA，設(shè)霍爾元件在平衡點附近作±0.1mm的擺動，問輸出電壓范圍為多少? 解：對于梯度為5kGs/mm的磁場，當(dāng)霍爾元件在平衡點附近作±0.1mm的擺動時，其磁場的變化 B=±5kGs/mm×0.1mm=&

43、#177;0.5kGs那么霍爾元件輸出電壓的變化范圍為 UH = KH IB=1.2mV/mAkGs×20mA×(±0.5kGs) =±12mV11、試用霍爾傳感器設(shè)計磁平衡式測量電流的電路，給出電路圖，試分析其工作原理，給出被測電流I1的表達式。12、什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電動勢產(chǎn)生的原因？霍爾電動勢的大小、方向與哪些因素有關(guān)？第7章 熱電式傳感器一、填空題1、熱電偶在實際中測量溫度時，需要幾個定律來提供理論上的依據(jù)，這些定律分別是：_勻質(zhì)導(dǎo)體定律_，_中間導(dǎo)體定律_，_連接導(dǎo)體定律_。2、熱電偶傳感器的工作根底是_閉合回路_，產(chǎn)生的熱電勢包括_接觸_電

44、勢和_溫差_ 電勢兩局部。熱電偶的 連接導(dǎo)體_定律是工業(yè)上運用補償導(dǎo)線法進行溫度補償?shù)睦碚摳?；根?jù)_中間導(dǎo)體_定律，可允許采用任意的焊接方式來焊接熱電偶。3、熱敏電阻按溫度系數(shù)分為 ， ， 三種。4、熱電偶的工作原理是 ，熱電勢包括 和 兩種。5、300K時硅對0.7m光的吸收系數(shù)為2000cm-1,那么平均透入深度為 ；假設(shè)對0.8m光，平均透入深度為10m，那么= 。6、熱輻射溫度計中調(diào)制盤的作用_ _。選擇:1、熱電偶的冷端處理方法有： AB A、補償導(dǎo)線法 B、冷端溫度恒溫法 C、相敏檢波 D、串聯(lián)二極管2、熱電偶中產(chǎn)生熱電勢的條件是BCA兩熱電極材料相同 B兩熱電極材料不同C兩熱電

45、極的兩端溫度不同D兩熱電極的兩端溫度相同3、為了減小熱電偶測溫時的測量誤差，需要進行的溫度補償方法不包括 D 。A. 補償導(dǎo)線法 B. 電橋補償法C. 冷端恒溫法 D. 差動放大法4、對于熱電偶冷端溫度不等于( B )，但能保持恒定不變的情況，可采用修正法。 A.20 B.0 C.10 D.55、熱電偶中產(chǎn)生熱電勢的條件有   B  。A兩熱電極材料相同 B兩熱電板材料不同C兩熱電極的幾何尺寸不同 D兩熱電極的兩端點溫度相同6、對集成溫度傳感器，以下表達不正確的選項是 A 輸出線性好 B 測量精度高C 測量溫度高 D 滿量程非線性偏離小二、計算分析題1、

46、 熱電偶結(jié)構(gòu)由哪幾局部組成？2、 用熱電偶測溫時為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？3、熱電阻溫度計有哪些主要優(yōu)點？4、 銅熱電阻Cul00的百度電阻比W(100)=1.42，當(dāng)用此熱電阻測量50溫 度時，其電阻值為多少?假設(shè)測溫時的電阻值為92，那么被測溫度是多少? 解：由 W100=R100 /R0 =1.42，那么其靈敏度為那么溫度為50時，其電阻值為 R50 = R0 +K×50=100+0.42×50=121(W) 當(dāng)Rt=92W時，由Rt = R0 +Kt，得 t=( RtR0)/K=(92100)/0.42=19()5、 將一靈敏度為0.08mV/的熱電偶與電位計相連接測量其熱電勢，電位計接線端是30，假設(shè)電位計上讀數(shù)是60mV，熱電偶的熱端溫度是多少? 解： 6、參考電極定律有何實際意義?在某特定條件下材料A與鉑配對的熱電勢為13.967mV，材料B與鉑配對的熱電勢是8.345mV，求出在此特定條件下，材料A與材料B配對后的熱電勢。 解：由標(biāo)準(zhǔn)電極定律 E (T,T0 )=EA鉑(T,T0 )EB鉑 (T,T0 ) =13.9678.345=5.622(mV)7、 鎳鉻鎳硅熱電偶靈敏度為0.04mV/，把它放在溫度為1200處，假設(shè)以指示儀表作為冷端，此處溫度為50，試求熱電