最新傳感器考試試題及答案資料

1、精品文檔傳感器原理及其應(yīng)用習(xí)題第1章傳感器的一般特性、選擇、填空題1、 衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標是 _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)換電路三部分組成， 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多次測量結(jié)果求平均的方法來減小它對測量結(jié)果的影響。 TOC o 1-5 h z 5、一階傳感器的時間常數(shù)t越,其響應(yīng)速度越慢；二階傳感器的固有頻率3 0越,其工作頻

2、帶越寬。6、 按所依據(jù)的基準直線的不同，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 ）兩個組成部分。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、若將計算機比喻成人的大腦，那么傳感器則可以比喻為（B ）。A.眼睛 B.感覺器官C. 手 D. 皮膚10、屬于傳感器靜態(tài)特性指標的是（D ）D.重復(fù)性A.固有頻率B.臨界頻率C.阻尼比11、衡量傳感器靜態(tài)特性的指標不包括（ C ）。A.線性度B.靈敏度C.頻域響應(yīng)D.重復(fù)性12、 下列對傳感器動態(tài)特性的描述正確的是（）A 一階傳感器的時間常數(shù) B二階傳感器的固有頻率 C 一階傳感器的

3、時間常數(shù) D 二階傳感器的固有頻率T越大，其響應(yīng)速度越快3 0越小，其工作頻帶越寬 T越小，其響應(yīng)速度越快。3 0越小,其響應(yīng)速度越快。二、計算分析題1、什么是傳感器？由幾部分組成？試畫出傳感器組成方塊圖。2、傳感器的靜態(tài)性能指標有哪一些，試解釋各性能指標的含義。 作業(yè)3、傳感器的動態(tài)性能指標有哪一些，試解釋各性能指標的含義第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 應(yīng)；半導(dǎo) 體或固體受到作用力后_電阻率 發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓阻 應(yīng)。直線的電阻絲繞成 敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度下降了，這種現(xiàn)象稱為 橫向效應(yīng)。

4、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_。精品文檔 應(yīng)變片溫度補償?shù)拇胧┯?電橋補償法_、應(yīng)變片的自補償法、。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。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_的作用。7、若應(yīng)變計基長L=40mm,應(yīng)變波速v=5000m/s,則上升時間tk=，可測頻率f= 。8壓阻式傳感器測量電橋的電源可采用 可采用 電。9、 應(yīng)變式傳感器主要用于測量

5、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R= P-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)S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?。– ）A 兩個橋臂都應(yīng)當用大電阻值工作應(yīng)變片B 兩個橋臂都應(yīng)當用兩個工作應(yīng)變片串聯(lián)C.兩個橋臂應(yīng)當分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片D 兩個橋臂應(yīng)當分別用應(yīng)變量變化相同的工作應(yīng)變片3、產(chǎn)生應(yīng)變片溫

6、度誤差的主要原因有（ AB ） A、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)A.導(dǎo)電材料電阻率的變化C.導(dǎo)電材料物理性質(zhì)的變化K的主要因素是（ B ）。B.導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化D.導(dǎo)電材料化學(xué)性質(zhì)的變化電阻應(yīng)變片的線路溫度補償方法有（A B ）A.差動電橋補償法 C補償線圈補償法B.補償塊粘貼補償

7、應(yīng)變片電橋補償法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（）來決定的精品文檔A、貼片位置的溫度變化C、電阻絲材料的電阻率變化B、電阻絲幾何尺寸的變化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。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。已知梁的 L = 100mm， b=11mm，h=

8、3mm，梁的彈性模量 E=2.1 X104 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)?；68mv時，問物體的荷重為多少?提示：等強度梁的應(yīng)變計算式為當傳感器的輸出為=6FL/bhE3 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 在其表面粘貼八個應(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, 靈敏度為2,泊松系數(shù)0. 3,材料彈性模量E=2.1x1011Pa。要求；給出彈性元件貼片位置及全橋電路；計算傳感器在滿量程時，各應(yīng)變片電阻變化；當橋路的供電電壓為I0V

9、時，計算傳感器的輸出電壓解：(1).全橋電路如下圖所示D呂呂呂呂|% 氣 叭Cel.圓桶截面積 = 3-) = 59.7x10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;精品文檔 滿量程時:血嚴申二理=甲=氓r = r r10 x10AS=2.Ox=pr xl 20 = 0 19 IQ597x10 x2 lxlO11= 駕=駕=一從lR* = 03x0 191 0.0573（3）77*AJ7 = AT（1+） %1 Q=_x2.0 xn + 0.3）N =1.037x102 i ;59 7x106x2.1x10114、以阻值R=120Q，靈敏系數(shù)K=2.0的電阻應(yīng)變片與

10、阻值120Q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，當應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?2卩和2000 11時，分別求出單臂、雙臂差動電橋 的輸出電壓，并比較兩種情況下的靈敏度。解：依題意單臂：U =Ui k汗3汙3燦了,（咽差動：u= Ui3迖20迖尸 M。：!,（H啕。226 10 V ,-2000u ；）靈敏度：K _ U。_ fkUi/4T.5 10“（V/；）,單臂 Ku - kUj/2 10“（V /；），差動可見，差動工作時，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。已知 l

11、=10mm， bo=11mm， h=3mm， E=2.1 x 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=Uo/F）。當稱重0.5kg時，電橋的輸出電壓 Uo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)?FIh2boE當上下各貼兩片應(yīng)變片，并接入四臂差動電橋中時，其輸出電壓:U。Ui6FIK 4 ； = KU jh boE則其電壓靈敏度為U o61 口6汽100匯6Kuo 二K1- =2Fh2b32 X11X2.1X104=3.463 X0- (V/N)=3.463(mV/N)當稱重F=0.5kg=0.5 g.8N=4.9N 時，

12、輸出電壓為U0 =Ku F=3.463 40.46=2890( Q )顯然Xl 線圈電阻R0,則輸出電壓為測量電路的電壓靈敏度為Uo E KuL 2L01.8V 1.96V/H =1.96mV/m匚2 0.46：:而線圈差動時的電感靈敏度為 Kl =151.6mH/m m,則該螺管式電感傳感器及其測量電路的總靈敏 度為K 二 Kl Ku =151.6mfl/mm 1.96mV /m：: =297.1mV/mm6、有一只差動電感位移傳感器，已知電源電Usr=4V , f=400Hz，傳感器線圈銅電阻與電感量分別3-16所示，試求:為R=40Q , L= 30mH，用兩只匹配電阻設(shè)計成四臂等阻抗電

13、橋，如習(xí)題圖匹配電阻R3和R4的值；(3)用相量圖表明輸出電壓U sc與輸入電壓U sr之間的相位差 解：(1)線圈感抗XloL=2 nfL=4003 10=75.4 (0)線圈的阻抗2 2 2 2R Xl = 4075.4=85.4 11故其電橋的匹配電阻(見習(xí)題圖3-16)R3 = R4 =Z=85.4 (O)(2)當 Z=10時，電橋的輸出電壓分別為 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document Usr Z410sr0.117V4 Z4 85.4Usr Z410聖0.234 V2 Z2 85.41 R 4 40=tantan27.9coL75.4單臂工

14、作:雙臂差動工作:UscUsc(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=4Mmm2,氣隙總長度S = 0.8mm 銜鐵最大位移 S = 0.08mm激勵線圈匝數(shù) W=2500匝，導(dǎo)線直徑 d=0.06mm,電阻率p =1.7X10-6Q .cm，當激勵電源頻率f=4000Hz時，忽略 漏磁及鐵損，求：線圈電感值；電感的最大變化量； 線圈的直流電阻值； 線圈的品質(zhì)因數(shù)；(5)當線圈存在200pF分布電容與之并聯(lián)后其等效電感值。3/2當厶Z=10時，分別接成單臂和差動電橋后的輸出電壓值；解：(1)線圈電感值圖3-仃 氣隙型電感式傳感器(變隙式)0W2S 10 X25

15、0010J 25002 4 4 10 L32 0.8-2 0.08 101=1.96X10 1(H)=196(mH)故位移 S =).08mm時，電感的最大變化量為 L=L_- L4=196- 131=65(mH)線圈的直流電阻lCp設(shè)0.06 =44mmV 2丿為每匝線圈的平均長度，則|W lCpR =門2CPsnd /42500漢4漢4十= 1.75 10 衛(wèi)0.06 104=2496 門線圈的品質(zhì)因數(shù)LQ = R(5)當存在分布電容200PF時，其等效電感值L2 二 fL2- 4000 1.57 1015.8 R249.6 11L =Lp221 - LC 12二 f LC11.57 10

16、1 - 2二 4000 2 1.57 10200 102 = 1.60 10舊 i 160m：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 、三種基本類型。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基本結(jié)構(gòu)可分為型，型和型三大類。選擇：1、極距變化型電容傳感器的靈敏度與(B )。A、極距成正比E、極距成反比C、極距的平方成正比D、極距的平方成反比、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

17、傳感器的優(yōu)點溫度穩(wěn)定性好b結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強C動響應(yīng)好3、試計算習(xí)題42圖所示各電容傳感兀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)C1；2SC3d2C1；2s3Sd1 ；2 ；3 a ；1 ；3 a ；1 ；2；1 ；2 ；3 SC串d1 ；2 ；3 a；1 ；3 d3；1；2Sd1 / d2 / 2 d3 / ；3(2)兩個電容器并聯(lián)Use 值。(3)柱形電容器C并=G C2 = 2C = 2 S J2咫LC =ln(d2 /d1 )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。已知:出=0.25mm； D=38.2mm； R

18、=5.1k 吐 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/ m)；當電容傳感器的動極板位移厶S =10卩時，輸出電壓習(xí)題圖4-3解：由傳感器結(jié)構(gòu)及其測量電路可知精品文檔(1)初始電容8.85 10J2兀 2；0D403 2x 兀 x (38.2x10)-4x0.25x10 山= 40.6 1012 F =40.6pF1 1由于X c12Cg2nfCo2兀 X400 X40.6況 10= 9.8 10%；：R( = 5.1k)Ku旦：d, U i 心C U i idU 0 ：2 C02Ui 60,120V/mm = 0.12V/m2-02 0

19、.25從而得(2)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：如果傳感器與工件的間隙變化量 d=0g，電容變化量為多少？如果測量電路的靈敏度足 Ku=100mV/pF，則在 d=阿戶時的輸出電壓為多少？ 解：由題意可求(1)初始電容：U0 = Ku d=0.12V/mX105=1.2VS _ 弋二r2Co :do d_8.85匯10工江兀匯(4漢10 2 -0.30-1.48 10J2 F =1.48pF由 Codo，則當 d= 10um寸Ad1010C = Cg1.480.049pFd00.3如果考慮d1=0.3mm+1

20、0m與d2=0.3mm - 10之間的電容變化量 C；則應(yīng)為 C =2| CH=049=0.098pF(2)當 d= 1卩時d二 1mCC031.48pF = 0.0049pF HYPERLINK l bookmark26 o Current Document d0 0 0.303#mHH由 Ku=100mV/pF=U0/ C 則U=KuA C=100mV/p兩 .0049pF)= 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 X0_12F/m。測量

21、電路參數(shù):-1musr=u= U sr = 3sin 3 t (V)試求當動極板上輸入位移(向上位移) x=0.05mm時，電橋輸出端電壓 Use?習(xí)題圖4-5解：由習(xí)題圖4-5可求初始電容2 Ci=C2=Co= ；S/d=r /do12= 6.67 10一 F =6.67 pF12 3 2 _8.8510一疋兀 x(12x10) -0.610 蟲變壓器輸出電壓* Z2* Z 2 乙 * C C 2 *U sc2 2U -U 2-U -2UZj +Z2Zj +Z2Cj +c2其中Z1乙分別為差動電容傳感器C1,C2的阻抗.在 Xd)時，C1 =C0+ C, C2=C0-AC,且C/C0= ：d

22、/d0,由此可得C 一 x U scUU srC0d0.050.63 si n ，t 二 0.25 si nt(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, di=d2=d=1mm；起始時動極板處于中間位置， Ci=C2=C0，介質(zhì)為空 氣，& =0=8.85X 10-12F/mo 測量電路參數(shù)：D1、D2 為理想二極管；及 R1=R2=R=10KQ ; Rf=1MQ，激 勵電壓Ui=36V，變化頻率f=1MHz。試求當動極板向右位移 x=10mm時，電橋輸出端電壓 Use?習(xí)題圖4-6解：由習(xí)題圖4

23、-6可求 傳感器初始電容；s0 i b衛(wèi) 40父10/8.85 1020 102dd1 0C0=3.54 X0J2 (F) =3.54pF當動極板向右移A x=10mm時，單個電容變化量為C-C0=1 3.54 =1.77 pFa/210 (F) =35.4pF當裝配不平衡時可取其平均間隙,0 他 b)b2 0 2=0.1+0.01/2=0.105(mm)則其電容為査S 8.8510 漢 2 漢 210 e3d0.1050=33.7 0 (F)=33.7pF第5章壓電式傳感器一、選擇、填空題1、壓電元件的基本原理是 。目前常用的壓電材料有 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

24、，可采用 ()。A 電壓放大器；B 電荷放大器；C 前置放大器 ；D 電流放大器3、 對壓電效應(yīng)的描述正確的是()A當晶體沿一定方向伸長或壓縮時在其表面會產(chǎn)生電荷B當陶瓷沿一定方向伸長或壓縮時在其表面會產(chǎn)生電荷C當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？答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量*2、什么是壓

25、電效應(yīng)？試比較石英晶體和壓電陶瓷的壓電效應(yīng)答；石英晶休整個晶體是中性的，受外力作用而變形時，沒有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度 變形和長度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一種多晶鐵 電體。原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須 在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)岀壓電性口 所謂極化，就是以強電場使電疇材規(guī)則排列，而 電疇在極化電場除去后基本保持不變，留下了很強 的剩余極化*當極化后的鐵電體受到外力作用吋，其剩余極化 強度將隨之發(fā)生變化，從而使一定表面分別產(chǎn)生正 負電荷。3、設(shè)計壓電式傳感器檢測電路的基本考慮點是什么，為什么 ？4、有一壓電晶體，其面積為20mm2,厚度為10mm，當受到壓力P=

26、10MPa作用時，求產(chǎn)生的電 荷量及輸出電壓：零度X切的縱向石英晶體；利用縱向效應(yīng)的BaTiO3。 解：由題意知，壓電晶體受力為6 -6F=PS=1OX1O 20X10 =200(N)0X 切割石英晶體，&=4.5, dii=2.31 XO2C/N等效電容_ ；0 ；rS 8.85 102 4.5 20 10“ d10 10=7.97X0,4 (F)受力F產(chǎn)生電荷12_2Q=dnF=2.31 X0 X00=462X0 (C)=462pC輸出電壓W.6：U796 103 v(2)利用縱向效應(yīng)的BaTiO3， $=1900, d33=191 X02C/N等效電容12=33.6X10 (F)=33.

27、6(pF)8.85 10J2 1900 20 1010 x10 山受力F產(chǎn)生電荷輸出電壓Q=d33F=191 XO,2 200=38200X0“ (C)=3.82 XOC83.82 10 一1233.6 10 一3= 1.137 10 V5、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 和并聯(lián)電容為50pF，求：壓電晶體的電壓靈敏度足 K u ；測量系統(tǒng)的高頻響應(yīng)；如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為 5%,可測最低頻率是多少？1MQ解: (1)Ku 二 Kq/Ca2.5C / cm1000 pF9= 2.5 10 V / cm如頻率為10Hz，

28、允許誤差為5%,用并聯(lián)連接方式，電容值是多大？高頻()時，其響應(yīng)KuamFmd 33kqCa Cc Ci Ca CcCi2.5C / cm100030005010_12F=6.17 108V/cm系統(tǒng)的諧振頻率1 _ 1_ RCa Cc Ci16121 10 1000 30005010=247 r a ds丨 nam0 +/%丿，得了必n丨 21+(砒叫)一1 一 -5%(取等號計算)細/叫 丫 =0.90251 +& /叫 f 】2= 0.9025 + 0.9025/% )2解出(4)(3 / rt2=9.2564 3 /n=3.0424 =3.0424 n=3.0424 X47=751.5

29、(rad/s) f=3 /2 n =751.5/2 n =119.6(Hz)由上面知，當 5%寸，3 / n=3.0424當使用頻率 f=10Hz 時，即 3 =2f=2nX 10=20 n (ra時S)3= 3 /3.0424=20 n /3.0424=20.65(rad/s)又由3n=1/RC，貝U6-84C=1/3R=1/(20.65 XX06)=4.84 8(F)=4.84勺O4pF6、分析壓電加速度傳感器的頻率響應(yīng)特性。若測量電路為電壓前量放大器C總=1000pF，=500MQ ;傳感器固有頻率f0=30kHz，阻尼比Z =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

30、上限截止頻率由傳感器本身的頻率特性決定，根據(jù)題意11 - 2%J1-心/叭f f +4匚2心/叭f(取等號計算)則.1 一 /，n 2 24 2 /2 =1/1.021+( 3 /n3 - 2( 3 /n)2 +4 %.52( 3 /n3=0.96 (3 / n3 - ( 3 / 33 +0.04=0解出 所以(3/32 =0.042 或(3/n3 =0.96 (舍去)3 / 3=0.205 或-0.205 (舍去)二=0.205二 n則fH =O.2O5fo =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Ki：=2、.1 -

31、 I-15X108X10) =1.57(Hz)其誤差在2%以內(nèi)的頻率范圍為： 1.57Hz6.15kHz7、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9X1010Pa,電荷靈敏度為2pC/N，相對介電常數(shù)是5.1,材料相對兩面間電阻是1014Q。一個20pF的電容和一個100MQ的電阻與極板并聯(lián)。若所加力F=0.01s in (1000t) N,求：兩極板間電壓峰一峰值；晶體厚度的最大變化。解：(1)石英壓電晶片的電容8.85江10,2 x 5.1匯1001.11 109 (mm)=1.11 10-9 mm厚度最大

32、變化量(即厚度變化的峰一峰值)A =2 Adm =2 為.11 10 =2.22 為0* (mm)=2.22 為0,2 m&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？用石英晶體加速度計及電荷 放大器測量機器的振動，已知：加速度計靈敏度為5pC/g，電荷放大器靈敏度為50mV/pC當機器達到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=K q?Ku =5pC/g 50 mV/pC=250mV/g=U o/a式中，Uo為輸出電壓；a為振動系統(tǒng)的加速度。則當輸出電壓Uo=2V時，

33、振動加速度為3a=Uo/K=2 X10/250=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%。若測量 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 ？ A n解：由題意知，對于電荷放大器，動態(tài)響應(yīng)幅值誤差為二 “2_ -5%-1 一 In 2，(取等號計算)CO/COn =0.95*1 +( /n f(3 /n詠=0.9025+0.9025 ( s# w3 / rnc=3.04t =1/nc=3.04/ s =3.04/(21)=0.484(s)=RC所以R=t /C=0.484/(50010 mV/39mV/N= - 1923

34、N12、某壓電式壓力傳感器為兩片石英晶片并聯(lián)，每片厚度 切型dn=2.31X10-12C/N。當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。當兩片石英晶片并聯(lián)時，所產(chǎn)生電荷2Q 并=2Q=2?ch F=2?di?n2r12 6_2 2=2X2.31 沐0 0.1 X06 tX(1 10 )212=145X10(C)=145pC解：總電容2C 并=2C=2 ；0 ；rS/h=2 ；0 ；r：r /h122 23=2 8.85 10 4.5 X X；1 10 )2/0.2 10 =125.1 10J2 (F)電極間電壓為U=125.1pF并=Q 并/C 并=1

35、45/125.1= 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。已知齒數(shù)Z =48,測得頻率F =120Hz,則該齒輪的轉(zhuǎn)速為150r/mi n 2、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)用場合答：-塊怪為、寬為2.08/9.8 =8.38 X02 （N/m）Ku =e/v=NB0l0v/v=NB0l0=1500 X1 4X10 =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，若其相對阻尼系數(shù)E

36、 =0.6試求s/心的范圍。解:由磁電勢傳感器的幅頻特性O(shè)A_2p1_(co/con 2 +42(/con )得其幅值動態(tài)誤差為n -1一2%p1-假 /Bn 2 F +4匚2佃 gn f取其等號計算解得(s /n)2 =12.354，或(s/加=2.067/ nc=3.515,或 s / no=1.438 (舍去)最大幅值誤差小于2%時，其頻率范圍s / n 3.5158、某霍爾元件I XXd=10X3.5 Xmm3,沿I方向通以電流l=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 -T，試求其輸出霍爾電勢及載流子濃度。解：由 Kh =1/ned，

37、得-19320 3(1)n=1/ (Kh ed)=1/(22 1X0 XX0- )=2.84 1X /m精品文檔（2）輸出霍爾電壓Uh = Kh IB=22V/A?T X1.0mAX0.3T =6.6 X0v V=6.6mV9、若一個霍爾器件的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：Uhi = Kh IBi=4mV/Ma?kGsX3mA50=100+0.42 30=121位)當Rt=92門時，由Rt = R0 +Kt，得 t=( Rt - R0)

38、/K=(92 - 100)/0.42=- 19(C )5、 將一靈敏度為0.08mV/C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 C，若 電位計上讀數(shù)是60mV，熱電偶的熱端溫度是多少？解：。薦臨 30C=780 C6、參考電極定律有何實際意義？已知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：由標準電極定律E (T,T0 )=Ea鉑(T,T0 )- Eb鉑(T,T。)=13.967- 8.345=5.622(mV)7、 鎳鉻一鎳硅熱電偶靈敏度為0.04mV/C，把它放在

39、溫度為1200C處，若以指示儀表作為冷端， 此處溫度為50 C，試求熱電勢大小解：E(1200,50)= (1200-50) .04=46(mV)8、 熱電偶溫度傳感器的輸入電路如習(xí)題圖7-20所示，已知鉑銠一鉑熱電偶在溫度0100C之間 變化時，其平均熱電勢波動為 6pV/C，橋路中供橋電壓為 4V，三個錳銅電阻(Ri、R2、R3)的阻值均為了使熱電偶的冷端溫為1Q,銅電阻的電阻溫度系數(shù)為 a =0.004C，已知當溫度為0C時電橋平衡, 度在050C范圍其熱電勢得到完全補償，試求可調(diào)電阻的阻值只解：熱電偶冷端補償電勢E(t,0)=kt,式中，k為熱電偶靈敏度(k=6V/C), 而補償電橋輸

40、出電壓(見習(xí)題圖 7-20)._Ui 心R _ U Rat _ 5U0 二 = =R5。t4 R 4 R 4冷端補償時有U 4k 4 6kt 二一：t= Uj 二 6000V0.004=6mV根據(jù)電橋電路，其等效電路為 R1、Rcu和R2、R3分別串聯(lián)后再并聯(lián)，然后與電源、R串聯(lián)，橋臂 電阻串并聯(lián)后為1Q,由此可得精品文檔1 Xji =1 E/(R+1)所以R=E/ Ui - 1=4000/6- 1=665.7(Q)9、在某一瞬間，電阻溫度計上指示溫度&=50E，而實際溫度 =100C，設(shè)電阻溫度計的動態(tài)關(guān)系為導(dǎo)Mi -如 dt其中，k=0.2/s。試確定溫度計達到穩(wěn)定讀數(shù)（0.995穴所需時

41、間。解：E2 從 50C上升到 0.995 =0.995 W0=99.5C 哩=k(q 日2丹d日2 =kd tdt12 可 - *99.5 dd2t- kdt6-200.5d R J5010、解: 則t二 k dt R0Jn-門2 -505 = kt = t = In 50 0.2 = 23 s某熱敏電阻，其B值為2900K，若冰點電阻為500KQ，求熱敏電阻在100C時的阻值。T0 =0C =273K，R0 =500k1; T=100C =373K500.2 =23sR373 =R273 e2900（1/371/273） =28.98（0）11、簡述集成溫度傳感器AD590勺測溫原理，試用

42、該傳感器設(shè)計攝氏溫度檢測電路。第7章壓電聲傳感器一、選擇、填空題1、 用于制作壓電傳感器的常用壓電材料是 英晶體和壓電陶瓷，其中，為了使其具有壓電效應(yīng)， 壓電陶瓷使用前需要做極化處理。2、壓電陶瓷需要有_極化一和外力的共同作用才會具有壓電效應(yīng)。3、 壓電式傳感器的輸出須先經(jīng)過前置放大器處理，此放大電路有 電壓放大器和 電荷放大器兩 種形式。壓電式傳感器在使用電壓放大器時，連接電纜長度會影響系統(tǒng) 測量精度而使用電荷放大 器時，其輸出電壓與傳感器的 輸入電荷成正比。選擇：1、某些物質(zhì)在沿著一定方向受到力作用而發(fā)生改變時，其表面會電荷，若去掉外力就恢復(fù)到不帶電 的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為（A ）效應(yīng)。A

43、壓電效應(yīng) B 磁致伸縮C 霍爾效應(yīng) D 壓磁效應(yīng)2、對石英晶體，下列說法正確的是（A ）。沿光軸方向施加作用力，不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，也沒有電荷產(chǎn)生。沿光軸方向施加作用力，不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，但會有電荷產(chǎn)生。沿光軸方向施加作用力，會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，但沒有電荷產(chǎn)生。沿光軸方向施加作用力，會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，也會有電荷產(chǎn)生。3、 壓電式傳感器目前多用于測量（B ）。A 靜態(tài)的力或壓力B 動態(tài)的力或壓力C.位移D .溫度二、計算分析題精品文檔1、圖示為利用超聲波測量流體流量的原理圖，試分析其工作原理解：設(shè)順水流方向傳輸時間為t1，逆水流方向傳輸時間為t2，貝U: （ 10）D/cos 日D/cosTti譏2 ；

44、c vsinc -vsin v.：t2Dv sin 日2Dv sin 日cosv(c2-v2sin2 v)cosvc2c2 cos 0 ,.vt2Dsin 6一c2cos日一兀De2cos日一Q = sv = stt2D sin 日8sin 日2、圖示為利用超聲波測量流體流量的原理圖，設(shè)超聲波在靜止流體中的流速為c,試完成下列各題:（1）簡要分析其工作原理（2）求流體的流速v（3）求流體的流量Q超聲波傳感器、選擇、填空題1、 在光線作用下電子逸出物體表面向外發(fā)射稱 外光電 應(yīng)；入射光強改變物質(zhì)導(dǎo)電率的現(xiàn)象稱光電導(dǎo) 應(yīng)；半導(dǎo)體材料吸收光能后在 PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)稱 光生伏特應(yīng)。2、 電荷耦

45、合器件的基本功能實現(xiàn)信號電荷的轉(zhuǎn)換存儲與轉(zhuǎn)移信息電荷 o 選擇：1光電管屬于（A ），光電池屬于（ C ）oA.外光電效應(yīng) B.內(nèi)光電效應(yīng)C.光生伏特效應(yīng)2、 某6碼道的循環(huán)碼光電碼盤，光線照射時得到的編碼是001100,則轉(zhuǎn)角為（C）oA. 900b.75c. 45d. 303、基于物質(zhì)的內(nèi)光電效應(yīng)的器件有（BCD ）A、光電管 B、光電池 C、光敏電阻D、光敏晶體管 4、光敏電阻的特性是（D ）A.有光照時亮電阻很大C.無光照時暗電流很大DB無光照時暗電阻很小受一定波長范圍的光照時亮電流很大5、數(shù)值孔徑NA是光纖的一個重要參數(shù)，以下說法不正確的是（B ）數(shù)值孔徑反映了光纖的集光能力光纖的數(shù)

46、值孔徑與其幾何尺寸有關(guān)數(shù)值孔徑越大，光纖與光源的耦合越容易D.數(shù)值孔徑越大，光信號的畸變也越大6按傳輸模式光纖可分為（）A普通光纖與通信光纖B單模光纖與多模光纖C階躍光纖與漸變光纖D玻璃光纖與塑料光纖7、光敏電阻適于作為（）。A光的測量元件 B光電導(dǎo)開關(guān)元件C加熱元件 D發(fā)光元件二、計算分析題1什么是光電效應(yīng)？什么是內(nèi)、外光電效應(yīng)？當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能 量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)（如電阻率變化、發(fā)射電子或產(chǎn)生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。2試比較光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管的性能差異.給出什么情況下應(yīng)選用哪種器件 最為合

47、適的評述。3假如打算設(shè)計一種光電傳感器，用于控制路燈的自動亮滅 （天黑自動點亮，天明白動熄滅）。試問可 以選擇哪種光電器件？試設(shè)計電路。4光電轉(zhuǎn)速傳感器的測量原理是將被測軸的轉(zhuǎn)速變換成相應(yīng)頻率的脈沖信號，然后，測出脈沖頻率即 可測得轉(zhuǎn)速的數(shù)值。試根據(jù)這一思路畫出光電轉(zhuǎn)速傳感器的檢測變換部分的工作原理示意圖，圖中的光電轉(zhuǎn)換元件選用哪種光電器件比較合適 ？為什么？5利用光敏器件制成的產(chǎn)品計數(shù)器，具有非接觸、安全可靠的特點，可廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的產(chǎn) 品計數(shù)，如機械零件加工、輸送線產(chǎn)品、汽水、瓶裝酒類等。還可以用來統(tǒng)計出入口入員的流動情況。 試利用光電傳感器設(shè)計一產(chǎn)品自動計數(shù)系統(tǒng)，簡述系統(tǒng)工作原理

48、。產(chǎn)品計數(shù)器的工作原理，如圖所示。產(chǎn)品在傳送帶上運行時，不斷地遮擋光源到光敏器件間的光 路，使光電脈沖電路隨著產(chǎn)品的有無產(chǎn)生一個個電脈沖信號。產(chǎn)品每遮光一次，光電脈沖電路便產(chǎn)生 一個脈沖信號，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目。該脈沖經(jīng)計數(shù)電路計數(shù)并由顯示電路顯示出 來圖=曲 產(chǎn)品計疑器一匚柞麗理刑第9章光纖傳感器一、選擇、填空題1、從光纖傳感器原理，光纖傳感器可分為 型和型兩種3、 光纖是由折射率n1高的纖芯口折射率n2低的包層構(gòu)成的雙層同心圓結(jié)構(gòu)。4、 某光纖n1 = 1.64, n2= 1.45,其數(shù)值孔徑NA為_根號下（n1A2-n2T）,。光纖傳感器有、等突出的優(yōu)點，因此特別適合于等

49、場合的測量。二、計算分析題概念:氣體傳感器、氣敏元件的選擇性，陰離子吸附、陽離子吸附、物理吸附、化學(xué)吸附，簡述半導(dǎo)體氣敏傳感器的概念和分類半導(dǎo)體氣體傳感器的敏感機理有哪些 ？請簡要說明之無機半導(dǎo)體氣體傳感器的加熱電阻絲有什么作用？簡述改善氣敏元件的氣體選擇性的常用方法試說明醫(yī)用二氧化碳氣體分析儀的工作原理光纖損耗是如何產(chǎn)生的？它對光纖傳感器有哪些影響？吸收性損耗：吸收損耗與組成光纖的材料的中子受激和分子共振有關(guān)，當光的頻率與分子的振動頻率接近或相等時，會發(fā)生共振，并大量吸收光能量，引起能量損耗。散射性損耗：是由于材料密度 的微觀變化、成分起伏，以及在制造過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上的不均勻性或缺陷引起。

50、一部分光就會散射 到各個方向去，不能傳輸?shù)浇K點，從而造成散射性損耗。輻射性損耗：當光纖受到具有一定曲率半 徑的彎曲時，就會產(chǎn)生輻射磁粒。a彎曲半徑比光纖直徑大很多的彎曲 b微彎曲：當把光纖組合成光 纜時，可能使光纖的軸線產(chǎn)生隨機性的微曲。 光導(dǎo)纖維為什么能夠?qū)Ч猓抗鈱?dǎo)纖維有哪些優(yōu)點？光纖式傳感器中光纖的主要優(yōu)點有哪些 ？光導(dǎo)纖維工作的基礎(chǔ)是光的全內(nèi)反射，當射入的光線的入射角大于纖維包層間的臨界角時，就會在光纖的接口上產(chǎn)生全內(nèi)反射，并在光纖內(nèi)部以后的角度反復(fù)逐次反射，直至傳遞到另一端面。優(yōu)點：a具有優(yōu)良的傳旋光性能，傳導(dǎo)損耗小b頻帶寬，可進行超高速測量，靈敏度和線性度好c能在惡劣的環(huán)境下工作，能

51、進行遠距離信號的傳送功能型光纖傳感器其光纖不僅作為光傳播的波導(dǎo)，而且具有測量的功能。它可以利用外界物理因素改 變光纖中光的強度、相位、偏振態(tài)或波長，從而對外界因素進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。9、在自由空間，波長2o=500 pm的光從真空進入金剛石（nd=2.4）。在通常情況下當光通過不同物 質(zhì)時頻率是不變的，試計算金剛石中該光波的速度和波長。解：v=c/nd =c/2.4=0.4167c，c 為光速；入=qV nd =乃/2.4=0.4167 0 =208.3m， ?o 為光速4、利用Snell定律推導(dǎo)出臨界角0C的表達式。計算水與空氣分界面（n水=1.33）的比值。解:n 水 sin 飛=n si

52、n 二/2=nsinc= n0 / n 水9c =arcsi n1/1.33=48.7610、求光纖ni=1.46， n2=1.45的NA值；如果外部的no=1，求光纖的臨界入射角。解：當n =1時NA= . n-n22 八 1.462 -1.452 = 0.17061所以，尢=sin NA =9.82 8-24計算一塊氧化鐵被加熱到100C時，它能輻射出多少瓦的熱量？（鐵塊的比輻射率&在100時為0.09,鐵塊表面積為0.9m2）解：4824442E二匚；T4 S=5.67 W8 W/m2 ?K4 0.09 3734 K4 0.9 m2 =88.9W11、試設(shè)計光纖加速度傳感器，并簡述原理1

53、2、下圖所示為光纖位移傳感器原理圖（反射式），簡要分析其工作原理第11章氣體傳感器及其應(yīng)用、選擇、填空題二、計算分析題1、簡要說明氣敏電阻傳感器的工作原理，并舉例說明其用途。2、簡述半導(dǎo)體氣體傳感器結(jié)構(gòu)及原理，結(jié)合下圖分析系統(tǒng)功能第12章濕敏傳感器及其應(yīng)用、選擇、填空題、計算分析題1、簡要說明濕敏電阻傳感器的工作原理，并舉例說明其用途。2、簡述濕度傳感器的概念以及分類3、什么是濕敏元件的濕滯回線和濕滯回差？各種濕敏元件吸濕和脫濕的響應(yīng)時間各不相同，而且吸濕和脫濕的特性曲線也不相同。 一般總是脫濕比吸濕遲后，我們稱這一特性為濕滯現(xiàn)象.濕滯回線定義：濕滯現(xiàn)象可以用吸濕和脫濕特征曲線所構(gòu)成的回線來表

54、示，我們稱這一回線為濕滯回線。濕滯回差定義：在濕滯回線上所表示的最大量差值為濕滯回差。4、簡述氧化鋁薄膜濕敏元件的敏感機理 下圖中RH為濕度傳感器，仔細閱讀電路后，試完成：分析電路功能。簡要說明電路工作原理若要直接從微安表讀出待測物理量，需要做哪些工作?1000KHZR2RoR1J傳感器原理及其應(yīng)用復(fù)習(xí)提綱第1章 傳感器的一般特性1、什么是傳感器？傳感器由哪幾個部分組成？2、傳感器的靜態(tài)特性與動態(tài)特性指標有哪些？試解釋各性能指標的含義。3、傳感器的標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。傳感器的標定有哪幾種？對傳感器進行標定有何重要意義？4、一階傳

55、感器的時間常數(shù)T與響應(yīng)速度關(guān)系；二階傳感器的固有頻率CD 0與工作頻帶關(guān)系。5、什么是傳感器？由幾部分組成？試畫出傳感器組成方塊圖。作業(yè)第1、3、4、8第2章電阻應(yīng)變式傳感器1、電阻應(yīng)變效應(yīng)及壓阻效應(yīng)含義：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 阻絲繞成敏感柵后長度相同但應(yīng)變不同，圓弧部分使靈敏度下降了，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。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、 等。3、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。4、應(yīng)變片溫度誤差及補償。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?、 應(yīng)變片動態(tài)特性有哪些？若應(yīng)變計基長 L=20mm,應(yīng)變波速v=4800m/s,則上升時間tk=，可測頻 率f= 。7、應(yīng)變式傳感器應(yīng)用：等強度梁的電子秤、薄壁圓筒型電子秤、壓力測量等習(xí)題：P34: 1、3、5、6第3章電感式傳感器1各類電感式傳感器結(jié)構(gòu)、原理和靈敏度，如變磁阻式自感傳感器、差