傳感器習(xí)題(共19頁(yè))

1、一、判斷(pndun)對(duì)錯(cuò)1. 熱電偶的工作機(jī)理是導(dǎo)體的熱電效應(yīng)。而熱電勢(shì)的產(chǎn)生必須具備(jbi)兩個(gè)條件，即兩種導(dǎo)體材質(zhì)不同且兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度不同。 2. 由于(yuy)光敏電阻的光照特性是非線性的,因此不宜用作精密測(cè)量元件。 3. 光柵位移傳感器具有較高的測(cè)量精度，主要原因是柵線密集而且加工精度高，所以保證了測(cè)量精度。 4. 光纖的纖芯的折射率小于包層的折射率。 5. 由于光電池的開(kāi)路輸出電壓與光強(qiáng)成正比，因此可以用于測(cè)量光強(qiáng)。 6. 電感式位移傳感器由于屬于接觸式測(cè)量，所以不適于高頻動(dòng)態(tài)位移的測(cè)量。 7. 某傳感器給定的精度為 0.1%，這意味著在滿量程內(nèi)測(cè)量任意值的最大相對(duì)誤差不會(huì)超過(guò)

2、0.1%。 8. 傳感器 A 采用最小二乘法擬合算得線性度為 0.8%，傳感器 B 采用端點(diǎn)連線法算得線性度為 0.6%，則可以肯定傳感器 B 的線性度優(yōu)于傳感器 A。 9. 接觸式傳感器將會(huì)產(chǎn)生測(cè)量力，從而帶來(lái)測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。 10. 幅頻特性優(yōu)良的傳感器，其動(dòng)態(tài)范圍大，故可用于高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量。 11. 半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬應(yīng)變傳感器，主要是因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)占主要地位。 12. 用于測(cè)量金屬板材厚度的電渦流傳感器，常采用兩個(gè)測(cè)頭和較高的激勵(lì)頻率，以便滿足大多數(shù)板材厚度的測(cè)量需求。 13. 電荷放大器是將傳感器輸出的電荷進(jìn)行放大的前置放大器，由于它可以使用較長(zhǎng)的

3、電纜并不受分布電容的影響，因而收到歡迎。 14. 壓電式力傳感器既可以測(cè)量靜態(tài)力，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)力。 15. 熱敏電阻的電阻值將隨著溫度的升高而下降。 二、選擇題1. 一小型光學(xué)儀器中用于控制光斑二維位置變化的傳感器可采用： C a. 線陣 CCD 傳感器 b.面陣 CCD 傳感器 c. PSD 傳感器2. 實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)力測(cè)量的最佳方法是采用： C a. 應(yīng)變(yngbin)片傳感器 b.壓阻傳感器 c.壓電傳感器3. 測(cè)量(cling)油庫(kù)儲(chǔ)油罐內(nèi)油的液位高度適于采用(ciyng)： A a. 超聲波測(cè)距傳感器 b.電容液位傳感器 c.光纖液位開(kāi)關(guān)4. 家用空調(diào)中的測(cè)溫元件采用何種傳感器最好

4、？ B a. 熱電阻 b.熱敏電阻 c.熱電偶5. 電容式液位傳感器屬于下列那一種型式： C a. 變極距型 b.變面積型 c.變介質(zhì)型6. 測(cè)量微位移工作臺(tái)的位移量（行程 200m，分辨力 1m），可選用： C a. 應(yīng)變傳感器 b. 電感傳感器 c. 電容傳感器7. 測(cè)量炮彈發(fā)時(shí)炮筒內(nèi)壁的壓力且不影響安全發(fā)射，可采用的傳感器為： B a. 壓電式傳感器 b. 應(yīng)變式傳感器 c. 壓阻式傳感器8. 為一個(gè)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械分度裝置增加數(shù)顯系統(tǒng)，可采用的角度傳感器為： B a. 增量式編碼器 b. 絕對(duì)碼編碼器 c. 電容傳感器9. 對(duì)生產(chǎn)流水線上的塑料零件進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，可采用的傳感器為： A a.

5、光電傳感器 b. 霍爾傳感器 c. 電容傳感器10. 你認(rèn)為自動(dòng)感應(yīng)式干手機(jī)中的人手感應(yīng)器應(yīng)為： A a. 紅外傳感器 b. 超聲波傳感器 c. 圖像傳感器11. 差動(dòng)變壓器一般具有幾個(gè)線圈： C a. 1 個(gè)線圈 b. 2 個(gè)線圈 c. 3 個(gè)線圈12. 在線測(cè)量高速金屬回轉(zhuǎn)零件的主軸徑向偏擺量，可選用： B a. 差動(dòng)變壓器 b.電渦流傳感器 c.壓電式傳感器13. 下列那類傳感器可以具有防水功能： B a. 電阻應(yīng)變式傳感器 b.電渦流傳感器 c.電容式傳感器14. 為了在報(bào)紙印刷的生產(chǎn)流水線上監(jiān)測(cè)印刷缺陷，可以采用哪一種傳感器： B a. 面陣 CCD 傳感器 b.線陣 CCD 傳感器

6、 c.硅光電池15. 數(shù)碼(shm)照相機(jī)中用于自動(dòng)調(diào)焦的測(cè)距傳感器為： A a. 紅外傳感器 b.超聲波傳感器 c. CCD 傳感器差動(dòng)變壓器式壓力(yl)傳感器在無(wú)壓力時(shí)，膜盒處于初始狀態(tài)，固連于膜盒中心的磁芯位于差動(dòng)變壓器線圈的中部，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力經(jīng)接頭進(jìn)入(jnr)膜盒后，膜盒產(chǎn)生變形，并推動(dòng)磁芯移動(dòng)，從而使差動(dòng)變壓器輸出正比于被測(cè)壓力的電壓信號(hào)。電渦流式介質(zhì)溫度傳感器根據(jù)電渦流效應(yīng)，當(dāng)線圈中通以交變電流時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng)，并在導(dǎo)體（即鋁板）內(nèi)產(chǎn)生電渦流，進(jìn)而影響線圈的電感量、阻抗和品質(zhì)因數(shù)等變化，這些參數(shù)的變化與導(dǎo)體的幾何形狀、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等有關(guān)。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)，

7、將是鋁板的電阻率發(fā)生變化，而其他參數(shù)保持不變，則傳感器的輸出只隨被測(cè)溫度變化而改變，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。壓電式加速度傳感器當(dāng)殼體 1 隨被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量(zhling)塊 3 感受加速度作用而產(chǎn)生慣性力，并作用在壓電元件 4 上，根據(jù)壓電效應(yīng)，將產(chǎn)生正比與慣性力的電荷，從而輸出正比于加速度的電信號(hào)。壓阻式壓力(yl)傳感器在無(wú)壓力時(shí)，高壓腔與低壓腔相互平衡，硅膜片處于初始狀態(tài)，硅膜片上四個(gè)擴(kuò)散電阻相等，電橋平衡，輸出電壓為零。當(dāng)被測(cè)壓力經(jīng)接頭進(jìn)入高壓腔后，硅膜片產(chǎn)生變形(bin xng)，使得擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，從而輸出正比于被測(cè)壓力的電壓信號(hào)。5霍爾式磁傳感器當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)電

8、流 I，同時(shí)受到垂直方向(fngxing)的磁場(chǎng) B 作用時(shí)，在導(dǎo)體的兩側(cè)形成感應(yīng)電勢(shì)，即霍爾電勢(shì) E。到導(dǎo)體不變，通過(guò)的電流恒定時(shí)，該電勢(shì)大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，由此可以實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量。6正壓電效應(yīng)：離子型晶體電介質(zhì)施加機(jī)械力后，將產(chǎn)生(chnshng)極化現(xiàn)象，在表面產(chǎn)生電荷。 當(dāng)外力消失后，電介質(zhì)重新恢復(fù)(huf)無(wú)電荷狀態(tài)。當(dāng)外力改變方向時(shí)，電荷的極性隨之改變。這就是正壓電效應(yīng)，產(chǎn)生的電荷密度與外力成正比，即 = dT ，其中 -電荷密度， T-外應(yīng)力， d-壓電常數(shù)。逆壓電效應(yīng)：將電場(chǎng)作用于某些離子型晶體電介質(zhì)，其內(nèi)部電荷將產(chǎn)生位移，導(dǎo)致電介質(zhì)變形。當(dāng)外部電場(chǎng)消失后，電介質(zhì)重新恢復(fù)原

9、狀態(tài)。當(dāng)電場(chǎng)方向改變后，電介質(zhì)的變形方向也隨之改變。這就是逆壓電效應(yīng)。其變形量與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，即 EdS= t ，其中 S-應(yīng)變， E-電場(chǎng)強(qiáng)度，d-逆壓電常數(shù)。7電渦流效應(yīng)答：在傳感器線圈中通以交變電流 I1，在周圍空間形成交變電磁場(chǎng) H1，在處于磁場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)體(dot)中產(chǎn)生渦流環(huán)，該渦流環(huán)形成的反向磁場(chǎng) H2，并作用于傳感器線圈，從而使得線圈的參數(shù)（電感、阻抗、品質(zhì)因數(shù)）發(fā)生變化。變化的成都取決于線圈參數(shù)（尺寸大小、電流強(qiáng)弱）、導(dǎo)體參數(shù)（電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率）和線圈與導(dǎo)體(dot)之間的距離。五、計(jì)算題1.有一測(cè)力傳感器利用等強(qiáng)度梁制成，梁的上下面各粘貼兩片相同的電阻(dinz)應(yīng)變片，并構(gòu)成

10、全等臂橋路，如下圖所示。(1) 請(qǐng)?jiān)陔姌虻乃膫€(gè)橋臂上填寫正確的應(yīng)變片符號(hào)；(2) 請(qǐng)推導(dǎo)全等臂電橋輸出公式： =；(3) 若l=50mm， b=5mm， t=1mm， E=1*N/mm2，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K=2.5，供橋電壓U=6V，問(wèn)當(dāng)輸出電壓=54mV時(shí)，被測(cè)力F為多少？（已知等強(qiáng)度梁的應(yīng)力為：= ）2. 已知一差動(dòng)整流電橋電路(dinl)如題圖所示。電路由差動(dòng)電感傳感器Z1、 Z2及平衡(pnghng)電阻R1、 R2（ R1=R2）組成。橋路的一個(gè)對(duì)角接有交流電源 ，另一個(gè)對(duì)角線為輸出端 ，試分析該電路的工作(gngzu)原理。3. 有三臺(tái)(sn ti)測(cè)溫儀表，量程均為 0800，精

11、度等級(jí)(dngj)分別為 2.5 級(jí)、 2.0 級(jí)和 1.5 級(jí)，現(xiàn)要測(cè)量(cling)500的溫度，要求相對(duì)誤差不超過(guò) 2.5，選那臺(tái)儀表合理?解：2.5 級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差(ju du w ch)值為 20，測(cè)量(cling) 500時(shí)的相對(duì)誤差(xin du w ch)為 4；2.0 級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為 16，測(cè)量 500時(shí)的相對(duì)誤差為 3.2；1.5 級(jí)時(shí)的最大絕對(duì)誤差值為 12，測(cè)量 500時(shí)的相對(duì)誤差為 2.4。因此，應(yīng)該選用 1.5 級(jí)的測(cè)溫儀器。交流電路的電抗數(shù)值方程為X =wL-當(dāng)角頻率1 = 5Hz ，測(cè)得電抗X1 為0.8 ；當(dāng)角頻率2 = 2Hz ，測(cè)得電抗 X2為

12、0.2 ；當(dāng)角頻率3 = 1Hz，測(cè)得電抗 X3為 0.3 。試用最小二乘法求電感 L 、電容C的值。傳感器的標(biāo)定(bio dn)分為靜態(tài)(jngti)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)(dngti)標(biāo)定。靜態(tài)標(biāo)定目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。標(biāo)定儀器設(shè)備精度等級(jí)的確定:標(biāo)定傳感器時(shí)，所用的測(cè)量?jī)x器的精度至少要比被標(biāo)定的傳感器的精度高一個(gè)等級(jí)。電感式傳感器的不足(bz): 存在交流(jioli)零位信號(hào)，不宜高頻動(dòng)態(tài)(dngti)測(cè)量。 變間隙式電感式傳感器適用于測(cè)量微小位移的場(chǎng)合。動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍：0.

13、001 1mm。兩類諧振式測(cè)量電路：諧振式調(diào)幅電路；諧振式調(diào)頻電路。零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：零點(diǎn)殘余電壓主要由基波分量和高次諧波分量組成。某電容傳感器（平行極板電容器）的圓形極板半徑 ，工作初始極板間距離 ，介質(zhì)為空氣。問(wèn)：（1）如果極板間距離變化量 ，電容的變化量是多少？（2）如果測(cè)量電路的靈敏度 ，讀數(shù)儀表的靈敏度 （格mV）在 時(shí)，讀數(shù)儀表(ybio)的變化量為多少？逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些(zhxi)材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)(y din xio yng)”或“電

14、致伸縮效應(yīng)”。壓電元件的連接方式：并聯(lián)接法適宜用在測(cè)量慢變信號(hào)并且以電荷作為輸出量的場(chǎng)合。串聯(lián)接法適宜用于以電壓作為輸出信號(hào)，并且測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。 優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間常數(shù)一定時(shí)，高頻響應(yīng)特性好。缺點(diǎn)：低頻響應(yīng)差。提高低頻響應(yīng)的辦法是增大時(shí)間常數(shù)，即增大電容或提高輸入電阻。從傳感器的輸出(shch)電壓和電壓靈敏度可見(jiàn)，連接(linji)電纜的分布電容Ce影響傳感器輸出電壓和靈敏度，使用(shyng)時(shí)更換電纜就要求重新標(biāo)定，測(cè)量系統(tǒng)對(duì)電纜長(zhǎng)度變化很敏感，這是電壓放大器的缺點(diǎn)。光電式傳感器的種類根據(jù)工作原理：內(nèi)光電效應(yīng)型和外光電效應(yīng)型。基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。基于這種

15、光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻等。光敏三極管的光照特性近似線性關(guān)系。但光照足夠大時(shí)會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。故光敏三極管既可做線性轉(zhuǎn)換元件，也可做開(kāi)關(guān)元件。光敏二極管在不受光照射時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，受光照射時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 電荷(dinh)耦合器件（縮寫為CCD）以電荷(dinh)為信號(hào)，具有光電信號(hào)轉(zhuǎn)換(zhunhun)、存儲(chǔ)、移位并讀出信號(hào)電荷的功能。CCD是由若干個(gè)電荷耦合單元組成。基本單元是MOS光敏元。CCD信號(hào)電荷輸出方式：電流輸出和電壓輸出兩種。 線型CCD圖像傳感器主要用于測(cè)試、傳真和光學(xué)文字識(shí)別技術(shù)等方面。要獲得整個(gè)二維圖像的視頻信號(hào)必須用掃描的方法。 數(shù)值孔徑表征光纖集光本領(lǐng)的一個(gè)重要參

16、數(shù)，即反映光纖接收光量的多少。分別列舉屬于內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)的光電器件。解：外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。縱波(zn b)的音速在常溫空氣中約3.4104cm/s,在水中為1.4105cm/s，如果發(fā)射(fsh)一個(gè)超聲波的頻率為40KHz,則可利用C=f求出，超聲波在空氣(kngq)中，水中及鋁中的波長(zhǎng)為： 空氣中：=0.86cm 水中：=3.5cm 鋁中：=15.55cm超聲波的指向性：使一個(gè)半徑為R的圓版波源呈活塞狀振動(dòng)，發(fā)射出具有波長(zhǎng)的超聲波，則其指向角可以表示為sin=/R。例如從直徑30mm的振動(dòng)因子，對(duì)油中發(fā)射出1MHz的超

17、聲波，使得/R=10，于是其指向角=?？梢?jiàn)，欲使超音波角度集中，可減小或增大R，但一般以減小居多。超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，而以壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)工作的。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超音波可作為發(fā)射探頭。而利用正壓電效應(yīng)將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用為接收探頭。34.發(fā)射用的超聲波傳感器的驅(qū)動(dòng)方式有自激型與他激型之分。 自激型振蕩電路就像石英振子那樣，利用超聲波傳感器自身的諧振特性使其在諧振頻率附近產(chǎn)生振蕩。超聲波測(cè)厚常用脈沖回波法。超

18、聲波探頭與被測(cè)物體表面接觸。主控制器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，送往發(fā)射電路，經(jīng)電流放大后激勵(lì)壓電式探頭，以產(chǎn)生重復(fù)的超聲波脈沖。脈沖波傳到被測(cè)工件另一面被反射回來(lái)，被同一探頭接收。如果超聲波在工件中聲速U是已知的，設(shè)工件厚度為，脈沖波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔t可以測(cè)量，因此可求出工件厚度為Ut/2指向(zh xin)角與超聲源的直徑(zhjng)D、以及波長(zhǎng)之間的關(guān)系(gun x)為：sin=1.22/D設(shè)超聲源的直徑D=20mm，射入鋼板的超聲波（縱波）頻率為5MHz，則根據(jù)式可得=，可見(jiàn)超聲波的指向性是十分尖銳的。半導(dǎo)體氣敏傳感器：利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)變化來(lái)檢測(cè)氣體。氣敏器件有燒結(jié)性、薄膜型和厚膜型三種。電阻型半導(dǎo)體氣敏器件全部附有加熱器。加熱器作用：燒掉附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧等，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。加熱器的溫度一般控制在200-400左右。加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種，因而形成了直熱式和旁熱式氣敏器件。正特性濕敏半導(dǎo)瓷的導(dǎo)電機(jī)理：正特性濕敏半導(dǎo)瓷材料的結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與負(fù)特性的不同。電子濃度下降，表面電阻加大。因此，這類半導(dǎo)瓷材料的表面電阻隨濕度的增加而加大。半導(dǎo)體色敏器件工作原理：當(dāng)有入射光照射時(shí)，P+、N、P三個(gè)區(qū)域及其間的勢(shì)壘區(qū)中都吸收光子，但效果不同。紫外光部分吸收系數(shù)大，