1、“傳感技術及應用題庫緒論1 .什么是傳感器傳感器定義傳感器由哪幾個局部組成分別起到什么作用2 .解釋以下名詞術語：敏感元件；2傳感器；3信號調理器;4變送器. 討論習題1.什么是傳感器常用的分類方法有哪兩種 思考題1.傳感器特性在檢測系統中起到什么作用傳感器的一般特性判斷以下各題正確與否：1 .傳感器是一種測量器件或裝置,它將被測量按一定規律轉換成可用輸出, 一般 系統有輸入和輸出,所以均可看作傳感器.2 .傳感器的靜態特性曲線表示法一般有方程表示法,曲線表示法,列表表示法三種,但是它們嚴格意義上是等效的.3 .遲滯誤差、非線性誤差和重復性誤差都會給測量結果帶來誤差,但它們都可用 統計平均的方

2、法減少.4 .傳感器的閾值,實際上就是傳感器在零點附近的分辨力.5 .某位移傳感器的測量量程為1mm分辨力為0.001 mm這說明傳感器的靈敏度 很高,其靈敏度為0.1 %.6 .傳感器A采用最小二乘法擬合算得線性度為土 0.6%,傳感器B采用端點直線 法算得線性度為土 0.8%,那么可以肯定傳感器A的線性度優于傳感器Bo 7.無論何種傳感器,假設要提升靈敏度必然會增加非線性誤差.8.幅頻特性優良的傳感器,其動態范圍大,故可以用于高精度測量.討論習題1 .傳感器的性能參數反映了傳感器的什么關系?2 .靜態參數有哪些各種參數代表什么意義3 .動態參數有那些應如何選擇思考題1 .對于一階傳感器而言

3、,傳感器的時間常數越小,工作頻域越寬,動態響應越好2 .對于二階傳感器而言,可以通過減小傳感器運動局部質量和增加彈性敏感元件 的剛度來提升傳感器的固有頻率.三、電阻式傳感器1 .什么是應變效應什么是壓阻效應什么是橫向效應2 .說明電阻應變片的組成和種類.電阻應變片有哪些主要特性參數3 . 一個量程為10kN的應變式測力傳感器,其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力, 外徑20mm,內彳至18mm,在其外表粘貼八各應變片,四個沿周向粘貼,應變片的 電阻值均為120.靈敏度為2.0,波松比為0.3,材料彈性模量E=2.1 M011P3要求:繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；計算傳感器在滿量程時,各應變片電阻變

4、化；當橋路的供電電壓為10V時,計算傳感器的輸出電壓.4 .應變片產生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么Ld5.某次測定金屬絲電阻一溫度關系的實驗數據如下表t( C)17.820.937.748.258.8R ()3.5543.6873.8273.9694.105試正確繪制R-t關系并求出0c時的電阻阻值6.有一測量吊車起吊物質量的拉力傳感器如圖a所示.電阻應變片R1、R2、R3 R4貼在等軸截面上.等截面軸的截面積為0.00196m2,彈性模量 E 2 1011N /m2,泊松比為0.3, R1、R2、R3 R4標稱值均為120 、靈敏度 為2.0,它們組成全橋如圖b所示,橋路/

5、U入電壓為2V,輸出電壓為1.0mV, 求：等截面袖的縱向應變及橫向應變；重物m有多少噸(b)7 .半橋測量時兩片不同受力狀態的電阻應變片介入電橋時,應放在鄰邊8 .橋路(差動電橋)測量存在非線性誤差,是由于 9 .應變式傳感器可用于溫度測量嗎10 .一阻值120的應變式電阻傳感器靈敏系數 K 2.0 ,將該應變片用阻值為12的導線連接到測量系統,求應變片靈敏系數k1=1.82011 .設計一只測量線位移的精密線繞電位器, 測量范圍010mm分辨力為50小成 靈敏度為2.7V/mm,電阻絲材料選用鋁鉞金絲,其電阻率p =3.15 x 10-4 Q .mm當電位器的負載電阻R=10kQ.求電位器

6、的最大負載誤差.12 .以下圖是熱敏電阻溫度傳感器的線性化電路,設 Tl、Th、T份別為測溫的下限、 上限和測溫范圍的中點,其對應的熱敏電阻值為 R、R、R,為保證熱敏電 阻輸出的線性,請推導串聯在熱敏電阻中的 R的最正確值是多少討論習題1 .試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處思考題1 .在傳感器測量電路中,直流電橋與交流電橋有什么不同,如何考慮應用場合 用電阻應變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善四、電感式傳感器1,表達變磁阻式傳感器的工作原理.2 .說明差動變壓器螺線管式傳感器的結構形式與輸出特性.3,什么是零點剩余電壓,有哪些方法可以進行剩余電壓補償4,用差動變壓器進

7、行位移測量時采用那種電路形式可以直接由輸出電壓區別位移的大 小和方向5 .什么是電渦流效應電渦流傳感器可以進行哪些非電量參數測量分別利用哪些物理量進行檢測,由哪個電參量轉換進行電量輸出的6 .電感式傳感器有哪些種類它們的工作原理是什么7 .如下圖一簡單電感式傳感器.尺寸已示于圖中.磁路取為中央磁路,不記 漏磁,設鐵心及銜鐵的相對磁導率為 104,空氣的相又t磁導率為1,真空的磁導 率為47tx 10-7H . m-1,試計算氣隙長度為零及為 2mm寸的電感量.圖中所注尺 寸單位均為mm.8 .問振幅是5V,頻率是1000Hz的正弦波交流的有效值為多少周期為多少9 .在膜厚傳感器上,厚度l越大,

8、線圈的自感系數是變大還是變小10,將非電量的變化轉換成線圈 或變化,這種測量裝置叫做電感 式傳感器.該傳感器按轉換原理不同可分為 式或式兩大類.11.判斷題: .對變間隙的電容式傳感器而言即使采用差動結構也不能完全消除非線性 誤差. .差動電感傳感器不能完全消除非線性誤差. .電感式傳感器和渦流式傳感器都是通過電感量的變化檢測信號的,所以 它們結構和工作原理沒有任何不同. .自感式電感傳感器改變空氣隙等效截面積類型變換器轉換關系為非線形的,改變空氣隙長度類型的為線形的. .變壓器式電感傳感器多采用差動結構,并用線圈間互感M的大小確定被測非電量的數值.討論習題1 .請簡述電渦流傳感器的工作原理,

9、并舉出兩種傳感器的測量電路,說明電路的 測量原理.調頻式電感傳感器轉換電路由于輸出信號是脈沖信號,因此抗干擾水平強,易于數字化和遠距離傳輸信號.2 .分析電感傳感器出現非線性的原因,并說明如何改善 思考題1 .差動電感結構有什么優點,采用什么電路可有線形輸出2 .簡述電渦流效應及構成電渦流傳感器的可能的應用場合.五、電容式傳感器1 .電容傳感器有哪些類型2 .表達電容傳感器的工作原理,輸出特性.3 .電容傳感器的測量電路有哪些表達二極管雙 T型交流電橋工作原理.4 .差動式電容測厚傳感器系統的工作原理5 .推導差動式電容傳感器的靈敏度,并與單極式電容傳感器相比擬.6 .試推導變電介質電容式位移

10、傳感器的特性方程C=f(x) o設真空的介電系數為£ 0, e 2> e 1 ,以及極板寬度為 W7 .在上題中,設6 =d=1mm極板為正方形(邊長50mm.£ 1 =1, e 2=4試在x=0 到50mme圍內,輸出磁位移傳感器的特性曲線,并給以適當說明.8 .簡述電容式傳感器用差動脈沖調寬電路的工作原理及特點.9 .電容傳感器有哪三種類型,試從輸入輸出關系的角度說明各自的特點,對于非線性類型采用什么方法來改善10 .由于電容傳感器的初始電容 ,因此,該傳感器的關鍵問題是 的影響極其嚴重,這不僅會造成傳輸效率 ,靈敏度, 而且會產生很大的.11 .變面積電容式傳感

11、器如圖(a)所示,BC形成恒定電容G,絕緣導桿D伸入圓 柱極板A中使得AC電容CX變化,r1 6mm, r2 5.7mm, r3 4.5mm, l 25mm,運算 放大器如圖(b)所示,求：導桿D每伸入1mm5l起的電容變化量；Ui=6V時,求 U. 08.85 10 12F/m, r 1 )12 .電容傳感器外圓半徑R=8mm,J圓柱外半徑r=7.25mm,外圓筒與內圓筒覆蓋部 分長度l=16mm,計算電容傳感器電容量Co=,當移動0.5mm時的電容變 化量.13 .對變間隙的電容式傳感器而言即使采用差動結構也不能完全消除非線性誤差 嗎14 .電容傳感器有哪三種類型,試從輸入輸出關系的角度說

12、明各自的特點,對于 非線性類型采用什么方法來改善討論習題1 .根據電容傳感器的工作原理說明它的分類,電容傳感器能夠測量哪些物理參量2 .如果電容傳感器的電纜喪失了,更換另一根電纜后,可以不必對測量系統重新 進行標定,也可直接使用.思考題1 .為什么電感式和電容式傳感器的結構多采用差動形式, 差動結構形式的特點是什么2 .總結電容式傳感器的優缺點,主要應用場合以及使用中應注意的問題.六、磁電式傳感器1 .為什么說磁電感應式傳感器是一種有源傳感器2 .變磁阻式傳感器有哪幾種結構形式可以檢測哪些非電量3 .什么是霍爾效應霍爾電勢的大小與方向和哪些因素有關影響霍爾電勢的因 素有哪些4 .集成霍爾器件有

13、哪幾種類型試畫出具輸出特性曲線.5 .有一測量轉速裝置,調制盤上有100對永久磁極,N、S極交替放置,調制盤由 轉軸帶動旋轉,在磁極上方固定一個霍爾元件,每通過一對磁極霍爾元件產生一 個方脈沖送到計數器.假定t=5min采樣時間內,計數器收到 N=15萬個脈沖,求 轉速n=?轉/分.6 .磁敏元件有哪些磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管什么是磁阻效應簡 述磁敏二極管、晶體管工作原理.7 .磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同與霍爾元件在本質上的區別是什么8 .試證實霍爾式位移傳感器的輸出與位移成正比.9 .磁電式傳感器通常用于測量速度,這是由于它的質量塊的位移與速度成正比.10 .簡答：寫出霍爾電壓的

14、表達式,并給出消除不等位電勢的方法.11 .當限制磁感應強度為零,限制電流為額定值時,霍爾電極間的空載電勢稱為 不等位電勢或零位電勢.12 .如何采用恒流源和輸入并聯電阻對霍爾元件進行溫度補償,求出并聯電阻Rpo 設溫度to時,霍爾元件的靈敏度系數為kH0,輸入電阻為Ri0,溫度上升到 t 時,它們分別為 M、&.kHt kHo1t t., R, Rio1 t t.,其中為霍爾元件靈敏度系數；為元件的輸入電阻溫度系數.假設Rp不隨溫度變化.霍爾片采用恒流源供電,為補償溫度誤差,采用在輸入回路并聯電阻,如 以下圖示,假設霍爾元件靈敏度溫度系數為a ,霍爾元件輸入電阻溫度系數為B , 溫度

15、t.時的輸入電阻為R.,請推導并聯的電阻 岸的大小.13 .霍爾元件用于測量磁場,它通常不用金屬而由磁性半導體材料如錯、神化鈿等制成.14 .不管霍爾效應還是磁阻效應都是洛倫磁力作用的結果.15 .簡述霍爾傳感器測量磁場的原理.16 .霍爾片采用恒壓源供電,為補償溫度誤差,采用在輸入回路串聯電阻岸,如以下圖示,假設霍爾元件靈敏度溫度系數為a ,霍爾元件輸入電阻溫度系數為B,溫度t0時的輸入電阻為R0,請推導并聯的電阻 R的大小.IhRpVh討論習題1 .霍爾元件能夠測量哪些物理參數霍爾元件的不等位電勢的概念是什么溫度 補償的方法有哪幾種2 .磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同3 .簡述霍爾效

16、應及構成以及霍爾傳感器可能的應用場合.思考題1 .磁電式傳感器是速度傳感器,它如何通過測量電路獲得相對應的位移和加速度 信號2 .發電機是利用導線在永久磁鐵的磁場中作旋轉運動而發電的.無論負載怎樣消耗 這個電能,永久磁鐵不會變弱,這是什么道理七、壓電式傳感器1.判斷題：1沿機械軸Y-Y方向施加作用力時,產生的電荷量與壓電晶片的幾何尺寸有 關.2壓電式傳感器如果使用電荷放大器作為前置放大器,在一定條件下,傳感器 的靈敏度與電纜長度無關.3電荷放大器是將傳感器輸出的電荷進行放大的前置放大器,由于它可以使用 較長的電纜,因而得到廣泛應用.4石英晶體和壓電陶瓷均呈壓電現象,壓電機理也一樣,但后者的壓電

17、常數要 大的多.5在壓電式傳感器的測量線路中,電荷放大器的低頻特性要比電壓放大器的好 的多.6壓電晶體有三個互相垂直的軸,分別為 X軸電軸、Y軸力軸、Z軸光軸,當沿某一軸的方向施加外作用力時,會在另外兩個軸的外表出現電荷.2 .什么是正壓電效應什么是逆壓電效應壓電效應有哪些種類壓電傳感器 的結構和應用特點是什么能否用壓電傳感器測量靜態壓力3 .石英晶體X、Y、Z軸的名稱是什么有哪些特征4 .說明電壓放大器與電荷放大器的優缺點,各自要解決什么問題5 .用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器振動,加速度計靈敏度為 5pc/g;電荷放大器靈敏度為50mv/p,最大加速度時輸出幅值2v,試求機器振動

18、加速度.6 .超聲波傳感器利用壓電材料制成發射器和接收器,說明它們各利用哪種壓電 效應7 .簡述壓電式加速傳感器的工作原理8 . 一個等效電容為450pF的壓電式水聽器與同相放大器相連,試確定為獲得100 的增益及在5Hz處增益誤差小于10%勺電路無源元件之值.9 .有一個振動頻率為10K的被測體需要測量其振動參數,應選用壓電式傳感器進 行測量.10 .石英晶體的壓電效應有何特點石英晶體壓電片上的極性如圖a所示,試標出圖b、c、d所示的石英晶體壓電片上電荷的極性,并結合圖說明 什么叫縱向壓電效應什么叫橫向壓電效應a x方向受壓力d y方向受拉力11 .壓電傳感器配用電路常采用電荷放大器,問：根

19、據壓電材料的等效模型推導電荷放大器輸出電壓與電荷的關系;說明電荷放大器有何特點.討論習題1 .電荷放大器所要解決的核心問題是什么試推導其輸入輸出關系.2 .簡述壓電陶瓷特性,作為壓電元件比擬他與石英晶體有哪些特點 思考題1 .為什么壓電傳感器通常都用來測量動態或瞬態參量2 .設計壓電式傳感器檢測電路的根本考慮點是什么為什么八、熱電式傳感器3 .判斷題：a熱電偶使用時,常配用冷端延長線,延長線可以采用任何一種金屬 材料制造.b把N支相同型號的熱電偶依次將正、負極連接,那么串聯線路的相對 誤差會減少.c兩種金屬相接觸時會產生接觸電勢, 兩種半導體也會產生接觸電勢, 但金屬和半導體間不會產生接觸電勢

20、.d熱電偶傳感器的中間導體定律保證了接入熱電偶回路中的第三甚至 第四種導體只要它們幾端的溫度相同就一定不會影響回路的總電 勢.e熱電偶的補償導線法與零度恒溫法一樣,可完全消除冷端溫度變化 帶來的測溫誤差.f熱電偶的工作機理是導體的熱電效應.而熱電勢的產生必須具備兩個條件,即兩種導體材質不同且兩個節點的溫度不同.4 .銅熱電阻Cu100的百度電阻比 W100=1.42,當用此熱電阻測量50c溫度 時,其電阻值為歐；假設測溫時的電阻值為83歐,那么被測溫度是 1c保存小數點后兩位5 .表達并證實熱電偶參考電極定律,其中 k為玻爾茲曼常數；e為電子電荷量； 心、山、nc分別為材料A、B、C的自由電子

21、密度；A> B> c分別為材料A、B、 C的湯姆遜系數.且在某特定條件下材料 A與鋁配對的熱電勢為13.967mM 材料B與鋁配對的熱電勢是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.材料A在前,材料B在后AAT . T<T0+ T '_ZT0CB6 .將一靈敏度為0.08 mV/C的熱電偶與電壓表相連接,電壓表接線端是 50 C, 假設電位計上讀數是60mV熱電偶的熱端溫度是 o7 .用兩個AD590測量兩點溫度差的電路如下圖,設 1#和2# AD590處的溫度分 別為t1C和t2C.圖中電位器R用于調零,電位器R用于調整運放LF355 的

22、增益.試求出輸出電壓 Vo與溫差t1-t 2的關系.8 .以下圖是熱敏電阻的伏安特性曲線,1請對曲線進行分析；2用該熱敏電阻測量溫度時,應該利用曲線的哪一段,說明原因；3用該熱敏電阻測量風速或流量時,應該利用曲線的哪一段,說明原因9 .集成溫度傳感器的測溫原理,有何特點10 如果需要測量1000c和20c溫度時,分別宜采用哪種類型的溫度傳感器11 什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢說明熱電偶測溫原理及其工作 定律的應用.分析熱電偶測溫的誤差因素,并說明減小誤差的方法.12 .試述熱電偶測溫的根本原理和根本定理.13 .試解釋負電阻溫度系數熱敏電阻的伏安特性并說明其用途.14 .使用k型熱電

23、偶,基準接點為0C、測量接點為30c和900c時,溫差電動 勢分別為1.203mV和37.326mV.當基準接點為30C.C,測溫接點為900c時的 溫差電動勢為多少15 . 0 c時柏金熱電阻的阻值為100Q.按以下圖所示進行溫度測量. R1=10(D ,R2=200Q ,R3=300Q時橋路到達平衡.此時溫度為多少假設柏金電 阻的溫度系數為0.003851 C-1,電阻與溫度成線性關系,另外導線的電阻可忽略 不計.16 . 0c時的電阻為100Q的柏金熱電阻.300c時的阻值按下面兩種方法計算, 其結果之差換算成溫度差是多少17 .電阻用溫度的一次方程表示,RT=R0(1+At+Bt2)式

24、中B=0, A=0.003851 C-1 c此時100c時的電阻值為138.51 Q電阻值與溫度為二次函數關系.用一次方 程近似時,溫度誤差為多少討論習題1 .熱電阻傳感器主要分為幾種類型它們應用在什么不同場合半導體熱敏電阻的主要優缺點是什么在電路中是怎樣克服的2 .試比擬電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點.思考題1 .要測1000.C左右的高溫,用什么類型的熱電偶好要測 1500.C左右的高 溫呢2 .熱電偶冷端溫度對熱電偶的熱電勢有什么影響為消除冷端溫度影響可采用 哪些舉措九、光電式傳感器1.判斷題：1光柵利用莫爾條紋可以測量長度、角度和進行光譜分析.2功能型光纖傳感器是利用光纖的敏感特性進

25、行測量,比方光纖液位傳感器.3光敏二極管和磁敏二極管使用時與光電池不同,二者均在反向偏置下工作.4硫化鎘光敏電阻和硫化鉛光敏電阻的尺寸一樣時可相互替代.5光電池和光敏二極管都是建立在內光電效應根底上,工作電路也一樣.6通常外光電效應有紅限頻率,而內光電效應無紅限頻率. .由于光敏電阻的 光照特性是非線性的,因此不宜用做測量元件.但由于光敏電阻的響應時間很 短,因此可以用做高速光電開關.7光纖是利用光的折射原理工作的,光纖由纖芯和包層構成,且纖芯的折射 率小于包層的折射率.8由于光電池的開路輸出電壓與光強成正比,因此可以用于測量光強.9 CCD圖像傳感器是由電荷耦合器件 CCD與光敏二極管陣列集

26、成為一體的具 有自掃描功能的固態傳感器.10由于光敏電阻的光照特性是非線性的, 因此不宜用做測量元件.但由于光敏 電阻的響應時間很短,因此可以用做高速光電開關.11光纖是利用光的折射原理工作的, 光纖由纖芯和包層構成,且纖芯的折射率 小于包層的折射率.12由于光電池的開路輸出電壓與光強成正比,因此可以用于測量光強.13 CCD圖像傳感器是由電荷耦合器件 CCM光敏二極管陣列集成為一體的具有自掃描功能的固態傳感器14光導管是內光電效應的典型代表器件.2 .什么是外光電效應內光電效應光生伏特效應光電導效應3 .光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能4 .試述光敏電阻、光敏晶體

27、管、光電池的器件結構和工作原理.5 .表達電荷耦合器件CCD的結構和存儲電荷與轉移電荷的工作過程.6 .光纖傳感器在位移測量中有哪些特點反射光的光強弱對測量有哪些影響7 .求光纖n1=1.46, n2=1.45的NA值；外部n0=1時,求最大入射角 9 =?.8 .在用光開關檢測物體的系統中,由受光器的受光次數,可計算通過輸送帶上物 體的個數,那么,用輸送帶搬運兩種高度的物體時, 畫出能分別計算兩種高度的 物體個數的系統組成圖.9 .圖示為光纖傳光示意圖,假設空氣的光折射率為no,要使光纖的入射光在光纖10 .以下圖為CCD賣出移位存放器結構原理圖和三個電極 1、2、3上所施加的脈 沖波形.請根據t1t 4各時刻波形情況,簡單