_传感器总复习习题集

传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、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__________,其响应速度越快;二阶传感器的固有频率ω0越_________,其工作频带越宽.6、灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为：传感器与相应的之比，用公式表示。二、选择1、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2、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3、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4、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5、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。6、三、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、选择、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。二、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（AB）。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=2.2×104N/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60mv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]解：（1）等强度梁受力F时的应变为206FlhbE，206RFlkkRhbE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：20644oUFlUkUkhbE则其电压灵敏度为206lg?(/)ouUkUkVKgmhbE（2）?ouUmKgk3一个量程为20kN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22mm，内径19mm．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2.2，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：)2(,103)2000(,103io63ε2.043kε4UUuVuV差动：)2(,106)2000(,106io63ε2.023kε2UUuVuV灵敏度：单臂差动),/(105.14/),/(1032/ou66εUKVkUVkUii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EbhFl026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：EbhFlKUKUUiiO02644则其电压灵敏度为422101.21136100626EbhlKFUKiou=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=KuF=3.463×4.9=16.97(mV)第3章电感式传感器一、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）。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?　　　　　　　螺管式线圈插棒式铁芯线圈1线圈2铁芯（a)(b)图3-15差动螺管式电感传感器解：（1）根椐螺管式电感传感器电感量计算公式，得222200ccrrllrlWLH46.01016300010510101080010492922327差动工作灵敏度：rcLrlWK22202mmmm/6.151/6.15130001011010800104262327(2)当f=1000Hz时，单线圈的感抗为XL=ωL0=2πfL0=2π×1000×0.46=2890(Ω)显然XL线圈电阻R0，则输出电压为02LLEUO测量电路的电压灵敏度为mmVVVLELUKu/96.1/96.146.028.1200而线圈差动时的电感灵敏度为KL=151.6mH/mm，则该螺管式电感传感器及其测量电路的总灵敏度为mmVmmmKKKuL/96.1/6.151=297.1mV/mm第4章电容式传感器一、选择、填空题1、极距变化型电容传感器的灵敏度与（B）。Ａ、极距成正比Ｂ、极距成反比Ｃ、极距的平方成正比Ｄ、极距的平方成反比2、将机械位移转变为电容量变化时，电容式位移传感器的基本结构可分为型，型和型三大类。二、计算分析题1、简述电容式传感器的工作原理。2、简述电容式传感器的优点。3、试计算习题4—2图所示各电容传感元件的总电容表达式。习题图4-2解：由习题图4-2可见（1）三个电容串联111dSC，222dSC，333dSC则SdddSdSdSdCCCC3212133123213322113211111串故332211213312321321///dddSdddSC串（2）两个电容器并联dSCCCCdSCCC222121并（3）柱形电容器12/ln2ddLC4、在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路，如习题图4-3所示。已知：δ0=0.25mm；D=38.2mm；R=5.1kΩ；Usr=60V(交流)，频率f=400Hz。试求：(1)该电容传感器的电压灵敏度Ku(V/µm)；(2)当电容传感器的动极板位移△δ=10µm时，输出电压Usc值。习题图4-3解：由传感器结构及其测量电路可知（1）初始电容0200214DCCCpFF6.40106.401025.