傳感器與測控技術(shù)工程碩士思考題14級

傳感器與測控技術(shù)工程碩士思考題教材：傳感器原理及應(yīng)用，主編：郭愛芳，西安電子科技大學(xué)出版社?作為14級重點關(guān)注題1、 （1.1）什么叫傳感器？舉例說明傳感器在信息技術(shù)中的作用。P1?2、 （1.2）在現(xiàn)代測量技術(shù)中，為什么把傳感器的輸出界定在可用信號上？P1?3、 （1.3）為了快速、準確、可靠地實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換，傳感器應(yīng)滿足哪些必要條件？P14、 傳感器的作用P2?5、 （1.4）傳感器由哪幾部分組成？簡述各組成部分的功用及相互關(guān)系。P3?6、 （1.5）傳感器有哪幾種分類方法？P4-6?7、 （2.3）欲測量100°C左右的溫度，現(xiàn)有0?300°C、0.5級和0?120°C、1級的兩支溫度計，試問選用哪一支溫度計較好？為什么？8、 某彈簧管壓力表的測量范圍為0?1.6MPa，準確度等級為2.5級，校驗時某點出現(xiàn)的最大絕對誤差為0.05MPa，問這塊儀表是否合格？為什么？解：該壓力表的量程為：1.6-0=1.6MPa，壓力表的最大絕對誤差0.05MPa，貝貝最大引用誤差為：y=005x100%=3.1%>2.5%1.6所以這塊表不合格。9、 傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)P11410、 何為線性度？P12?11、 何為靈敏度？P1412、 （3.2）金屬電阻絲的靈敏系數(shù)S。與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)s有何異同？13、 （3.3）什么是橫向效應(yīng)?應(yīng)變片敏感柵的結(jié)構(gòu)與橫向效應(yīng)有何關(guān)系？14、 （3.4）采用應(yīng)變片進行測量時，為什么要進行溫度補償?常用的補償方法有哪些？P47.15、 （3.5）試說明半導(dǎo)體應(yīng)變片與金屬電阻應(yīng)變片的工作原理有何區(qū)別?它們各有何特點?P40、P574.16、 （3.6）壓阻式傳感器受溫度影響會產(chǎn)生哪些溫度漂移？如何進行補償？P58417、 （3.7）試述電位器式傳感器的基本原理、組成部分、主要作用和優(yōu)缺點。18、 （3.10）采用阻值為120Q、靈敏系數(shù)S=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120Q的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負載電阻R—8。當(dāng)被測應(yīng)變?yōu)?000M￡時，試求單臂、差動半橋和差動全橋工作時的輸出電壓U,并比較三種情況下的電壓靈敏度。（注：lp￡=10-6mm/mm）^19、 （3.11）在單臂電橋中，若某一橋臂為電阻應(yīng)變片，其余均為固定電阻，且R1=R2O當(dāng)被測應(yīng)變?yōu)?000M￡時，電橋非線性誤差為1%,該應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為多少?★20、 （4.1）根據(jù)參數(shù)的變化，電容式傳感器有哪些類型?簡述各種類型電容式傳感器的工作原理。P65?21、 （4.2）電容式傳感器為什么多采用差動結(jié)構(gòu)，差動結(jié)構(gòu)有何特點？?22、 （4.3）運算放大器電路如何解決變極距式電容傳感器的非線性問題？P71423、 （4.5）簡述雙T形電路的工作原理，畫出差動電容相等和不相等時的各點電壓波形。24、 （4.8）什么是電容式集成傳感器?它有何特點？25、 （4.9）有一變極距式電容傳感器，兩極板的相互覆蓋面積為8cm2,兩極板間的初始間距為1mm，極板問介質(zhì)為空氣，試求該傳感器的位移靈敏度?！?6、 （4.10）變極距式差動電容傳感器的初始電容量C1=C2=80pF，初始間距60=4mm，若動極板相對定極板位移△6=0.8mm，試求其靈敏度和非線性誤差。若將差動結(jié)構(gòu)改為單個平板電容器，其靈敏度和非線性誤差為多大？27、 （4.12）已知圖4.6（a）所示的變面積式電容傳感器的兩極板間距離為6=10mm，￡=50pF/m，兩極板幾何尺寸為30mmX20mmX5mm（長X寬X厚），在外力作用下動極板在初始位置向外移動10mm，求電容變化量△C。*28、 （4.13）已知圓形電容極板直徑為50mm，極板間距為0.2mm，在兩極板之間放置一塊厚度為0.1mm的云母片，求：（1）無云母片及有云母片兩種情況下的電容值C1和C2；⑵當(dāng)間距變化0.025mm時，電容的相對變化量△Cjq和^C2/C2O^29、 自感傳感器的分類及各自特點。P87—8930、 （5.5）零點殘余電壓產(chǎn)生的原因是什么?如何消除？P96何為零點殘余電壓？P9631、 （5.6）為什么說電渦流式傳感器也屬于電感傳感器？P98??32、（5.12）利用電渦流傳感器測量板材厚度，已知激勵電源頻率，f=1MHz，被測材料磁導(dǎo)率p=4nX10-7H/m，電阻率p=29X10-9Q?m，被測板材厚度為（1+0.2）mm，問：（1） 采用高頻反射式電渦流傳感器測量時，渦流穿透深度h為多少？（2） 能否用低頻透射式電渦流傳感器測量?若可以，請畫出檢測示意圖.★33、 （6.1）什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？P110?34、 （6.3）電荷放大器和電壓放大器各有何特點?它們分別適用于什么場合？?35、 （6.4）在使用壓電元件時，常采用多片壓電片串聯(lián)或并聯(lián)的形式。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？P116^??36、 （6.5）筒述壓電式超聲波流量計的工作原理，并推導(dǎo)出流量的數(shù)學(xué)表達式。P12437、 （7.1）簡述磁電感式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)類型。P13338、 （7.5）用磁電感應(yīng)式傳感器測量振動位移或加速度時，應(yīng)配接何種測量電路?為什么？P133<ee39、 （7.9）霍爾元件靈敏度SH=40V/（A?T），控制電流I=3.0mA，將其置于B=1X10-4?5X10-4T的線性變化磁場中，其輸出霍爾電勢的范圍有多大？★40、 （7.12）何謂霍爾效應(yīng)?列舉1?2個霍爾元件的應(yīng)用實例。??霍爾電勢與哪些因素有關(guān)？如何提高霍爾傳感器靈敏度？??41、 （8.1）何謂熱電效應(yīng)?熱電勢由哪幾部分組成?熱電偶產(chǎn)生熱電勢原因和條件是什么？P155—156?42、（8.2） 簡述熱電偶的幾個基本定律，分別說明它們的實用價值。并證明中間導(dǎo)體定律。?43、 （8.3）用熱電偶測量溫度時，為什么要進行冷端溫度補償？常用冷端補償方法有哪幾種?并說明其補償原理。?44、 何為熱電阻傳感器？P162?45、 常用的熱電阻有哪些？寫出它們的測溫范圍、分度號及初始電阻。P162-163??46、 （8.4）說明熱電阻測溫原理。金屬熱電阻的測溫電橋有哪幾種接法?其作用是什么？（熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化而改變的特性來工作的。測溫電橋常用三線式和四線式接法。作用是消除連接導(dǎo)線電阻隨溫度變化而造成的測量誤差。）P162—16347、（8.5） 熱敏電阻有哪幾種類型?分別筒述它們的特點及用途。48、 （8.8）現(xiàn)用一支鎳銘一鎳銅熱電偶測某換熱器內(nèi)溫度，其冷端溫度為30°C，而顯示儀表的機械零位為0°C，這時指示值為400C，若認為換熱器內(nèi)溫度為430C，對不對?為什么?49、 （8.9）將靈敏度為0.08mV/C熱電偶與電壓表相連，電壓表連線端的溫度為50C。若電壓表讀數(shù)為60mV，求熱電偶熱端的溫度。50、 （8.10）已知某熱電偶在600C時的熱電勢為5.257mV，若冷端溫度為0C時，測得爐溫輸出的熱電勢為5.267mV，試求該加熱爐的實際溫度。 X51、（8.11） 已知熱電偶的熱電極A為伯銠30，熱電極B為伯銠6，標(biāo)準電極C為高純度伯絲，若測得Eab（1084.5°C,0°C）=5.622mV,Eac（1084.5°C,0°C）=13.937mV,求Ebc（1084.5°C,0C）。52、 （8.12）已知伯電阻溫度計0C時電阻為100Q,100C時電阻為139Q，求：（1） 伯電阻的純度；（2） 若用該伯電阻測量某介質(zhì)的溫度時電阻值為218Q，試確定該介質(zhì)的溫度。53、 （8.13）已知某負溫度系數(shù)的熱敏電阻，在溫度為298K時阻值Rt1=3144Q,在溫度為303K時阻值RT2=2772Q。求該熱敏電阻的材料系數(shù)B和298K時的電阻溫度系數(shù)"★54、 （8.14）已知某負溫度系數(shù)熱敏電阻的材料系數(shù)B值為2900K,若0C時電阻值為500kQ,試求100C時的電阻值?！?5、（9.1） 何謂光電效應(yīng)?光電效應(yīng)有哪幾種?與之對應(yīng)的光電器件各有哪些？P176?.56、 光敏電阻的工作原理。P179.57、 （9.3）簡述光纖的結(jié)構(gòu)和傳光原理。光纖傳光的必要條件是什么?光纖傳感器分為哪幾種類型？P184—187?.58、 （9.9）某光纖的纖芯折射率為1.56，包層折射率為1.24,求數(shù)值孔徑NA。*59、 （9.10）題9.10圖為光敏二極管控制繼電器的電路，試說明其工作原理。P184-185. 1 7~T~； °+%JL|§|2Mb—Mq AB9.10圖60、（9.11）題9.11圖為光敏三極管控制燈泡工作與否的開關(guān)電路，試分析其工作原理并說明各元件在電路中的作用。★題9.11圖 S9.13圖61、（9.13）題9.13圖為直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的原理圖，被測軸上裝有圓盤式光柵，圓盤兩側(cè)分別設(shè)置發(fā)光管（光源）和光電器件，簡述該傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理。解：光電轉(zhuǎn)速傳感器如圖所示為直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器，它由開孔圓盤、光源、光敏元件及圓盤式光柵組成。開孔盤的輸入軸與被測軸相連，光源發(fā)出的光通過開孔盤照到光敏元件上，光電元件將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出，開孔盤上有許多小孔，開孔盤轉(zhuǎn)一周，光電元件輸出的電脈沖的個數(shù)等于盤的開孔數(shù)。因此通過測光電元件輸出的脈沖頻率，可得被測轉(zhuǎn)速。即n=f/N式中：n——轉(zhuǎn)速；f—一脈沖頻率；N——圓盤開孔數(shù)。62、 （10.1）什么是生物傳感器?有哪幾種類型？P202463、 生物傳感器與傳統(tǒng)的各種物理傳感器和化學(xué)傳感器的最大區(qū)別是什么？（答：在于生物傳感器的感受器中含有生命物質(zhì)。）64、 （11.1）氣敏傳感器有哪幾種類型？各有什么特點?分別適合檢測哪些氣體？65、 氣敏傳感器的工作機理（利用半導(dǎo)體與氣體接觸后其特性發(fā)生變化的機理，把被測氣體的成分、濃度等信息轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。）66、 氣敏傳感器中加熱器的作用。P220??67、 何為濕敏傳感器？?68、 （11.3）濕敏傳感器分哪幾類?簡述測濕原理。69、 （11.4）簡述氯化鋰濕敏電阻的感濕原理。P227?70、 （11.8）利用計算機網(wǎng)絡(luò)查找氣敏、濕敏和離子敏傳感器的應(yīng)用實例。71、 舉例說明氣敏傳感器應(yīng)用實例，如：酒精測試儀工作原理。寫出你所學(xué)過或了解的測量壓力的傳感器，并簡述其中一種傳感器工作原理。

72、 (12.1)智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比較具有哪些特點?并說明智能傳感器的主要功能。答：特點：精度高。具有信息處理功能，可通過軟件修正各種確定性系統(tǒng)誤差，還可適當(dāng)?shù)匮a償隨機誤差、降低噪聲，使傳感器精度大大提高。穩(wěn)定性、可靠性好。它具有自診斷、自校準、數(shù)據(jù)存儲和自適應(yīng)功能。檢測與處理方便。可根據(jù)檢測對象或條件的改變，方便地改變量程及輸出數(shù)據(jù)的形式等，輸出數(shù)據(jù)可送入遠地計算機進行處理。功能廣?？梢詫崿F(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，擴大測量與使用范圍，可以有多種形式輸出。性能價格比高。功能：具有邏輯判斷、統(tǒng)計處理功能。具有自診斷、自校準功能。具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能。具有組態(tài)功能。具有記憶、存儲功能。具有數(shù)據(jù)通訊功能。73、 智能傳感器包括那些部分？試對各部分的組成及其工作流程作簡要說明。?74、 智能傳感器從結(jié)構(gòu)上分為幾種形式？?75、 用K型熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為20mV，冷端溫度為25°C，求設(shè)備溫度(保留一位小數(shù))？如果改用E熱電偶測溫，在相同的條件下，E熱電偶測得的熱電勢為多少？已知：EkEk(20,0)=0.798mVEk(461,0)=18.980mVEk(508,0)=20.981mVEe(20,0)=1.192mVEe(461,0)=33.848mVEe(508,0)=37.646mVEk(25,0)=1.000mVEk(462,0)=19.023mVEk(509,0)=21.024mVEe(25,0)=1.497mVEe(462,0)=33.928mVEe(509,0)=37.727mV①解：Ek(t,0)=Ek(t,25)+Ek(25,0)=20+1=21(mV)t=508.4°C②解：Ee(508.4,0)=Ee(508.4,25)+E^(25,0)Ee(508.4,25)=Ee(508.4,0)-E^(25,0)=37.679-1.497=36.182mV)76、某壓力表的測量范圍為O?1MPa，精度等級為1級，試問此壓力表允許的最大絕對

誤差是多少?若用標(biāo)準壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為O.5MPa時，標(biāo)準壓力計上讀數(shù)為O.508MPa，試問被校壓力表在這一點是否符合1級精度，為什么？解：A允=±1%x(1-0)=±0.01"。0.5-0.508一 x100%=-0.8%1|-0.8%<1%..?符合精度等級77、圖為等強度梁測力系統(tǒng)，R1為電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.05，未產(chǎn)生應(yīng)變時，R1=120QO當(dāng)試件受力F時，應(yīng)變片承受平均應(yīng)變￡=800.m/m，求：應(yīng)變片電阻變化量△R1和電阻相對變化量△R1/R1；將電阻應(yīng)變片R1置于單臂測量電橋，電橋電源電壓為直流3V，求電橋的輸出電壓及電橋非線性誤差；若要減小非線性誤差，應(yīng)采取何種措施？并分析其電橋輸出電壓及非線性誤差大小。

等強度梁測力系統(tǒng)等強度梁測力系統(tǒng)解:竺=&=2.05x800x10-6=1.64x10-3R1???AR】=KeR、=0.196(^)U=EAR=-x1.64x10-3=0.00123(7)0 4R、 4AR—i-AR—i-RAR2+—iRiAR

1

2R、+AR、0.19682x120+0.1968總0.00082AR 1(或y2(或yi+——iR1米用差動電橋:半橋差動：U=EARi=2x0.00123=0.00246(7), y=00 2R l1AR全橋差動：U0=E—=4x0.00123=0.00492(7),y乙=0178、如圖所示，E=4V,R1=R2=R3=%=100。，設(shè)負載電阻為無窮大(開路)。R1為金屬應(yīng)變片，其余為外接電阻，當(dāng)R1的增量△R1=1.0Q時，試求電橋的輸出電壓U；0R「R2都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的極性和大小都相同，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓U；0R，R都是應(yīng)變片，且批號相同，感應(yīng)應(yīng)變的大小為△R=△R=1.0。，但極性相反，其余為外接電阻，試求電橋的輸出電壓U0。應(yīng)變片電橋應(yīng)變片電橋79、使用鎳鎘-鎳硅熱電偶，其冷端溫度為40°C，問測溫點為410°C時的電動勢為多少？若仍使用該熱電偶，測得某接點的電勢為10.275mV，則被測接點的溫度為多少？?已知:E(20,0)=E(20,0)=0.798mVE(40,0)=1.611mVE(290,0)=11.793mVE(370,0)=15.132mVE(400,0)=16.395mVE(30,0)=0.203mVE(280,0)=11.381mVE(300,0)=12.207mVE(380,0)=15.552mVE(410,0)=16.818mV解題提示：(1)由分度表查得E(40,0)=1.611mV，E(410,0)=16.818mV，由中間溫度E(t,0)=E(t,40)+E(40,0)有：E(410,40)=E(410,0)-E(30,0)=？mV(2)依題意E(t’,40)=10.275mV則山E(t’,0)=E(t’,40)+E(40,0)=10.275+1.611=11.886mV由分度表查得E(290,0)=11.793mV，E(300,0)=12.207mV由插值法t*0+“冰T.793x10]C=I12.207-11.793 )80、某電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r=4mm，工作初始間距d°=0.3mm，介電常數(shù)￡=8.85X10-12F/m，問：工作時，若傳感器與工件的間隙變化量增大△d=川m，電容變化量為多少?

若測量電路的靈敏度S1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV，當(dāng)間隙增大^d=川m時，讀數(shù)儀表示值變化多少格？?解題思路:電容式傳感器的電容量：C=料=^^A，則初始電容量8.854x10-12x10-6x兀x16x103

05間隙變化后的電容量C，—￡°￡A_8.854x10-12x10-6x兀x16x103_?f_d\rAd 0.3+0.001 ，P則電容變化量：AC=C0-C=?pF⑵靈敏度K廣土=100雄，所以，當(dāng)間隙增大△d=川m時，輸出電壓:UU=ACx100^L=?mV0pF或?qū)懗蒛=￡￡A（—-一 試求該儀表的最大絕對誤差。 確定該儀表的精度等級。 經(jīng)過一段時間使用后，儀表的最大絕對誤差為±7C，問此時儀表的精度等級為 試求該儀表的最大絕對誤差。 確定該儀表的精度等級。 經(jīng)過一段時間使用后，儀表的最大絕對誤差為±7C，問此時儀表的精度等級為多少？0 0rdd+Ad=8.854x10-12x10-6兀x16x106x（上一上）x100mV=0.5mV

300301因為S2=5格/mV，0.5mV應(yīng)變化？格。81、某一標(biāo)定為100?600°C的溫度計出廠前經(jīng)校驗，各點的測量結(jié)果值如下:被校表讀數(shù)/C100150200250300400500600標(biāo)準表讀數(shù)/C102149204256296403495606

(已知：精度等級有0.5級，1.0級，1.5級，2.5級)?解題思路：(1)絕對誤差二測量值-真值最大絕對誤差：250-256=？(C)或：600-606=？(C)(2)最大引用誤差為二最大絕對誤差(2)最大引用誤差為二最大絕對誤差量程—6x100%= x100%600—100根據(jù)數(shù)據(jù)確定精度等級為？級。(3(3)最大引用誤差為二最大絕對誤差量程土7x100%= x100%600—100二？%該儀表的精度等級為？級。82.用82.用分度號為K的鎳銘一鎳硅熱電偶測量溫度在沒有采取冷端溫度補償?shù)那闆r下，顯示儀表指示值為500°C，而這時冷端溫度為50°C，試問實際溫度應(yīng)為多少？如果熱端溫度不變設(shè)法使冷端溫度保持在20C，此時顯示儀表的指示值應(yīng)少？如果熱端溫度不變?yōu)槎嗌伲?已知：E(20,0)=0.798mVE(50,0)=2.022mV已知：E(20,0)=0.798mVE(50,0)=2.022mVE(500,0)=20.64mVE(520,0)=21.493mVE(540,0)=22.346mVE(550,0)=22.772mVE(520,0)=21.493mVE(540,0)=22.346mVE(550,0)=22.772mVE(560,0)=23.198mVE(626,0)=26.006mVE(627,0)=26.048mVE(560,0)=23.198mVE(626,0)=26.006mVE(627,0)=26.048mVE(632,0)=26.260mVE(633,0)=26.303mVE(650,0)E(632,0)=26.260mVE(633,0)=26.303mVE(650,0)=27.022mV解：顯示儀表指示值為500C時，查得這時顯示儀表的實際輸入電動勢為此時t0=50C此時t0=50C同樣可以查得E(t00)=2.022mVE(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.022=22.662(mV)查表的 t^547.4C即被測實際溫度為547.4C當(dāng)熱端為547.4C，冷端為20C時：由于E(20,0)=0.798mV有：E(t,to)=E(t,0)-E(to，0)=22.662-0.798=21.864(mV)查表：顯示儀表指示值為？。C要求測量某容器內(nèi)的壓力，就地指示即可，正常壓力為0.7MPa，要求測量誤差小于或等于正常壓力的土1.0%，請在下面的測量范圍和精度系列中，選擇一符合要求的壓力儀表，并說明選擇依據(jù)。?測量范圍：0?1.0、0?1.6、0?2.5、0?4MPa精度：0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5解：選量程 P計=0.7X3/2=1.05Mpa 選0?1.6Mpa依據(jù)最大壓力值不應(yīng)超過滿量程的2/3,最小值不應(yīng)低于全量程的1/3。設(shè)：量程為X?！?14-/r/