传感器(1).

第一章概述1、传感器是指能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由直接响应被测量的敏感元件，产生可用信号输出的转换元件及相应的信号调理电路组成。1、下列不属于按工作原理进行分类的传感器是（B）。A、应变式传感器B、化学式传感器C、压电式传感器D、热电式传感器第二章传感器的基本特征1、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性为常数，相频特性成线性关系。2、某传感器为一阶系统，当受阶跃信号作用时，在t=0时，输出为10mv；t→∞时，输出为100mv；在t=5s时，输出为50mv。则该传感器的时间常数为7.11s。3、某温度传感器为时间常数τ=3s的一阶系统。当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温度的31所需的时间-3ln32。第三章电阻式传感器2、单位应变引起的电阻值的相对变化量称为电阻丝的灵敏系数。3、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。其由在弹性元件上的粘贴电阻应变敏感元件构成，弹性元件用来________;__________元件用来_____________。4、减小或消除非线性误差的方法有提高桥臂比和采用差动电桥。第二章如果将100Ώ的应变片贴在弹性元件上，若试件截面S=0.5×104-㎡,弹性模量E=2×1011N/㎡,若由5×104N的拉力引起的应变片电阻变化为1Ώ，试求应变片的灵敏系数。第三章环境温度的改变会给电阻应变片的测量带来误差，即温度误差。而电桥补偿法是最有效的补偿方法。其原理如下图所示。试从被测试件不承受和承受两个方面来分析其温度误差的补偿原理。R1R3R2R4UoR1R2(a)(b)R1－工作应变片　R2－补偿应变片FF~Uab第四章设负载电阻为无穷大（开路），E=4V，R1=R2=R3=R4=100Ώ。试求，⑴R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量ΔR=1.0Ώ时，电桥的输出电压oU=？⑵R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变片的极性和大小相同，其余为外接电阻，电桥的输出电压oU=？⑶R1，R2都是应变片，且批号相同，感应应变片的大小为ΔR2=1.0Ώ，但极性相反，其余为外接电阻，电桥的输出电压oU=？第五章某应变片的电阻R=400Ώ，应变灵敏系数K=2.05，被测应变ε=1000um/m。试求，⑴ΔRR和ΔR；⑵如果电桥供电电源电压E=3V，计算全桥差动电路的输出电压。R1R2R4R3ACBEDIoRLUo＋－第四章电感式传感器1、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为自感系数L或互感系数M的变化，并通过测量电路进一步转换为电压或电流的变化，进而实现对非电量的测量。2、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种:变隙式差动变压器电路和螺线管式差动变压器电路。3、变磁阻式传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成。选择题5、电感式传感器的常用测量电路不包括（C）A、交流电桥B、变压器式交流电桥第六章脉冲宽度调制电路第七章谐振式测量电路6、下列关于差动变压器式传感器的测量电路的说法正确的是（D）A、差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。B、差动整流电路可以判断衔铁的位置和运动方向。C、相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。D、相敏检波电路可以判断位移的大小和位移的方向。第五章电容式传感器1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将加倍。2、电容式传感器利用非电量的变化转换成电容器的变化来实现对物理量的测量。3、变极距型电容式传感器单位输入唯一所引起的灵敏度与两极板间距成反比关系。4、位移电容式传感器动极板导致两极板有效覆盖面积A发生变化的同时将导致电容量变化，传感器电容变化量与动极板水平位移成线性关系，与动极板角位移成线性关系。5、变极距型电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了一倍，而非线性误差因转换为二次方关系而得以大大降低。选择题1、当变极距型电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B）。E、灵敏度增加B、灵敏度减小F、非线性误差增加D、非线性误差不变2、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（C）A、变极距型B、变面积型B、变介电常数型D、空气介质变间隙式综合分析题：1、如下图所示为差动式电容传感器的脉冲宽度调制电路，其中，A1、A2为电压比较器，电阻R1=R2，u0为参比电压。（1）试分析此电路的工作原理;（2）画出输出端电压u0在C1=C2,C1C2,C1C2三种情况下的波形；（3）推导ūAB=ƒ(C1,C2)的数学表达式。2、一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm，工作初始间隙为0.3mm空气介质，所采用的测量电路的灵敏度100mV/pF，读数仪表灵敏度为5格/mV。如果工作时传感器的间隙产生2um的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？3、下图为电容式传感器的运算放大器电路，如果此传感器中的电容为平板式电容，试推导出放大器的输出电压U0与极板间距d间的函数关系式U0=ƒ（d）。第六章压电式传感器1、石英晶体是一种各向异性材料，即不同晶向具有各异的物理特性，用x、y、z轴来描述。其中x轴又称为电轴，因此此方向上的压电效应最显著；由于在y轴上施加力时产生的变形最大，故又称y轴为机械轴；z轴又称为光轴，沿该方向受力不会（会/不会）产生压电效应。2、由于压电式传感器本身的内阻抗很高，输出能量小，因此它的测量电路通常需要接入一个很高阻抗的前置放大器，对传感器来输出的微弱信号进行放大。由于压电式传感器既可以输出电压信号，也可以输出电荷信号，所以其前置放大器也有两种形式：电荷放大器和电压放大器。通过分析电压放大器的电压幅值比和相角与频率比的关系曲线，如图所示（见课本83页6-8），可知，压电传感器具有很好的高频响应特性，并且不能（能/不能）测量静态量。3、压电元件作为压电式传感器的敏感部件，由于单片压电元件产生的电荷量很小，故在实际应用中，通常采用两片（或两片以上）同规格的压电元件粘接在一起，以提高压电式传感器的输出灵敏度。当将两个压电元件按照如图所示（见课本83页6-9a）的方式连接时，与单片相比，在外力作用下，正负电极上的电荷量与单片时相同，总电荷量为单片时的一半，输出电压增大了一倍。4、压电式传感器是以压电材料的压电效应为了工作基础的。其中，对某些介质沿一定方向施以外力使其变形时，其内部产生极化现象而使其出现电荷集聚的现象，称其为正压电效应，此过程是将机械能转变成电能。而当在片状压电材料的两个电极上加上交流电压时，压电片将产生机械振动，此现象成为逆压电效应。5、由于单片压电元件产生的电荷量很小，所以在实际应用中，通常将两片同规格的压电元件粘接在一起，已提高灵敏度，其中连接方法有串联法和并联法。6、压电系数是衡量材料压电效应强弱的参数。7、机电耦合系数用于衡量压电材料在压电效应中的能量转换效应。8、压电传感器的前置放大器有两种形式：电荷放大器和电压放大器。9、在使用电荷放大器时，输出电压几乎不受连接电缆长度的影响。选择题1、下了说法错误的是（D）A、压电传感器具有很好的高频响应特性，不能测量静态量。B、当将两个规格的压电晶片采用“并联法”连接在一起时，与单片时相比，在外力的作用下，其正负电极上的电荷量增加了一倍。C、对于压电式传感器的测量电路—电荷放大器，其输出电压与被测压力成线性关系。D、压电耦合系数是用于衡量材料压电效应强弱的参数。2、对于石英晶体，下列说法错误的是（A）A、沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。B、沿电轴方向施加作用力，会在该轴的两个表面产生电荷聚集。C、沿机械轴方向受力时会产生压电效应，D、沿机械轴方向受力相比其他方向的变形最明显。3、石英晶体和压电陶瓷的压电效应对比不正确的是（A）A、压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性也比石英晶体好。B、压电陶瓷比石英晶体的压电效应明显，稳定性不如石英晶体好。C、压电陶瓷要具有压电效应需要经过外电场的极化作用，而石英晶体不需要。D、压电陶瓷的压电系数比石英晶体大很多，故用它做的压电式传感器灵敏度较高，但机械强度不如石英晶体。简答题3、试分析石英晶体压电效应的机理第七章磁敏式传感器1、对于恒磁通电感式传感器，根据其结构上运动部件是线圈还是磁铁，可分为动圈式和动铁式两种。2、当载流半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象成为霍尔效应。它的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。3、通过电磁感应的原理将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。4、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出电动势的原理进行工作的。5、霍尔元件的零位误差主要包括不等位电动势和寄生电流电势。6、霍尔传感器的灵敏度与霍尔系数成正比，而与霍尔片厚度成反比。7、由于半导体内的自由电子浓度要远远低于金属导体，故制作霍尔元件的都是半导体材料；且由于霍尔传感器的灵敏度与霍尔片厚度成反比，所以霍尔元件都制成薄片状。8、当霍尔元件通以控制电流而不加外磁场时，它的霍尔输出端之间仍有空载电动势存在，该电势称为霍尔电动势。9、某霍尔元件的尺寸（l、b、d）为1.0cm×0.35cm×0.1cm，沿方向通以电流I=1.0mA，在垂直b面加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V\A·T，则其输出霍尔电动势为___6.6mV____，载流子浓度为__2.84*10^21(个/m^3)_____。10、如图所示为利用霍尔元件测量转轴转速的大小。简述它的原理。11、霍尔元件的两对电极是激励电极和霍尔电极_。选择题1、制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是（B）。第四章半导体材料的霍尔系数比金属的大第五章半导体中电子迁移率比空穴高第六章半导体材料的电子迁移率比较大第七章N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件第8章热电势传感器1、热电偶是基于热电效应进行侧温的，其两端产生的热电动势来源于两个方面：一部分是两种导体的接触电动势，另一部分单一导体的温差电动势。2、在热电偶测温回路内接入连接导线和测量仪表时，只要保证加入的导体两端的温度相等，则对回路中总的电动势没有影响。这根据的是热电偶的中间导体定律。3、热电偶补偿导线法的理论依据是中间温度定律。4、热电偶参考端的温度修正法的理论依据是中间温度定律。5、当热端温度为100℃，冷端温度为0℃时，考铜与纯铂组成的热电偶的热电动势为-4.0mV，而镍镉合金与纯铂组成的热电偶的热电动势为2.95mV，则镍镉与考铜组成的热电偶的热电动势是6.95mv。6、普通型热电偶一般由接线盒保护管绝缘管和热电极组成。7、将一只灵敏度为0.08mV/℃的热电偶与电压表相连，电压表接线端温度是50℃，若电位计上读数为60mV，则热电偶热端温度是800℃。8、热敏电阻是利用半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性来测温的。9、制作热电阻的最常用材料是铂和铜。10、在热电阻和热敏电阻中，热电阻的引线方式有二线制、三线制和四线制之分，而另一种则没有。11、PTC型热敏电阻主要用于彩电消磁各种电子设备的过热保护等。12、目前我国规定工业用热电阻有两种，分度号分别为Pt10和Pt100，其中分度号为Pt10代表的含义是铂热电阻在零摄氏度时电阻为10Ώ。1、铂铑10-铂热电偶（S热电偶），工作时其冷端温度为t0=30℃，测得热电动势E(t,t0)=8.82mV，求被测介质的实际温度。已知铂铑10-铂热电偶的温度表（见课本）。948.3℃2、热电偶的基本定律中除了中间温度定律还包括哪些？试简述它们（不包括中间温度定律的内容）并对此定律进行推到证明最后说明该定律的实践意义。3、用两只S型热电偶测量两点温度差，其连接线路如图所示，已知t1=420℃,t0=30℃测得两点的温差电动势为-10.24mV，问两点的温差是多少？924.3℃第九章光电式传感器1、当光电管的阴极和阳极之间所加压一定时光通量与光电流之间的关系成为光电管的光照特性。2、光电传感器的理论基础是光电效应，通常把光电照射到物