傳感器原理及應用 （于彤第4版）單元測驗試題及答案 1-傳感器概念-17 大作業(yè)2-傳感器新技術綜述

單元測驗1

1傳感器有哪些作用？舉出3種以上的傳感器分類方法。

2簡述傳感器在航空技術中的應用。

3從功能上說，傳感器由哪兒部分組成?

4怎樣理解“系統(tǒng)的自動化程度越高，對傳感器的依賴性就越強”？舉例說

明你的觀點。

5搜索資料后思考和討論：在民用航空技術的某具體領域（如民航飛機的起

落架上），使用了什么功能的傳感器？

6機電一體化系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？舉出一個實例與

之對應。

單元測驗1答案

1傳感器有哪些作用？舉出3種以上的傳感器分類方法。

傳感器作用一是將被測量轉(zhuǎn)換成電學量以供儀表顯示，二是將被測量反饋至

控制器完成自動控制。傳感器可以按照原理、被測量、輸出信號類型等進行分

類。

傳感器把代表機械本體的工作狀態(tài)、生產(chǎn)過程等工業(yè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量，從而

便于采用控制裝置使控制對象按給定的規(guī)律變化，推動執(zhí)行機構適時地調(diào)整機

械本體的各種工業(yè)參數(shù)，使機械本體處于自動運行狀態(tài)，并實行自動監(jiān)視和自

動保護。傳感器是機械本體與控制裝置的“紐帶”和“橋梁”。

2簡述傳感器在航空技術中的應用。

隨著飛機和發(fā)動機性能的提高和安全性增大，需要傳感器檢測的參數(shù)也越來

越多。大型飛機使用的傳感器在一百種以上，傳感器數(shù)量在幾千甚至上萬個。

機載傳感器按功能分類可以分為：飛行狀態(tài)、飛行姿態(tài)信息及其操縱系統(tǒng)工作

參數(shù)傳感器；導航、定位參數(shù)傳感器；動力裝置及燃油滑油參數(shù)傳感器；用于

液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、安全與防護系統(tǒng)等

工作參數(shù)傳感器。

3從功能上說，傳感器由哪幾部分組成？

典型的傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、處理電路、電源等部分組成。

4怎樣理解“系統(tǒng)的自動化程度越高，對傳感器的依賴性就越強”？舉例說

明你的觀點。

在自動控制領域中，只有準確的檢測才能有精確的控制。

5搜索資料后思考和討論：在民用航空技術的某具體領域（如民航飛機的起

落架上），使用了什么功能的傳感器？

1）傾角傳感器測量飛機飛行角度

2）壓力傳感器保證大氣數(shù)據(jù)精準

3）高度傳感器測量飛機飛行高度

4）無人機上的主要傳感器

6機電一體化系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？舉出一個實例與

之對應。

傳感器通常由敏感元件、傳感元件和測量轉(zhuǎn)換電路組成，如圖1-8所示，

其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受被測量的部分，傳感元件（也稱轉(zhuǎn)換

元件）指傳感器中能將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的信號部分。由于

傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或轉(zhuǎn)換為

容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式，這一部分稱為測量轉(zhuǎn)換電路。

單元測驗2

1傳感器的主要靜態(tài)特性有哪些？有哪些特性指標？

2什么是測量？測量有哪些方法？

3汽車發(fā)電機能夠在汽車運行時，通過傳動機構將發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)換為電

能，它是一個傳感器嗎？為什么？

單元測驗2

1.傳感器的主要靜態(tài)特性有哪些？有哪些特性指標？

（1）線性度：傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關系的線性程度。

（2）靈敏度（S）指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況卜，傳感器輸出量增量Ay與被

測量增量盤的比值，即S=Ay/Ar。

（3）分辨力指傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)檢測被測量的最小變化量的能

力。

（4）遲滯指傳感器的正向特性與反向特性的不一致程度。

2.什么是測量？測量有哪些方法？

為獲得被測量的值而進行的操作稱為測量。測量的過程就是將被測量與標

準量進行比較，從而確定被測量對標準量的倍數(shù)。

按測量操作的方法分為兩類：直接測量和間接測量。

按照獲取被測數(shù)據(jù)的方法可分為偏差式測量、零位式測量和微差式測量.

3.汽車發(fā)電機能夠在汽車運行時，通過傳動機構將發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)換為電

能，它是一個傳感器嗎？為什么？

汽車發(fā)電機不是傳感器。根據(jù)傳感器的含義，以測量為目的的轉(zhuǎn)換裝置才

能稱為傳感器，即傳感器的輸出量與被測量有嚴格的對應（函數(shù)）關系。

階段測驗3

1什么是測量？測量有哪些方法？

2什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差有哪些檢驗方法？如何減小或消除系統(tǒng)誤差?

3隨機誤差的產(chǎn)生原因和特點是什么？如何減小隨機誤差對測量結果的影

響？

4用一臺0.5級、測量范圍是0?1000C的測溫儀表，檢測500℃的溫度，

求儀表將會引起的最大絕對誤差和相對誤差。

5有三臺測溫儀表量程均為600C,精度等級分別為1.5級、2.0級和2.5

級，現(xiàn)要測量500℃的溫度，允許的相對誤差不超過2.5%,計算說明應選用哪

臺儀表（從精度和經(jīng)濟性綜合考慮）？

6從誤差的出現(xiàn)規(guī)律考慮，分析圖1.7所示彈擊點圖中各存在哪種誤差？

7現(xiàn)有精度0.5級的300V和精度1.0級、0100V的兩只電壓表，要測量

80V的電壓，選用哪個電壓表較好？為什么？

8什么是隨機誤差？隨機誤差有什么特征？隨機誤差產(chǎn)生的原因是什么？

階段測驗3參考答案

1什么是測量？測量有哪些方法？

將被測量與標準量進行比較，從而得出被測量的數(shù)值的過程稱為測量。測

量方法有直接法、間接法、比較法、微差法等。

2什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差有哪些檢驗方法？如何減小或消除系統(tǒng)誤差？

系統(tǒng)誤差是指誤差的數(shù)值及符號都保持不變、或在條件改變時誤差按某一確

定規(guī)律變化的一類誤差。改進測量設備或引入修正值

3隨機誤差的產(chǎn)生原因和特點是什么？如何減小隨機誤差對測量結果的影

響？

由于偶然因素的影響而引起的，在同一條件下多次測量同一量時，誤差的

絕對值和符號隨機變化。它的特點是隨機性，沒有一定規(guī)律，時大時小，時正

時負，不能預定。由于隨機誤差具有偶然的性質(zhì)，不能預先知道，因而也就無

法從測量過程中予以修正或把它消除。但是隨機誤差在多次重復測量中服從統(tǒng)

計規(guī)律，在一定條件下，可以用增加測量次數(shù)的方法加以控制C

4用一臺0.5級、測量范圍是。?1000C的測溫儀表，檢測500c的溫度，

求儀表將會引起的最大絕對誤差和相對誤差。

I8.1=1000*0.5%=5℃.

YF[5/500]*100%=1%

5有三臺測溫儀表量程均為600℃,精度等級分別為L5級、2.0級和2.5

級，現(xiàn)要測量500C的溫度，允許的相對誤差不超過2.5%,計算說明應選用哪

臺儀表（從精度和經(jīng)濟性綜合考慮）？

儀表允許的最大絕對誤差6』=500*2.5%=12.5℃

1.5級：16ml=600*1.5%=4℃

2.0級：I6ml=600*2%=12℃

2.5級：16」二600*2.5%=15照

應選2.0級儀表。

6從誤差的出現(xiàn)規(guī)律考慮，分析圖L7所示彈擊點圖中各存在哪種誤差？

A-系統(tǒng)誤差,3-隨機誤差,C-疏

失誤差

7現(xiàn)有精度0?5級的0~300V和精度1.0級、O^IOOV的兩只電壓表，要測量

80V的電壓，選用哪個電壓表較好？為什么？

估算各儀表的誤差：

0.5級：13ml=300*0.5%=1.5V

1.0級：13ml=100*1%=1V

看見應選擇1.0級、0~100V的電壓表。

8什么是隨機誤差？隨機誤差有什么特征？隨機誤差產(chǎn)生的原因是什么？

隨機誤差是由偶然因素弓起的、其大小和符號隨機變化的誤差。其特點是

隨機性。由于隨機誤差具有偶然的性質(zhì)，不能預先知道，因而也就無法從測量

過程中予以修正或把它消除。但是隨機誤差在多次重復測量中服從統(tǒng)計規(guī)律，

在一定條件下，可以用增加測量次數(shù)的方法加以控制。

階段測驗4

1與金屬熱電阻相比，熱敏電阻有哪些特點？

2熱敏電阻按溫度特性分為哪幾種？各有什么特點？

3熱敏電阻測溫電路中，如果電路的電流過大，會有什么后果？為什么？

4為什么熱電阻測溫電路采用三線制接法？

5熱敏電阻測溫是否需要采用三線制接法？為什么？

6什么是熱電效應？熱電偶與熱電阻相比較，各有什么特點？

7使用熱電偶測溫時，為什么需要冷端溫度補償？常用的補償方法有哪些？

8分別說明常用的鉗熱電阻和銅熱電阻的測溫范圍及特點？

9.熱電偶為什么需要進行冷端溫度補償？常用的補償方法有哪些？

10.用K型熱電偶的測溫范圍是多少？若參考端溫度為0℃,工作端為

40℃,求K型熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢？

11己知K型熱電偶熱端溫度為800C,冷端溫度為30℃,求熱電偶的熱電動

勢。

12用S型熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為20℃,測得熱電動勢為

11.71mV,求被測溫度。

13用K型熱電偶測量某爐溫，已知冷端溫度為30C,測得熱電動勢為

37.724mV,求被測爐溫。

階段測驗4參考答案

1:與金屬熱電阻相比，熱敏電阻的溫度系數(shù)很高(靈敏度高)、具有非線性特

性，一般用于溫度控制而不用于測量溫度。

2：熱敏電阻分為負溫度系數(shù)和正溫度系數(shù)兩大類，它們分別具有負的和正的電

阻溫度特性。

3：熱敏電阻測溫電路中電流過大時，會由于電流熱效應使傳感器發(fā)熱，造成測

溫誤差。

4：電路電流過大會使熱敏電阻本身發(fā)熱升溫，使其阻值下降

而產(chǎn)生附加的測溫誤差.

5：查分度表CT(P.235)得R(50)=Q；R(100)=Q.

7：熱敏電阻測溫無需采用三線制.因為熱敏電阻的靈敏度比熱電阻大得多

,接線電阻的影響可忽略.

8：①兩種不同金屬構成閉合回路，當兩個接點溫度T和To有

差異時，回路中產(chǎn)生正比于溫差(T—To)的熱電動勢E(T,To).

材料結構(核心元件)工作機理零上使用范圍

熱電偶兩種金屬組成的熱電極熱電效應、中間溫度定律約1800℃

熱電阻溫度系數(shù)較大的金屬絲金屬的(正)溫度特性約200?800C

熱敏電阻半導體陶瓷燒結體半導體的溫度敏感性約300?400℃

9：①熱電偶使用中要求冷端處于0℃環(huán)境，但工程現(xiàn)場的

冷端一般不是0℃(并且是變化的)，為能使用分度表，就需要將

冷端等效(補償)至()℃.

②常用補償方法：冰浴(冷端恒溫)法、計算法、儀表機械零點

調(diào)整法、自動補償(補償器)法.

10：①查分度表(P.234)知測溫范圍約是二^℃.

②查分度表(P.234)得E(40,0)=—mV

11：VE(800,0)=E(800,30)+E(30,0).

???E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=-_二mV.

所求熱電動勢為mV.

12：由E(T,0)=E(T,20)+E(20,0)

得E(T,0)=11.71-0.113=11.823mV,再查分度表得

1190℃

13：由E(T,0)=E(T,30)-E(30,0)

得E(T,0)=37.724+1.203=38.927mV,再查分度表得

綜合測驗

1.某線性位移測量儀，當被測位移由4.5mm變到5.Omm時，位移測量儀的輸出

電壓由3.5V減至2.5V,求該儀器的靈敏度。（4'）

2.解答的電阻問題：（1）用的電阻PtlOO測量南極某地溫度，在計算時錯用

了Cu50的分度表查得溫度為140℃,問實際溫度是多少？（2）分析圖示熱線

式氣體流量計的測量原理，說明其適用范圍。電路圖中熱線R和R為鉗絲。

（共10'）

3.用K型熱電偶測量某高爐的溫度，已知參考端溫度為20℃,測得參考端電

壓值為32.068mv,回答以下問題：（共22'）

（1）解釋熱電偶的測溫原理。

（2）計算高爐溫度。

（3）解釋熱電偶冷端溫度補償?shù)囊饬x和方法。

（4）估算K型熱電偶的靈敏度。

（5）估算K型熱電偶在0?100C范圍內(nèi)的線性度。

4.傳感器的靜態(tài)參數(shù)有哪幾種？分別描述定義。（6'）

5.畫框圖說明熱電阻測溫系統(tǒng)（儀表）有哪幾部分組成，各部分的作用是什

么。（共10'）

6.為什么熱電阻的應用一般使用三線制？熱敏電阻為什么不需要三線制？（共

12'）

7.比較熱敏電阻、熱電阻和熱電偶三種溫度傳感器的材料結構、工作原理、使

用特點的異同。（9'）

8.某儀表精度為0.5級（0.5%F-S）,測量范圍0~100mA,

（1）求該表正常使用時可能出現(xiàn)的最大誤差鼠（以mA計）。

（2）當儀表使用在湖量程的4/5和1/5時，分別計算可能產(chǎn)生的滿度相對誤

差。

（3）根據(jù)計算結果可得出什么結論？（共12'）

9.列舉三種常用的測溫元件，說明它們的基本特性。（9’）

10.分析圖2-58簡易高溫報警電路的工作原理。（6'）

綜合測驗答案

1.S=[2.5-3.5]/[5.0-4.5]=-2V/mm

2.-50℃；R構成單臂電橋回路的一部分。氣體流過電熱絲探頭時會使探頭冷

卻，其冷卻呈度與氣體的流速成正比，則電熱絲出現(xiàn)電阻的變化，電阻變化量

與氣體流速成正比，通過電橋作用轉(zhuǎn)換成電壓的變化。

3.（1）依據(jù)熱電效應，兩種不同導體構成閉合回路，當兩接點溫度不同時，回

路中將產(chǎn)生與溫差成正比的電動勢。固定冷端溫度，則根據(jù)熱電動勢即可求取

熱端溫度值。

(2)查表得E(20,0)=0.798mV計算：E(T,0)=E(T,20)+

E(20,0)=(32.086+0.798)mV=32.042mV,再反杳分度表，可得被測溫度為

790℃

（3）實際的冷端不為零度且隨環(huán)境而變化，需要采取補償措施才能查取分度

表。方法有：冰浴法、計算法、儀表調(diào)整法、電橋法；

⑷根據(jù)定義，靈敏度約為S二A/△*二[4,095-0]/[100-0]^0.04mV/℃；

4.靜態(tài)參數(shù)有：靈敏度、分辨力、線性度、遲滯等。

5.熱電阻測溫系統(tǒng)（儀表）由熱電阻傳感器、變送器和檢測儀表構成。

6.熱敏電阻不需要三線制是因為它的溫度系數(shù)很高，靈敏度足夠大。

7.

材料結構溫度特性靈敏度線性度測溫范圍

熱電阻金屬絲正系數(shù)低線性大

半導體燒較小

熱敏電阻負系數(shù)高非線性

結

熱電偶兩種導體正系數(shù)適中線性大

8.(1)6產(chǎn)100*0.5即0.5mA(3').

(2)—=[0.5/(100*4/5)]*100%=0.625%(3‘).y2=[0.5/

(100*1/5)]*100%=2.5%(3,).

(3)量程使用較充分時誤差較小(3’)

單元測驗6

一、單選題

1、關于電子秤傳感器系統(tǒng)，下面說法錯誤的是：

2、測力傳感器需要將電阻應變片貼在什么元件上：

3、電橋電路的作用是將傳感器信號轉(zhuǎn)換為：

4、測力應變電橋中，四臂工作方式的靈敏度是單臂工作方式的()倍:

二、簡答題

1、什么是電阻應變效應？

2、在電子秤中，應變片為什么要進行溫度補償？

3、彈性敏感元件的作用是什么？常見的彈性敏感元件有什么形式？

三、論述題

1、分析圖示結構測量大氣壓的原理。

卜殼體2上蓋3-膜片

4、5-應變片6-墊片

6應變傳感器-單元測驗答案

一、單選題

1、正確答案：C

2、正確答案：B

3、正確答案：A

4、正確答案：D

二、簡答題

1、導體或半導體受外力變形時，其電阻值發(fā)生變化，且電阻變化率正比于材料

的應變量。

2、要點：溫度變化會使應變片產(chǎn)生附加的電阻誤差。

3、要點：1作用是將力轉(zhuǎn)換成形變量。2柱、環(huán)、梁、膜...

三、論述題

1、大氣壓力作用于膜片3使其變形，使應變片4、5發(fā)生形變，變換為電阻

值，經(jīng)處理電路（電橋）變換為電壓輸出。

單元測驗7

一、填空題

1、常見壓電材料有、、等三種。

2、根據(jù)壓電效應的特點，壓電傳感器僅適用于力的測量，而

不適合于力的檢測。

二、簡答題

1、什么是壓電效應？以石英晶體為例說明壓電晶體是怎樣產(chǎn)生壓電效應的。

2、為什么說壓電式傳感器只適用于動態(tài)不，測量而不能用于靜態(tài)測量？

3、壓電傳感器的輸出信號的恃點是什么？它對放大器有什么要求？

三、論述題

描述圖示壓電式加速度傳感器的工作原理。

1—基座2—電極3—壓電晶片4—質(zhì)量塊5—壓簧6—殼體

單元測驗7-答案

一、填空題

1、

第1空:單晶體

第2空:多晶體

第3空:高分子壓電材料

2、

第1空:動態(tài)

第2空:靜態(tài)

二、簡答題

1、晶體材料受外力作用產(chǎn)生形變時，其內(nèi)部發(fā)生極化而在其表面出現(xiàn)電荷。

晶體受外力變形時，分子晶格扭曲，內(nèi)部正負電荷的分布中心發(fā)生分離，宏觀

上即出現(xiàn)極化現(xiàn)象。

2、壓電效應所產(chǎn)生的極化電荷，會瞬間中和而不能靜態(tài)存在。

3、極化電荷往往很少，體現(xiàn)于信號電壓及其微弱。需要高輸入阻抗放大器。

三、論述題

壓電式加速度傳感器的結構圖，它主要由壓電元件、質(zhì)量塊、預壓彈簧、

基座及外殼組成。整個部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定c當加速度傳感器

和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，根據(jù)牛頓第

二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)，F(xiàn)=ma式中：F——質(zhì)量塊產(chǎn)生的

慣性力；m---質(zhì)量塊的質(zhì)量；a加速度。

此慣性力尸作用于壓電元件上，因而產(chǎn)生電荷q,當傳感器選定后，機為常數(shù)，則傳

感器輸出電荷為

錯誤!未找到引用源。

單元測驗8

1畫圖說明液位的測量方法有哪些？

2簡述圖示超聲波液位計的工作原理，并解釋圖中反射小板為什么可以消除

溫度帶來的測量誤差？

V7////^7//7///

單元測驗8答案

1.液位的測量方法有電容法、壓力（差壓）法、超聲波法等C

口壓力

_______口傳感器

2.超聲波液位計原理為超聲測距。超聲波探頭測量液位時，在液罐上方安裝空

氣傳導型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可測得液體的液

面。附加反射小板，其作用是消除波速隨溫度的變化而造成的測量誤差。

單元測驗9

一、判斷題

1、紅外線的頻率高于可見光的頻率。

2、農(nóng)業(yè)育苗溫室大棚利用了紅外線的熱效應。

3、超聲波是指頻率高于1MHz的機械波。

4、紅外線與超聲波的頻段沒有嚴格界限，所以電視機遙控器常稱為紅外遙控或

超聲波遙控。

5、熱釋電紅外傳感器常用于公共設施安防報警。

二、簡答題

1、什么是熱釋電效應？簡述熱釋電傳感器的工作原理。

2、簡述紅外測溫原理及紅外測溫儀主要結構。

三、論述題

1、觀察你的日常生活環(huán)境，衣到一個利用熱釋電的設施（照明或其他控制、測

溫、安防等），詳述其工作原理和特點。并可根據(jù)其缺點進行改進論證。

2、圖示為超聲波流量測量原理，設超聲波在靜止流體中傳播速度為c,①簡要

分析原理；②求流體的流速v；③求管道流體的體積流量Q。

單元測驗9答案

一、判斷題

1、錯誤

2、正確

3、錯誤

4、正確

5、正確

二、簡答題

1、

1）熱釋電效應：溫度變化引起熱釋電晶體正負電荷中心發(fā)生位移，自發(fā)極

化強度和面束縛電荷發(fā)生變化，兩個端面之間出現(xiàn)電壓變化

2）工作原理：其自發(fā)極化強度隨溫度變化而變化導致面束縛電荷發(fā)生變

化，溫度達到一定值時自發(fā)極化變?yōu)?,釋放一部分電荷

2、

自然界中，一切溫度高于零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射

能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布一一與它的表面溫度有著

十分密切的關系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地

測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎C

紅外測溫由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等

部分組成。光學系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀

的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾娦?/p>

號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)部的算法和目標發(fā)射率

校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。

三、論述題

1、人體熱釋電感應開關，檢測到移動的人后，打開燈，延時后關燈，若在

關燈前再次檢測到人體移動便會從頭開始延時關燈；但它有個固有缺點，即它

只能感應移動的人體信號，一旦人靜止，它就感應不到了。如何能克服掉這個

缺點？

目標：只要有人存在，不管是否移動，燈一直亮，一旦無人，再延時關

燈；

2、在被測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和接收探頭

（F,,3）、（F2,T2）,其中（F”T,）的超聲波是順流傳播的，而（Fz,T2）

的超聲波是逆流傳播的。根據(jù)這兩束波在流體中傳播的速度不同，采用測量兩

個接收探頭上超聲波傳播的時間差、相位差和頻率差等方法可測出流體的平均

流速，進而推算出流量。

時間差法

設超聲波傳播方向與流體流動方向的夾角為a,流體在管道內(nèi)的平均流速

為「超聲波在靜止流體中的聲速為C,管道的內(nèi)徑為九超聲波由反射探頭件

至接收探頭”的絕對傳播速度為片=c+vcosa,超聲波由反射探頭F2至接收探

頭丁2的絕對傳播速度為％=c-vcosao超聲波順流與逆流傳播的時間差為：

J/sinaJ/sina2dvetsa

△，=f2Tl~=~3-

c-vcosac+vcosac-v~cos~a

因為所以

AAr?——ctget

c

2

則v=—tga^t(1)

2d

體積流量約為n^ddtgabt(2)

由式(1)與式(2)可矢L流速口及流量%均與時間差4成正比，而時間

差的測量可用標準脈沖記數(shù)器來實現(xiàn)。上述方法被稱作時間差法。在這種方法

中，流量與聲速c有關，而聲速一般隨介質(zhì)的溫度變化而變化，因此，將造成

溫度漂移。如果采用下述的頻率差測量法測量流量，則可以克服溫度的影響。

單元測驗10

一、簡答題

1、生產(chǎn)線上的接近開關一般有哪幾種類型？簡述各類型的特點。

2、四線式接近開關與三線式的區(qū)別是什么？

3、舉出可以用霍爾傳感器來檢測的物理量。

二、論述題

1、查詢資料完成一篇不少于200字的短文，描述霍爾開關和干簧管兩種傳感器

的異同。

2、描述電感接近開關和電容接近開關的異同。

單元測驗10答案

一、簡答題

1、接近開關一般有電感電容式、渦流式、霍爾式、光電式、超聲波式、熱釋

電式、微波式等。電感電容式可以檢測幾乎所有?物體，渦流式常用于流水線計

數(shù)或測厚，光電式使用靈活，霍爾式主要對磁場敏感，超聲波、熱釋電等形式

用于廣技。

2、與三線制接近開關相比，四線制接近開關增加了一個觸點，即含有常開和常

閉兩種觸點。

3、可以用霍爾傳感器來檢測的物理量有：位置、轉(zhuǎn)速、速度、電流、磁場強度

等

二、論述題

1、干簧管為機械式的磁敏開關，無源器件。其工作原理是磁場磁化其簧片，

使其開啟與關斷達到開關的效果。但由于是接觸式的開關，其工作壽命有限

制，而且運輸、安裝過程中易損壞。

霍爾元件為電子式的磁敏器件，有源器件。其輸出形式有開關型和線性。

利用磁場和霍爾效應達到無接觸式控制的目的。由于霍爾元件本身是一顆芯

片，其工作壽命理論上無限制。

2、電感式接近開關是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關時，使物

體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變

化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷,這種接近開關所

能檢測的物體必須是導電體。

電容式接近開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開

關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物

體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常

數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)

生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于

導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

單元測驗11

1、寫出你認為可以用霍爾傳感器檢測的物理量。

2、設計一個采用霍爾傳感器的液位控制系統(tǒng)，實現(xiàn)容器內(nèi)液位的上下限控制。

單元測驗11答案

1、霍爾傳感器可以測量的物理量有：力、力矩、應力、壓力、位置、位移、轉(zhuǎn)

速、速度、加速度、磁場、電流等。

2、(1)由玻璃連通器原理，對儲液罐液位的測量就轉(zhuǎn)換為對連通器中液位的

測量。

(2)確定霍爾IC是開關型的還是線性的。在連通器內(nèi)設置一磁性浮子，

在玻璃外壁相應高度設置霍爾TCo

(3)當水泵將液體泵入儲液罐后，連通器內(nèi)的液位也相應上升，當磁性浮

子與霍爾IC持平時，霍爾IC的輸出突變，表示液位已達到設定高度。該信號

經(jīng)控制電路使水泵停止運轉(zhuǎn)。

(4)在連通器外壁平行設置一標尺桿，霍爾IC可在標尺桿上移動并固

定，這樣就可以控制不同的液位高度了。

卜

工

型

az

Gr

I3

rM—

單元測驗12

一、簡答題

i、熱釋電傳感器的特性是什么？使用熱釋電傳感器有哪些注意事項?

2、根據(jù)電子電路原理，分析判斷圖示電路是亮通還是暗通電路。

(1)

二、論述題（共2題，50分）

1、測光文具盒是在文具盒上加裝測光電路組成的，它不彳且具有文具盒的功

能，又能顯示光線的強弱，可指導學生在合適的光線下學習，以保護學生的視

力。測光文具盒的測光電路如圖所示。分析該電路的工作原理。

2CR1IVTt3AX3!R*100Q

電路中2CR11為硅光電池作為測光元件，被安裝在文具盒的表面，直接感受

光的強弱。VD1,和VD2,為兩只發(fā)光二極管，用來指示光的強弱。

2、如圖所示是一種光敏電阻器控制電路。電路中，R2是光敏電阻器，J是繼

電器，VT2是繼電器驅(qū)動管，RP1是靈敏度調(diào)整可變電阻器。

分析電路在光照強弱時的現(xiàn)象，說明電路工作原理。

單元測驗12答案

一、簡答題

1、熱釋電傳感器對紅外光敏感，屬于熱電型器件。當受到光照時能將光能轉(zhuǎn)換

為熱能。使用熱釋電傳感器要注意的事項：1）傳感器應離地面2米以上；2）

傳感器應遠離空調(diào)、冰箱、微波爐等溫度變化較大的設備；3）傳感器的探測范

圍內(nèi)不應有隔屏；4）傳感器不能直接面對窗口，否則窗外的熱氣流會對探測帶

來擾動。

2、圖（1）電路是亮通電路；圖（2）電路是暗通電路。

二、論述題

1、

當光照度很低（如小于lOOlx）時，硅光電池產(chǎn)生的電壓較小，VT1管壓降

較大或處于截止狀態(tài)，兩個發(fā)光二極管VD1和VD2均不亮;當光照度適中（如在

100-2001X之間）時，硅光電池產(chǎn)生的電壓增高，VT1壓降減小，發(fā)光二極管

VD2點亮，表示光照度適中；當光照度過大（如大于2001X）時，硅光電池產(chǎn)生

的電壓較高，使VT1的壓降變得更小，此時VD1和VD2均被點亮，表示光照太

強了。

2、

（1）光線亮時電路分析

當光線亮時，光敏電阻器R2阻值比較小，這時RP1、RI、R2構成的分壓

電壓輸出電壓比較小，即加到VT1基極的直流電壓比較低，VT1處于截止狀

態(tài)，VT2也處于截止狀態(tài)，繼電器J圖3?44■種光敏電阻器控制電路中沒有電

流，繼電器不會動作，常閉觸點處于閉合狀態(tài)，常開觸點處于斷開狀態(tài)。

（2）光線暗時電路分析

當光線暗時，光敏電阻器R2阻值比較大，這時RP1、RI、R2構成的分壓

電壓輸出電壓比較大，即加到VT1基極的直流電壓比較高，高到足以使VT1

處于導通狀態(tài)，其發(fā)射極電壓通過R4加到VT2基極，VT2也處于導通狀態(tài)，

繼電器J中有電流，繼電器動作，常閉觸點處于斷開狀態(tài)，常開觸點處于閉合

狀態(tài)。

改變RP1的阻值可以調(diào)節(jié)靈敏度，即光線暗到何等程度能使繼電器動作。

當RP1阻值減小時，VT1基極直流電壓升高，光線稍喑些。R2阻值稍增大些

就能使繼電器J動作，所以靈敏度提高了，反之則靈敏度降低。

單元測驗13

1、簡述接近開關的類型及主要應用。

2、比較電感式接近開關與電容式接近開關的原理和應用領域。

3、流水線產(chǎn)品連續(xù)檢測中，在高速檢測時，分別用光電開關和電感接近開關,

是否可行。

單元測驗13答案

1、

接近開關種類包含有：電感式接近開關，電容式接近開關，光電式接近開

關，磁式接近開關四種常用的。接近開關在航空、航天技術以及工業(yè)生產(chǎn)中都

有廣泛的應用。在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，自動熱風機上

都有應用。在安全防盜方面，如資料檔案、財會、金融、博物館、金庫等重

地，通常都裝有由各種接近開關組成的防盜裝置。在測量技術中，如長度，位

置的測量；在控制技術中，如位移、速度、加速度的測量和控制，也都使用著

大量的接近開關。

2、

電容式接近開關是對任何介質(zhì)都檢測，電感式接近開關只對金屬檢測。

電感式接近開關是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)牛電磁場接近開關時，使

物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變

化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷C這種接近開關所

能檢測的物體必須是導電體。

電容式接近開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開

關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物

體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常

數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)

生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于

導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

3、

光電式接近開關可行，因為是非接觸測量，響應速度快能滿足高速測量要

求；電感接近開關不可行，因為電感元件依靠電磁感應，開關頻率低于光電式

開關，所以會受工作頻率限制，產(chǎn)品高速通過時，可能會產(chǎn)生“斷幀”或開關

發(fā)熱。

單元測驗14

1、解釋電位器的負載特性與負載誤差，如何減小電位器的負載誤差？

2、給出一種電位器式壓力傳感器的結構原理圖，說明其工作過程與特點。

3、根據(jù)圖示，分析電位器式加速度傳感器的工作原理。

4、描述差動變壓器的結構和測量原理。

5、簡述圖示差動變壓器測量機構的功能和原理。

單元測驗14答案

1、

電位器傳感器的突出特點是，用于電阻值的有限性，使得它帶負載后與空

載時的電阻比例發(fā)生變化。由電路圖示意可見，帶載與空載下實際的阻值比例

被改變了。要減小電位器的負載誤差，應使用盡可能大內(nèi)阻的負載，以減小負

載對傳感器的影響。

翁桑武的電,士百電躋電tixa筋蠟桿性內(nèi)線

2、

敏感結構一一膜盒

工作機理：被測壓力膜盒變形—杠桿位移-----電刷位置----電位器

輸出。

特點---簡單可靠

3、

敏感結構一一質(zhì)量塊

工作原理：被測加速度一一質(zhì)量塊受壓力一一質(zhì)量塊位移一一電刷觸點位

移一一電位器輸出電阻值。

4、

差動變壓器的結構包括一個線框和一個鐵心。線框上設置一個原繞組

和兩個反向串聯(lián)的對稱副繞組，鐵心放在線框中央的圓柱形孔中。原繞組

中施加自交流電壓時，兩個副繞組產(chǎn)生感百應電動勢el和e2,總輸出電

壓u2=u21-u22^el-e2o當鐵心處在中央位置時，el=e2,u2=0。若鐵心右

移，則穿過副繞組2的磁度通將比穿過副繞組1的磁通多，于是感應電動

勢e2>el,差動變壓器輸出電壓u2不等于零，且輸出電壓與鐵心位移x成

線性關系。用適當?shù)臏y知量電路測量,可以得到差動變壓器輸出與位移X成

比例的線性讀數(shù)。

5、

物理量的變換：壓力--膜盒變形--銜鐵位移-一差動變壓器輸出電

壓。

單元測驗15

1.簡述光電式角編碼器的主要結構，說明角分辨力與碼道數(shù)的關系。

2.光柵傳感器的工作原理是什么？莫爾條紋有哪些特點？

3.說明光柵傳感器細分技術的意義及基本方法。

4.某光柵傳感器的光柵常數(shù)為100線/mm,未細分時測得條紋計數(shù)為1000,則

被測位移是多少？此光柵的分辨力是多少？采用四倍頻細分后，計數(shù)脈沖仍為

1000,問被測位移為多少？

5.某增量式光電編碼器，其碼道數(shù)n=10,求其角分辨力。要使角分辨力優(yōu)于

0.1°,碼道數(shù)至少應是多少？

單元測驗15答案

1、

在與被測軸同心的碼盤上刻制了按一定編碼規(guī)則形成的遮光和透光部分的

組合。在碼環(huán)的一邊是發(fā)光二極管或白熾燈光源，另一邊則是接收光線的光電

器件。碼盤隨著被測軸的轉(zhuǎn)動使得透過碼盤的光束產(chǎn)生間斷，通過光電器件的

接收和電子線路的處理，產(chǎn)生特定電信號的輸出，再經(jīng)過數(shù)字處理可計算出位

置和速度信息。

角分辨力等于360/2。,其中n為碼道數(shù)。

2、

（1）莫爾條紋的移動方向和位移與光柵尺的移動和位移有一一對應的關

系；

（2）由于大量刻線而具有消除刻線誤差作用

（3）莫爾條紋寬度對對光柵柵距具有放大作用

光柵傳感器的核心原理是，根據(jù)移動的“條紋數(shù)二柵格數(shù)”，用計數(shù)器對條

紋進行計數(shù)，即可得到被測位移。

3、

若以移過的莫爾條紋的數(shù)來確定位移量，其最高分辨力為光柵的一個柵

距。為了提高分辨力，采用細分技術，它是在莫爾條紋信號變化的一個周期

內(nèi)，用電子電路給出若干個計數(shù)脈沖，如4倍頻和8倍頻細分。

4、

被測位移10mm,分辨力為0.01mm,

四倍頻細分后被測位移為2.5mm

5、

（1）分辨力是a=360/1024^0.35°

（2）要使角分辨力優(yōu)于0.1。，即360/2AnW0.1,

當n=ll時,a=0.18°

當n=12時，a=0.09°,

故碼道數(shù)至少是12.

大作業(yè)1-環(huán)境量檢測方法及傳感器（調(diào)研報告）

1.課業(yè)任務

完成一篇關于“環(huán)境量的檢測方法與傳感器”調(diào)研報告（小論文）。

①題目“環(huán)境量檢測方法與傳感器一一XXX的檢測”

②內(nèi)容詳實（不要寫成產(chǎn)品介紹或產(chǎn)品說明），有必要的圖、表

③字數(shù)28K字（A4幅面不少于5頁）