檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)期末試題庫

1、傳感器習(xí)題集及答案第01章檢測與傳感器根底1.1 什么是傳感器？根據(jù)國標(biāo)定義,“傳感器應(yīng)該如何說明含義？1.2 傳感器由哪幾局部組成？試述它們的作用及相互關(guān)系.1.3 簡述傳感器主要開展趨勢.1.4 傳感器的靜態(tài)特性是什么？由哪些性能指標(biāo)描述？它們一般可用哪些公式表示？1.5 傳感器的線性度是如何確定的？確定擬合直線有哪些方法？傳感器的線性度L表征了什么含義？為什么不能籠統(tǒng)的說傳感器的線性度是多少.1.6 傳感器動態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？它們的意義是什么？1.7 有一溫度傳感器,微分方程為30dy/dt3y0.15x,其中y為輸出電壓mV,x為輸入溫度.試求該傳感器的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度.

2、答案：1.1 答：從廣義的角度來說,感知信號檢出器件和信號處理局部總稱為傳感器.我們對傳感器定義是：一種能把特定的信息物理、化學(xué)、生物按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件和裝置.從狹義角度對傳感器定義是：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件.我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB766587對傳感器Sensor/transduceD 的定義是：能夠感受規(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和裝置.定義說明傳感器有這樣三層含義：它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的一種檢測裝置；能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出；傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系.按使用的場合不同傳感器又稱為變換器、換能器、探測器.1.

3、2 答：組成由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、根本電路組成；關(guān)系,作用傳感器處于研究對象與測試系統(tǒng)的接口位置,即檢測與限制之首.傳感器是感知、獲取與檢測信息的窗口,一切科學(xué)研究與自動化生產(chǎn)過程要獲取的信息都要通過傳感器獲取并通過它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號,其作用與地位特別重要.1.3 答：數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等.1.4 答：靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時,傳感器的輸入輸出特性,其主要指標(biāo)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.傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來,靜特性曲線由實際測繪中獲得.人們根據(jù)傳感器的靜特性來選擇適宜的傳感器.1.5 答：1實際傳感器有非

4、線性存在,線性度是將近似后的擬合直線與實際曲線進(jìn)行比擬,其中存在偏差,這個最大偏差稱為傳感器的非線性誤差,即線性度,2選取擬合的方法很多,主要有：理論線性度理論擬合；端基線性度端點(diǎn)連線擬合；獨(dú)立線性度端點(diǎn)平移擬合；最小二乘法線性度.3線性度L是表征實際特性與擬合直線不吻合的參數(shù).4傳感器的非線性誤差是以一條理想直線作基準(zhǔn),即使是同一傳感器基準(zhǔn)不同時得出的線性度也不同,所以不能籠統(tǒng)地提出線性度,當(dāng)提出線性度的非線性誤差時,必須說明所依據(jù)的基準(zhǔn)直線.1.6 答：1傳感器動態(tài)特性主要有：時間常數(shù)T固有頻率n；阻尼系數(shù).2含義：.越小系統(tǒng)需要到達(dá)穩(wěn)定的時間越少；固有頻率n越高響應(yīng)曲線上升越快；當(dāng)n為常

5、數(shù)時響應(yīng)特性取決于阻尼比,阻尼系數(shù)越大,過沖現(xiàn)象減弱,1時無過沖,不存在振蕩,阻尼比直接影響過沖量和振蕩次數(shù).1.7 解：對微分方程兩邊進(jìn)行拉氏變換,YS30S+3=0.15XS那么該傳感器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：第02章電阻式傳感器2.1 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？2.2 什么是應(yīng)變片的靈敏系數(shù)？它與金屬電阻絲的靈敏系數(shù)有何不同？為什么？2.3 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)？2.4 金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何不同？半導(dǎo)體應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少,金屬應(yīng)變片靈敏系數(shù)范圍是多少？為什么有這種差異,說明其優(yōu)缺點(diǎn).舉例說明金屬絲電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)

6、變片的相同點(diǎn)和不同點(diǎn).2.5 一應(yīng)變片的電阻 R=120Q,靈敏系數(shù) k=2.05,用作應(yīng)變?yōu)?00m/m的傳感元件.求：R和R/R;假設(shè)電源電壓U=3V,初始平衡時電橋的輸出電壓 U.2.6 在以鋼為材料的實心圓柱形試件上,沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為 120Q 的金屬應(yīng)變片 R1和 R2如圖 2-6a 所示,把這兩應(yīng)變片接入電橋見圖 2-6b.假設(shè)鋼的泊松系數(shù)0.285,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,測得應(yīng)變片 RI的電阻變化值R10.48.試求：軸向應(yīng)變；電橋的輸出電壓.2.7 一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖 2-7a 所示.R1、R2、R3

7、、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=2Xek/m2,泊松比0.3,且 RI=R2=R3=R4=120Q,所組成的全橋型電路如題圖 2-7b 所示,供橋電壓 U=2Vo 現(xiàn)測得輸出電壓 U0=2.6mVo 求：等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌?？?F 為多少？2.8 ：有四個性能完全相同的金屬絲應(yīng)變片應(yīng)變靈敏系數(shù)k2,將其粘貼在梁式測力彈性元件上,如圖 2-8 所示.在距梁端l0處應(yīng)變計算公式為6F1OY(s)X(s)0.150.0530s310s1該傳感器的時間常=10 靈敏度 k=0.05Eh2b設(shè)力F100N,I0100mm,h5mm,b2

8、0mm,E2105N/mm2.求：說明是一種什么形式的梁.在梁式測力彈性元件距梁端10處畫出四個應(yīng)變片粘貼位置,并畫出相應(yīng)的測量橋路原理圖；求出各應(yīng)變片電阻相對變化量；當(dāng)橋路電源電壓為 6V 時,負(fù)載電阻為無窮大,求橋路輸出電壓 U0是多少？2.9 圖 2-9 為一直流電橋,負(fù)載電阻 RL趨于無窮.圖中 E=4V,RI=R2=R3=R4=120Q,試求：Ri為金屬應(yīng)變片,其余為外接電阻,當(dāng) Ri的增量為RLI.ZQ 時,電橋輸出電壓 U0=?Ri、R2為金屬應(yīng)變片,感應(yīng)應(yīng)變大小變化相同,其余為外接電阻,電橋輸出電壓 U0=?Ri、R2為金屬應(yīng)變片,如果感應(yīng)應(yīng)變大小相反,且RARz=1.2Q,電

9、橋輸出電壓 U0=?答案1.1 答：導(dǎo)體在受到拉力或壓力的外界力作用時,會產(chǎn)生機(jī)械變形,同時機(jī)械變形會引起導(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).當(dāng)外力作用時,導(dǎo)體的電阻率、長度l、截面積S都會發(fā)生變化,從而引起電阻值R的變化,通過測量電阻值的變化,檢測出外界作用力的大小.1.2 答：金屬絲靈敏系數(shù)k0主要由材料的幾何尺寸決定的.受力后材料的幾何尺寸變化為12,電阻率的變化為/.而實際應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)包括基片、粘合劑以及敏感柵的橫向效應(yīng).雖然長度相同,但應(yīng)變狀態(tài)不同,金屬絲做成成品的應(yīng)變片粘貼到試件上以后,靈敏系數(shù)降低了.1.3 答：敏感柵越窄,基長越長

10、的應(yīng)變片,橫向效應(yīng)越小,由于結(jié)構(gòu)上兩端電阻條的橫截面積大的應(yīng)變片橫向效應(yīng)較小.1.4 答：金屬導(dǎo)體應(yīng)變片的電阻變化是利用機(jī)械形變產(chǎn)生的應(yīng)變效應(yīng),對于半導(dǎo)體而言,應(yīng)變傳感器主要是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng).金屬電阻絲的靈敏系數(shù)可近似寫為k012,即k01.52；半導(dǎo)體靈敏系數(shù)近似為k0/E=50-100o1.5 解：Qk2.05;800m/mR/Rk0.0164;應(yīng)變引起的電阻變化R0.23R當(dāng)電源電壓U3V時,電橋輸出電壓U0-1.23mV4R2.6解解1:軸向應(yīng)變：R1/R10.002k電橋輸出電壓：U0UR/R4mV22.7 解：QRR2R3R4120;0.3;S0.00196m2;E210

11、11N/m2;U2V;U0按全橋計算：RU0R0.156U軸向應(yīng)變：一R/R-R/R0.0008125lk12rl橫向應(yīng)變：一0.0004875rl力：FSE3.185105N2.8 解：梁為一種等截面懸臂梁；應(yīng)變片沿梁的方向上下平行各粘貼兩個；應(yīng)變片相對變化量為：k2-6F220.012REhb橋路電壓6V時,輸出電壓為：U060.072VR2.9 解：ER由于只有R為應(yīng)變片,電橋輸出按單臂電橋計算,U0-0.010V4R由于兩應(yīng)變片變化大小相同,相互抵消無輸出,U00V由于R,R2應(yīng)變時大小變化相反,電橋輸出按半橋計算,U0E0.02V2R第03章半導(dǎo)體傳感器3.1簡述氣敏電阻的檢測原理,

12、其阻值如何變化？3.2如何定義和計算半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度?3.3圖3-3為某種氣敏傳感器的檢測曲線,從圖中可以看出該傳感器最適合用于哪種氣體的濃度檢測.1)kRi/Ri0.0021U0Uk(12解 2:1)-220.0021.28525.14mVQk2;R120;R10.48;U2V2.6mVQk2;F100N;l0100mm;h5mm;b2mm;E2105N/m2那么軸向應(yīng)變?yōu)?Ri/R0.48/120k22電橋的輸出電壓為：q體濃度出圖3-33.4半導(dǎo)體氣體傳感器為什么要在高溫狀態(tài)下工作？加熱方式有哪幾種？加熱絲可以起到什么作用？3.5什么叫氣敏傳感器的初期穩(wěn)定時間？恢復(fù)時間？答案：3

13、.1答：利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電阻率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測.實驗證實,當(dāng)氧化性氣體吸附到N型半導(dǎo)體,復(fù)原性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時,將使半導(dǎo)體載流子減少,而使電阻值增大.當(dāng)復(fù)原性氣體吸附到N型半導(dǎo)體上,氧化性氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時,那么載流子增多,使半導(dǎo)體電阻值下降.3.2答：k至Ro3.3答：乙醇3.4答：1由于在常溫下,電導(dǎo)率變化不大,達(dá)不到檢測目的,因此以上結(jié)構(gòu)的氣敏元件都有電阻絲加熱器,加熱時間23分鐘,最正確工作溫度為200c400C.2加熱方式分為直熱式和旁熱式.電阻型氣敏傳感器加熱的目的有兩個方面的因素,一是為了加速氣體吸附和上述的氧化復(fù)原反響,提升靈敏度和響應(yīng)速度

14、,另外使附著在傳感器元件殼面上的油霧、塵埃燒掉.第04章壓電式傳感器4.1什么是壓電效應(yīng)？什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？4.2什么是居里點(diǎn)溫度？4.3壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？并對原因加以說明.4.4壓電元件在使用時常采用多片串聯(lián)或并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式.試述在不同接法下輸出電壓、電荷、電容的關(guān)系,它們分別適用于何種應(yīng)用場合？畫出兩種接法的示意圖和引線接法.4.6己知電壓前置放大器輸人電阻及總電容分別為R1M,G100pF,求與壓電加速度計相配,測1Hz振動時幅值誤差是多少？4.7一壓電加速度計,供它專用電纜的長度為1.2m,電纜電容為100pF,壓電片本身電容為1000pF.出廠標(biāo)定電壓靈敏度為1

15、00V/g,假設(shè)使用中改用另一根長2.9m電纜,其電容量為300pF,問其電壓靈敏度如何改變？4.8用石英晶體加速度計及電荷放大器測量加速度,：加速度計靈敏度為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,相應(yīng)輸出電壓幅值為2V,試求該機(jī)器的振動加速度.答案4.1答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時,由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷,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,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

16、形也隨之消失,稱為逆壓電效應(yīng)4.2答：是指壓電材料開始喪失壓電特性的溫度.4.3答：由壓電傳感器的等效電路可見,要保證輸出信號與輸入作用力間的線性關(guān)系,只有在負(fù)載電阻較大,工作頻率較高時,傳感器電荷才能得以保存補(bǔ)充,需要測量電路具有無限大的輸入阻抗.但實際上這是不可能的,故壓電傳感器只能作動態(tài)測量,不宜作靜態(tài)信號測量,只能在其上加交變力,電荷才能不斷得到補(bǔ)充,并給測量電路一定的電流.4.4答：1在壓電式傳感器中,為了提升靈敏度,往往采用多片壓電芯片構(gòu)成一個壓電組件.其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系,可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接,常用的是并聯(lián)連接,可以增大輸出電荷,提升靈敏度.2如果按

17、相同極性粘貼,相當(dāng)兩個壓電片電容串聯(lián).輸出總電容為單片電容的一半,輸出電荷與單片電荷相等,輸出電壓是單片的兩倍；假設(shè)按不同極性粘貼,相當(dāng)兩個壓電片電容并聯(lián),輸出電容為單電容的兩倍,極板上電荷量是單片的兩倍,但輸出電壓與單片相等.4.6解：信號頻率f1Hz;放大器輸入電阻R1M,電容Ci100pF幅值誤差為:dFmRi22_2RiCiUm(Um(Uim(dFmCiUim()10.99Uim()(10.99)100%1%1.2m,電纜電容Cc=100pF,傳感器電容Ca=1000pF;Um相對誤差為：4.7解:壓電加速度計電纜長度為電壓靈敏度為Ku100V/g電壓靈敏度KudCcCaCi100pF

18、1000pFCi100V/g因Ci較小忽略前置電路輸入電容可見電纜加長后電壓靈敏度下降.4.8解:加速度計靈敏度為5PC/g,電荷放大器靈敏度為50mV/PC當(dāng)輸出幅值為2V時,機(jī)器振動加速度為：第05章電感式傳感器5.1 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)？5.2 提升電感式傳感器線性度有哪些有效的方法.5.4 零點(diǎn)剩余電壓的產(chǎn)生原因.5.5 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范圍？5.10 什么叫電渦流效應(yīng)？說明電渦流式傳感器的根本結(jié)構(gòu)與工作原理.電渦流式傳感器的根本特性有哪些？它是基于何種模型得到的？5.11 電渦流式傳感器可以進(jìn)行哪些物理量的檢測？

19、能否可以測量非金屬物體,為什么？5.12 試用電渦流式傳感器設(shè)計一個在線檢測的計數(shù)裝置,被測物體為鋼球.請畫出檢測原理框圖和電路原理框圖.答案5.1答：電感式傳感器是一種機(jī)-電轉(zhuǎn)換裝置,電感式傳感器是利用線圈自感和互感的變化實現(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.它可以用來測量位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、密度等參數(shù).電感式傳感器種類：變磁阻式、變壓器式、渦流式等.5.2答：電感傳感器采用差動形式可有效改善線性度.5.4答：差動變壓器式傳感器的鐵芯處于中間位置時,在零點(diǎn)附近總有一個最小的輸出電壓U.,將鐵芯處于中間位置時,最小不為零的電壓稱為零點(diǎn)剩余

20、電壓.產(chǎn)生零點(diǎn)剩余電壓的主要原因是由于兩個次級線圈繞組電氣系數(shù)互感M、電感L、內(nèi)阻R不完全相同,幾何尺寸也不完全相同,工藝上很難保證完全一致.5.5答：螺線管式差動變壓器傳感器利用互感原理,結(jié)構(gòu)是：塑料骨架中間繞一個初級線圈,兩次級線圈分別在初級線圈兩邊,鐵心在骨架中間可上下移動,根據(jù)傳感器尺寸大小它可測量電壓靈敏度為：Ku求出：d0.11106dCcCacad100pF1000pF100V/g更換2.9mft纜,電壓靈敏度為:電容Cc=300pFKu 六六0.11106300pF1000pF84.62V/g2V/50mV/PC5PC/g0.8g1700mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移.變間隙式電感傳感器

21、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,可動線性范圍很小,因此測量范圍受到限制.5.10答：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)動時,導(dǎo)體內(nèi)部會產(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).2形成渦流必須具備兩個條件：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,導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生渦流,這個渦流同樣產(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.通過檢測與阻抗有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行非電量檢測.3由

22、于金屬存在趨膚效應(yīng),電渦流只存在于金屬導(dǎo)體的外表薄層內(nèi),實際上渦流的分布是不均勻的.渦流區(qū)內(nèi)各處的渦流密度不同,存在徑向分布和軸向分布.所以電渦流傳感器的檢測范圍與傳感器的尺寸線圈直徑有關(guān).4回路方程的建立是把金屬上渦流所在范圍近似看成一個單匝短路線圈作為等效模型.5.11答：1但凡能引起R2、L2、M變化的物理量,均可以引起傳感器線圈R1、L1的變化,可以進(jìn)行非電量檢測；如被測體金屬的電阻率,導(dǎo)磁率,厚度d,線圈與被測體之間的距離x,鼓勵線圈的角頻率等都可通過渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)與線圈阻抗Z發(fā)生關(guān)系,使R1、L1變化；假設(shè)限制某些參數(shù)不變,只改變其中一個參數(shù),便可使阻抗Z成為這個參數(shù)的單值函數(shù).

23、2電渦流傳感器不可以直接測量非金屬物體,這是由于傳感器本身特性決定的.第06章電容式傳感器6.1 如何改善單極式變極距型電容傳感器的非線性？6.2 為什么高頻工作時的電容式傳感器連接電纜的長度不能任意變化？6.3 差動式變極距型電容傳感器,假設(shè)初始容量C1C280pF,初始距離04mm,當(dāng)動極板相對于定極板位移了0.75mm時,試計算其非線性誤差.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？6.4 電容式傳感器有哪幾類測量電路？各有什么特點(diǎn)？差動脈沖寬度調(diào)制電路用于電容傳感器測量電路具有什么特點(diǎn)？6.5 平板式電容位移傳感器,：極板尺寸ab4mm,極板間隙00.5mm,極板間介質(zhì)為空

24、氣.求該傳感器靜態(tài)靈敏度；假設(shè)極板沿x方向移動2mm,求此時電容量.6.6 ：圓盤形電容極板直徑D50mm,間距00.2mm,在電極間置一塊厚0.1mm的云母片r7,空氣01.求：無云母片及有云母片兩種情況下電容值C1及C2是多少？當(dāng)間距變化0.025mm時,電容相對變化量C1/C1及C2/C2是多少？6.7 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,如圖 6-7 所示.：S0=0.25mm；D=38.2mm;R=5.1kQ;Usr=60V交流,頻率 f=400Hz.試求：該電容傳感器的電壓靈敏度 KuV/11m;當(dāng)電容傳感器的動極板位移S=10“m 時,輸出電壓 Usc 值

25、.圖6-7答案6.1 答：非線性隨相對位移/0的增加而增加,為保證線性度應(yīng)限制相對位移的大??；起始極距0與靈敏度、線性度相矛盾,所以變極距式電容傳感器只適合小位移測量；為提升傳感器的靈敏度和改善非線性關(guān)系,變極距式電容傳感器一般采用差動結(jié)構(gòu).6.2 答：低頻時容抗Xc較大,傳輸線的等效電感L和電阻R可忽略.而高頻時容抗Xc減小,等效電感和電阻不可忽略,這時接在傳感器輸出端相當(dāng)于一個串聯(lián)諧振,有一個諧振頻率f0存在,當(dāng)工作頻率ff0諧振頻率時,串聯(lián)諧振阻抗最小,電流最大,諧振對傳感器的輸出起破壞作用,使電路不能正常工作.通常工作頻率 10MHz 以上就要考慮電纜線等效電感L0的影響.6.3 解：

26、假設(shè)初始容量CiC280pF,初始距離04mm,當(dāng)動極板相對于定極板位移了0.75mm時,非線性誤差為：L(一)2100%(075)2100%3.5%04改為單極平板電容,初始值不變,其非線性誤差為：C,0.75L-100%100%18.75%046.5 解：對于平板式變面積型電容傳感器,它的靜態(tài)靈敏度為：C0b12111kg一88.8510127.0810Fm1a0極板沿 x 方向相對移動 2mm 后的電容量為：C)一510120.00421.4161013F00.5S8.8510123.142.510321046.6 解：1)C13.471010F_xmx(38.2xlirY4xO.25x

27、lO-J=40.6x10J(F)=40.6以.Il1.r二二十由rK02 寸 J2x400 x40+6xl0-12=9*式10第2)?即=5.10,那么2Co2/r:6.AT=-5-=：-=120r/mm=02廠/從而得溫2x0.25Uo=|KtlAd=OJ2VpmM0pni=1.2V第07章磁電式傳感器7.2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.7.3為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率較高時,將隨頻率增加而下降?7.4什么是霍爾效應(yīng)？7.5霍爾元件常用材料有哪些？為什么不用金屬做霍爾元件材料？7.6霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的原因有哪些？6.7C28.8510121103.142.

28、51011040.1436.081010F0.280解:由傳感器結(jié)構(gòu)及總測量電路可知初始也咨0ddr0.0250.20.0250.0250.11430.0257.7某一霍爾元件尺寸為L10mm,b3.5mm,d1.0mm,沿L方向通以電流I1.0mA,在垂直于L和b的方向加有均勻磁場B0.3T,靈敏度為22V/AT,試求輸出霍爾電勢及載流子濃度.7.9霍爾元件靈敏度KH40V/AT,限制電流I3.0mA,將它置于11045104T線性變化的磁場中,它輸出的霍爾電勢范圍有多大？7.10有一霍爾元件,其靈敏度KH=1.2mV/mAkGs,把它放在一個梯度為5kGs/mm的磁場中,如果額定限制電流是

29、20mA,設(shè)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作3.1mm的擺動,問輸出電壓范圍為多少？答案7.11答：磁電感應(yīng)式傳感器兩個根本元件,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)境溫度變化較大時傳感器溫度誤差較大,必須加以補(bǔ)償.7.12答：由于磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度為e/,振動頻率過高時,線圈阻抗增大,使傳感器靈敏度隨振動頻率增加而下降.7.13答：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)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng).7.14答：1任何材料在一定條件下

30、都能產(chǎn)生霍爾電勢,但不是都可以制造霍爾元件.只有半導(dǎo)體材料適于制作霍爾元件.又因一般電子遷移率大于空穴的遷移率,所以霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體制造.2金屬材料電子濃度雖然很高,但電阻率很小很小,使霍爾電勢UH很小,因此不適于做霍爾元件材料.7.15答：霍爾電勢不為零的原因是,霍爾引出電極安裝不對稱,不在同一等電位面上；鼓勵電極接觸不良,半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻等原因.7.16解：KH22V/AT,I1.0mA,B0.3TQ輸出霍爾電勢：UHKHIB6.6mVL10mm,b3.5mm,de1.0mm,e1.610Q載流子濃度為：IB0.0010.3_19UHed0.00661.6100.0

31、01_4440V/(AT),I3.0mA,B110510TQ輸出霍爾電勢范圍是：低端：UHKHIB12V高端：UHKHIB60V7.10解：對于梯度為5kGs/mm的磁場,當(dāng)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作W.1mm的擺動時,其磁場的變化n7.9解：KH1928.411019AB=5kGs/mnX0.1mm= =0.5kGs那么霍爾元件輸出電壓的變化范圍為AUH=KHI?AB=1.2mV/mA?kGsx20mAX土0.5kGs=12mV第08章熱電式傳感器8.1什么是熱電效應(yīng)？熱電偶測溫回路的熱電動勢由哪兩局部組成？由同一種導(dǎo)體組成的閉合回路能產(chǎn)生熱電勢嗎？8.2為什么熱電偶的參比端在實際應(yīng)用中很重要？

32、對參比端溫度處理有哪些方法？8.4試比擬熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器的特點(diǎn).8.5某熱電偶靈敏度為0.04mV/C,把它放在溫度為1200c處的溫度場,假設(shè)指示表冷端處溫度為50,試求熱電勢的大??？8.6某熱電偶的熱電勢在E600,0時,輸出E=5.257mV,假設(shè)冷端溫度為0c時,測某爐溫輸出熱電勢E=5.267mV.試求該加熱爐實際溫度是多少？8.7鉗熱電阻溫度計0c時電阻為100,100C時電阻為139Q,當(dāng)它與某熱介質(zhì)接觸時,電阻值增至281,試確定該介質(zhì)溫度.查分度表8.8題答案8.9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)兩個結(jié)點(diǎn)有溫差時,導(dǎo)體回路里

33、有電流流動會產(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熱電偶兩個電極材料相同時,無論兩端點(diǎn)溫度如何變化無熱電勢產(chǎn)生.8.10答：1實際測量時利用這一性質(zhì),可對參考端溫度不為零度時的熱電勢進(jìn)行修正.2由于熱電偶的分度表均是以參考端T=0為標(biāo)準(zhǔn)的,而實際應(yīng)用的熱電偶參考端往往Tw0C,一般高于零度的某個數(shù)值,此時可利用中間溫度定律對檢測的熱電勢值進(jìn)行修正,以獲得被測的真實溫度.8.11：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器特點(diǎn)如下：?熱電偶可以測量上千度高溫,并且精度高、性能好,這是其它溫度傳感器無法替代.?熱電阻結(jié)構(gòu)很簡單,金屬熱電阻材

34、料多為純鉑金屬絲,也有銅、鎳金屬.金屬熱電阻廣泛用于測量-200+850C溫度范圍,少數(shù)可以測量1000Co?熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成,外形大小與電阻的功率有關(guān),差異較大.熱敏電阻用途很廣,幾乎所有家用電器產(chǎn)品都裝有微處理器,這些溫度傳感器多使用熱敏電阻.8.12解：熱電偶靈敏度為0.04mV/C,把它放在溫度為1200c處的溫度場,假設(shè)指示表冷端處溫度為50,那么中間溫度為：1200-50=1150；熱電勢為：0.04mV/CX1150c=46mV或：EABT,0=EABT,1200+EAB50,0=1200cx0.04mV/C-50cx0.04mV/C=46mV8.13解：熱電偶的熱電勢E

35、600.0,0=5.257mV,冷端溫度為0時,輸出熱電勢E=5.267mV,熱電偶靈敏度為：K=5.257mV/600=0.008762mV/該加熱爐實際溫度是：T=E/K=5.267mV/0.008762mV/0C=601.14C8.14解:：鉗熱電阻溫度計0c時電阻為100,100c時電阻為139Q;可通過查表得：當(dāng)電阻值增至281時,介質(zhì)溫度為500Co一強(qiáng)熱電佃阻度性感器的輸入電疏如Al題圖如日所示.廣如鈉館一鈿她也仙.：馬匹4100C之時變化時,其下均熱電勢被動為印V巾,橋路中供橋電,為4V,二個舐銅電陽鼎、鼎、R0的陽值均為1C.鋼電陽的電肌溫度系效為gHMM3 3巧溫度為0七時

36、電僑平南,為了使熱電偶的冷端溫度在(H5(PC范朋11：熱電的得到完個林上,斌求可調(diào)電阻的陽1只飛解,蚓電偏小泡補(bǔ)償電勢/點(diǎn)中,k為熱電偶靈破度(XjiVC),而樸新電拼向出電壓?踮同題圖8-B)C；ARARU U筐 5 匕=ARARARAR冷喘補(bǔ)償時有U U4jt4x6月即圖37klkl=切 n=1=6000/4日0.004=6mV根據(jù)電新電路,其等效電鄴為Ri&u和處、叱分別串聯(lián)A；再拌聯(lián),然h：與電源.RW匕橋電口1串并熊后XId由此可得IL；-lxE(R+l)所以R=EU-1=40006-l=6S5J(Q)某熱地電門.其B值萬3處眼,假設(shè)冰點(diǎn)電阻為500KO.求熱敏電阻在lOO

37、C時的限值.解；To=t)1=273K.%=500112：T=100C=37.1K那么知普=Rmu.mmT口外二2民兜相精第09章超聲波傳感器9.1什么是超聲波？其頻率范圍是多少？9.2超聲波在通過兩種介質(zhì)界面時,將會發(fā)生什么現(xiàn)象？9.3超聲波傳感器的發(fā)射與接收分別利用什么效應(yīng),檢測原理是什么？常用的超聲波傳感器(探頭)有哪幾種形式？簡述超聲波測距原理.9.4利用超聲波測厚的根本方法是什么？超聲波在工件中的聲速為5640m/s,測得的時間間隔t為22s,試求工件厚度答案9.1答：1)超聲波是人耳無法聽到的聲波.人耳聽見的聲波稱機(jī)械波,頻率在16Hz20kHz,一般說話的頻率范圍在100Hz8k

38、Hz之間,低于20Hz頻率的波稱為次聲波,高于20kHz頻率的波稱超聲波,頻率在300MHz300GHz之間的波稱為微波.2)超聲波頻率范圍在幾十千赫茲到幾十兆赫茲,9.2答：當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時,在界面上會產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換.9.3答：1超聲波傳感器主要利用壓電材料晶體、陶瓷的壓電效應(yīng),其中超聲波發(fā)射器利用逆壓電效應(yīng)制成發(fā)射元件,將高頻電振動轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波；超聲波接收器利用正壓電效應(yīng)制成接收元件,將超聲波機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號.2按工作形式簡單超聲波傳感器有專用型和兼用型兩種形式,兼用型傳感器是將發(fā)射TX和接收RX元件制作在一起,器件可同時完成超聲波的發(fā)射與接收；專用