传感器习题及部分解答2015 - 图文

传感器原理及其应用习题

第1章 传感器的一般特性

一、选择、填空题 1、 衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。

2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成， 是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。

3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。

4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为 粗大 、 系统 和随机误差三类，其中 随机误差 可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。

5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω0越_________, 其工作频带越宽。

6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为 、 、 、 。 7、非线性电位器包括 和 两种。 8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。

A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件 9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。 A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 10、属于传感器静态特性指标的是（D ）

A.固有频率 B.临界频率 C.阻尼比 D.重复性 11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。

A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性

12、下列对传感器动态特性的描述正确的是 （ ）

A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快 B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽

C 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。 D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。

二、计算分析题

1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。 2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。 作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义

第2章 电阻应变式传感器

一、填空题

1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应；半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度下降了，这种现象称为____横向___效应。

2、产生应变片温度误差的主要因素有＿电阻温度系数的影响、＿试验材料和电阻丝材料的线性膨胀系数的影响＿。

3、应变片温度补偿的措施有＿＿＿电桥补偿法＿、＿应变片的自补偿法、＿ 、 。

4. 在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，_全桥__接法可以得到最大灵敏度输出。

5. 半导体应变片工作原理是基于 压阻 效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数 大十倍

6．电阻应变片的配用测量电路采用差动电桥时，不仅可以消除 线性误差同时还能起到温度补偿 的作用。

7、若应变计基长L=40mm,应变波速v=5000m/s,则上升时间tk= ,可测频率f= 。 8、压阻式传感器测量电桥的电源可采用__________________也可采用____________________供电。 9、应变式传感器主要用于测量_____________________________________等物理量；光电式传感器主要用于测量_____________________________________等物理量；压电式传感器主要用于测量_____________________________________等物理量。

10、应变式传感器是基于______________效应工作的。对金属应变片，其电阻的变化主要是由于

lR??中的＿＿＿＿＿＿＿＿＿变化引起的．湿敏传感器是指能将＿＿＿转换为与其成一定比例关

S系的电量输出的装置 选择:

1、全桥差动电路的电压灵敏度是单臂工作时的（ C ）。

A. 不变 B. 2倍 C. 4倍 D. 6倍

2.利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（C ） A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联

C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 3、产生应变片温度误差的主要原因有（ AB ） A、电阻丝有温度系数 B、试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C、电阻丝承受应力方向不同

4.利用电桥进行温度补偿，补偿片的选择是（A） A．与应变片相邻，且同质的工作片 B．与应变片相邻，且异质的工作片 C．与应变片相对，且同质的工作片 D．与应变片相对，且异质的工作片 5．通常用应变式传感器测量( C )。

A. 温度 B．密度 C．加速度 D．电阻

6．影响金属导电材料应变灵敏系数K的主要因素是（ B ）。

A．导电材料电阻率的变化 B．导电材料几何尺寸的变化 C．导电材料物理性质的变化 D．导电材料化学性质的变化 7．电阻应变片的线路温度补偿方法有（ A B ）。

A．差动电桥补偿法 B．补偿块粘贴补偿应变片电桥补偿法

C．补偿线圈补偿法 D．恒流源温度补偿电路

8、金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由 ( ) 来决定的。

A、贴片位置的温度变化 B、 电阻丝几何尺寸的变化

C、电阻丝材料的电阻率变化 D、外接导线的变化

二、计算分析题

1 说明电阻应变测试技术具有的独特优点。

(1) 这类传感器结构简单，使用方便，性能稳定、可靠；(2) 易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；(3) 灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量；(4) 可以测量各种物理量。

2、一台采用等强度梁的电子秤，在梁的上下两面各贴有两片灵敏系数均为k = 2 的金属箔式应变片

做成秤重传感器。已知梁的L = 100mm，b=11mm，h= 3mm，梁的弹性模量E=2.1×104 N/mm2。将应变片接入直流四臂电路，供桥电压Usr =12V。试求：⑴秤重传感器的灵敏度(V/kg)?；

⑵当传感器的输出为68mv时，问物体的荷重为多少？[提示：等强度梁的应变计算式为ε=6FL/bh2E]

3 一个量程为10kN的应变式测力传感器，其弹性元件为薄壁圆筒轴向受力，外径20mm，内径18mm．在其表面粘贴八个应变片，4个沿轴向粘贴，4个沿周向粘贴，应变片的电阻值均为120欧，灵敏度为2，泊松系数0．3，材料弹性模量E=2.1x1011Pa。要求；

(1)给出弹性元件贴片位置及全桥电路;

(2)计算传感器在满量程时，各应变片电阻变化；

(3)当桥路的供电电压为l0V时，计算传感器的输出电压 解：(1).全桥电路如下图所示

(2).圆桶截面积

应变片1、2、3、4感受纵向应变；

应变片5、6、7、8感受纵向应变；

满量程时：

（3）

4、以阻值R=120Ω，灵敏系数K=2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V，并假定负载电阻为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

解：依题意 单臂：

U3Uo?ikε??2.0?ε?44 差动：

?3?10?6?V?,3?10?3?V?,(??2u?)(??2000u?)

Ui3Uo?kε??2.0?ε?22 灵敏度：

?6?10?6?V?,6?10?3?V?,(??2u?)(??2000u?)

UoKu??ε?kUi/4?1.5?10?6(V/??),?单臂?kUi/2?3?10?6(V/??),?差动?可见，差动工作时，传感器及其测量的灵敏度加倍。

5、 一台采用等强度梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重传感器，如图2-12（见教材，附下）所示。已知l=10mm，b0=11mm，h=3mm，E=2.1×104N/mm2，K=2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V，求其电压灵敏度(Ku=U0/F)。当称重0.5kg时，电桥的输出电压U0为多大?

输出输出 图2-12 悬臂梁式力传感器 解：等强度梁受力F时的应变为 6Fl??2hb0E

当上下各贴两片应变片，并接入四臂差动电桥中时，其输出电压：

U6FlUO?iK4??KUi24hb0E

则其电压灵敏度为

Ku?

=3.463×10-3 (V/N)=3.463(mV/N) 当称重 F=0.5kg=0.5×9.8N=4.9N时，输出电压为 U0 =Ku F=3.463×4.9=16.97(mV)

第3章 电感式传感器

UoF?K6l?ih2b?E?2?6?100?632?11?2.1?104

一、选择、填空题

1.变间隙式自感传感器的＿测量范围＿和＿灵敏度及线性度＿是相互矛盾的，因此在实际测量中广泛采用＿差动＿结构的变隙电感传感器。

2.电感式传感器是利用被测量改变磁路的＿磁阻＿，导致＿线圈电感量＿变化的。 磁电式传感器是利用＿电磁感应现象＿产生感应电势的。而霍尔式传感器是利用＿＿半导体＿在磁场中的霍尔效应而输出电势的。

3. 电感式传感器种类很多。虽然结构形式多种多样，可分为＿＿变气隙式＿、＿变面积式＿、＿螺线管式＿三种结构。

4.电涡流传感器根据激励电流频率的高低，可以分为＿高频反射式＿、＿低频透射式＿两种。 5、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 变压器 的基本原理制成的，其次级绕组都用 反向串联 形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

6、变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与 测量范围 的矛盾。这点限制了它的使用，仅适用于 微小位移 的测量。

7、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量 增加 （①增加，②减少）。

8、电感式传感器是以电和磁为媒介，利用电磁感应原理将被测非电量如压力、位移、流量等非电量转换成线圈_________或________的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。 9、

二、计算分析题

1、 说明电感式传感器有哪些特点。

2、分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器的工作原理和灵敏度。 3、试分析差动变压器相敏检测电路的工作原理。

4、分析电感传感器出现非线性的原因，并说明如何改善?

5、某差动螺管式电感传感器的结构参数为单个线圈匝数W=800匝，l=10mm，lc=6mm，r=5mm，rc=1mm，设实际应用中铁芯的相对磁导率μr=3000，试求：

(1)在平衡状态下单个线圈的电感量L0=?及其电感灵敏度足KL=?

(2)若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz，电压E=1.8V，设电感线圈有效电阻可忽略，求该传感器灵敏度K。

(3)若要控制理论线性度在1％以内，最大量程为多少?

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