傳感器習(xí)題解答

1、緒論分為直接型傳感器和間接型傳感器。直接型傳感器將非電量直接轉(zhuǎn)換為電量；間接型傳感器先通過彈性元件將非電量轉(zhuǎn)換為非電量，再將非電量進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電量。電阻應(yīng)變片式傳感器利用應(yīng)變產(chǎn)生的電阻變化將力直接轉(zhuǎn)換為電信號，是直接型傳感器；光電式傳感器一般利用光路的光通量改變再用光電效應(yīng)才成電信號，是間接型傳感器。主要區(qū)別在于在將非電量轉(zhuǎn)換為電量的過程中，結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了變化，而物性型傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)不發(fā)生變化。電阻應(yīng)變式傳感器，電感式傳感器，電容式傳感器都是典型的結(jié)構(gòu)型傳感器。第一章 傳感器特性1一般可用下列多項(xiàng)式表示輸出輸入特性： 在研究線性特性時(shí)，不考慮零位輸出，通過分析可知僅有奇次非線性項(xiàng)

2、時(shí)，其輸出輸入特性方程為，此時(shí)輸入量x在相當(dāng)大的變化范圍內(nèi)具有較寬的準(zhǔn)線性性，比較接近于理想直線的特性。 以差動工作方式可以消除電氣元件中的偶次分量，顯著地改善線性范圍，同時(shí)使靈敏度提高一倍。線性度與靈敏度是傳感器靜態(tài)性能中非常重要的。2遲滯特性表明傳感器在正反行程期間輸出輸入特性曲線不重合的程度。遲滯大小一般要由實(shí)驗(yàn)方法確定。用最大輸出差值對滿量程輸出的百分比表示：或 對熱敏磁性開關(guān)溫度傳感器遲滯的特別定義為動作溫度與恢復(fù)溫度之差。3（1）端基法 兩端點(diǎn)為（0 1）（1 e） 直線方程 令 有 （2）最小二乘法 x00.20.40.60.81y11.221.491.822.232.72 令

3、（3）切線法 在的曲線上任一點(diǎn) ，以過P點(diǎn)的切線作為擬合直線該擬合直線方程為 線性度4 不合格5將上述微分方程化成 6 輸入信號工作頻率范圍為010007.為一階傳感器微分方程可化為 時(shí)間常數(shù) 靜態(tài)靈敏度 8 第二章 電阻式傳感器1解：由 又 2解： 3.采用四片相同的金屬絲應(yīng)變片（K=2），將其貼在實(shí)心圓柱形測力彈性元件上。如下圖所示，力F=100Kg.圓柱截面半徑r=1cm,楊氏模量E=2107N/cm2,泊松比0.3.求（1）畫出應(yīng)變片在圓柱上粘貼位置及相應(yīng)測量電橋原理圖；（2）各應(yīng)變片的應(yīng)變？電阻相對變化量R/R？（3）若電橋電源電壓U=6V，求電橋輸出電壓U=?（4）此種測量方法能否

4、補(bǔ)償環(huán)境溫度對測量的影響？說明原因。解：（1）應(yīng)變片在圓柱上粘貼位置及測量電橋原理圖如下：FFR3R4R1R2 （2）沿柱體軸向的應(yīng)力為：沿柱體軸向和環(huán)向的應(yīng)變分別為： (156106) (46.8106)應(yīng)變片1和3的應(yīng)變?yōu)椋?156106)應(yīng)變片2和4的應(yīng)變?yōu)椋?(46.8106)電阻相應(yīng)變化量： (3.12104)(0.94104) （3）電橋輸出電壓為： (1.22mv)（4）考慮溫度對電橋輸出的影響：其中是由溫度變化應(yīng)起的電阻變化，出現(xiàn)在分母項(xiàng)，對輸出引起的誤差非常小，故這種測量方法可以補(bǔ)償環(huán)境溫度對測量的影響。4解：電阻應(yīng)變片的粘貼位置及電橋原理圖如下：電橋輸出電壓為：忽略分母項(xiàng)中

5、的，輸出電壓表達(dá)式為：此時(shí)的電橋輸出靈敏度最高，為：5.解：金屬應(yīng)變片傳感器靈敏度系數(shù)：，由式可知，由兩部分組成：前一部分僅由金屬絲的幾何尺寸變化引起，一般金屬的，因此；后一部分為電阻率隨應(yīng)變而引起的變化，它除與金屬絲幾何尺寸變化有關(guān)外，還與金屬本身的特性有關(guān)。前者對金屬應(yīng)變片傳感器靈敏度系數(shù)貢獻(xiàn)大。半導(dǎo)體壓阻傳感器的靈敏度系數(shù)：，由兩部分組成，其中為半導(dǎo)體材料的尺寸變化引起的，為半導(dǎo)體電阻率的相對變化所引起。一般，故對傳感器靈敏度貢獻(xiàn)大。6.解：應(yīng)變片式傳感器由于溫度變化產(chǎn)生誤差的兩個(gè)主要因素是：其一是應(yīng)變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與被測試材料的線膨脹系數(shù)不同。7.解：如圖

6、a，采用半橋差動時(shí)，輸出電壓為：如圖b，采用全橋差動時(shí)，輸出電壓為：ABU0UiR1+R1R2-R2R3R4圖a，半橋差動ABU0UiR1+R1R2-R2R3R3R4+R4圖b，全橋差動8.解：方法一：采用恒流源半橋差動電橋，電路如下圖a，其中，；CBDU0I0R1+R1R2-R2R3R4I1I2A圖a，恒流源半橋差動電橋輸出電壓表達(dá)式分母項(xiàng)不含，固不存在非線性誤差。方法二：采用恒流全橋差動電橋，電路如圖b，其中，采用四塊相同的金屬應(yīng)變片，即，；CBDU0I0R1+R1R2-R2R3R3R4+R4I1I2A圖b，恒流全橋差動電橋此時(shí)有，即與為線性關(guān)系，則該電路消除了電路中的非線性誤差。22 固

7、態(tài)壓阻式傳感器1解：在方向余弦為 在001方向余弦為 縱向，橫向壓阻系數(shù)分別為對p型硅 對n型硅 2設(shè)計(jì)如下在沿方向的直徑上制作四個(gè)相等的擴(kuò)散電阻，這種只有縱向電阻效應(yīng)，即 ， 的正負(fù)變化，只能由應(yīng)力的正負(fù)來決定。正應(yīng)力區(qū)的電阻、的變化量為正,負(fù)應(yīng)力區(qū)的電阻、的變化量為負(fù)，即 組成的全橋電路為 這樣就可以達(dá)到提高靈敏度的目的3（1）相同點(diǎn) 都是利用應(yīng)變引起的電阻變化，且都可采用電橋電路進(jìn)行補(bǔ)償 （2）不同點(diǎn) 半導(dǎo)體薄膜材料的應(yīng)變靈敏度遠(yuǎn)大于金屬的應(yīng)變靈敏度。并且其主要是由于電阻率的相對變化所引起的，幾何參數(shù)變形占的比例非常小。 金屬應(yīng)變片式用粘結(jié)劑粘貼在被測試件的表面，擴(kuò)散開半導(dǎo)體薄膜固態(tài)壓阻

8、式是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成擴(kuò)散型壓敏電阻，并直接作為敏感元件4從壓阻式傳感器的零點(diǎn)溫度漂移和靈敏度溫度漂移兩個(gè)方面進(jìn)行補(bǔ)償零點(diǎn)溫度漂移一般用串并聯(lián)電阻的方法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)蜏貢r(shí)的電阻 高溫時(shí)的電阻 為的溫度系數(shù)由此可以算出所需串并聯(lián)電阻的大小靈敏度溫度漂移一般采用改變電源電壓的大小來進(jìn)行補(bǔ)償 用正溫度系數(shù)熱敏電阻改變運(yùn)算放大器 利用三極管基極與發(fā)射極間的PN結(jié)敏感的輸出電壓，從而改變電橋電壓的大小， 溫度，使三極管的輸出電流變化，改變管達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?壓降的大小，從而改變電橋電壓。因?yàn)槎O管PN結(jié)溫度特性為負(fù)，溫度每升高1，正向壓降降低（1.9-2.4）mv. 二極管的個(gè)數(shù)5解：

9、對100， 對111， 磁電阻式傳感器解：（1）三端MR元件，為電源電壓，故，因?yàn)椋?，得到，?）四端MR元件，為電源電壓，振幅為其一半，為150mV。2構(gòu)成MR元件的磁性薄膜材料通常是具有磁電阻各向異性的鐵磁材料。常用的有Ni-Co， Ni- Fe，Ni-Pd，Ni-Mn，Ni-Cu，Ni-Al，Ni-Sn，Ni-Zn，各向異性磁電阻系數(shù)分別為Ni-CoNi- FeNi-PdNi-MnNi-CuNi-AlNi-SnNi-Zn(%)6.484.604.302.932.602.402032603解：白色部分為基片，通常選擇非磁性物質(zhì)，有良好的絕緣性，化學(xué)穩(wěn)定性好的物質(zhì)，黑色部分為薄膜，采用鐵磁合金。電源電壓加在1、3端，輸出為2、4端，此時(shí)U4和U2相位差為90度。4 如上圖所示，MR傳感器上附加一鐵磁物質(zhì)1，垂直紙面向里，在受力物體上也附加一鐵磁物質(zhì)，方向如圖所示，該磁性物質(zhì)磁場強(qiáng)度方向與垂直，二者的關(guān)系如圖所示，物體受