传感器习题分解

一、判断对错1.热电偶的工作机理是导体的热电效应。而热电势的产生必须具备两个条件，即两种导体材质不同且两个节点的温度不同。[√]2.由于光敏电阻的光照特性是非线性的,因此不宜用作精密测量元件。[√]3.光栅位移传感器具有较高的测量精度，主要原因是栅线密集而且加工精度高，所以保证了测量精度。[×]4.光纤的纤芯的折射率小于包层的折射率。[×]5.由于光电池的开路输出电压与光强成正比，因此可以用于测量光强。[×]6.电感式位移传感器由于属于接触式测量，所以不适于高频动态位移的测量。[√]7.某传感器给定的精度为0.1%，这意味着在满量程内测量任意值的最大相对误差不会超过0.1%。[×]8.传感器A采用最小二乘法拟合算得线性度为±0.8%，传感器B采用端点连线法算得线性度为±0.6%，则可以肯定传感器B的线性度优于传感器A。[√]9.接触式传感器将会产生测量力，从而带来测量误差，影响测量精度。[√]10.幅频特性优良的传感器，其动态范围大，故可用于高精度动态测量。[×]11.半导体应变传感器的灵敏度远远高于金属应变传感器，主要是因为半导体材料的压阻效应占主要地位。[√]12.用于测量金属板材厚度的电涡流传感器，常采用两个测头和较高的激励频率，以便满足大多数板材厚度的测量需求。[√]13.电荷放大器是将传感器输出的电荷进行放大的前置放大器，由于它可以使用较长的电缆并不受分布电容的影响，因而收到欢迎。[√]14.压电式力传感器既可以测量静态力，也可以测量动态力。[×]15.热敏电阻的电阻值将随着温度的升高而下降。[×]二、选择题1.一小型光学仪器中用于控制光斑二维位置变化的传感器可采用：[C]a.线阵CCD传感器b.面阵CCD传感器c.PSD传感器2.实现三维动态力测量的最佳方法是采用：[C]a.应变片传感器b.压阻传感器c.压电传感器3.测量油库储油罐内油的液位高度适于采用：[A]a.超声波测距传感器b.电容液位传感器c.光纤液位开关4.家用空调中的测温元件采用何种传感器最好？[B]a.热电阻b.热敏电阻c.热电偶5.电容式液位传感器属于下列那一种型式：[C]a.变极距型b.变面积型c.变介质型6.测量微位移工作台的位移量（行程200μm，分辨力1μm），可选用：[C]a.应变传感器b.电感传感器c.电容传感器7.测量炮弹发时炮筒内壁的压力且不影响安全发射，可采用的传感器为：[B]a.压电式传感器b.应变式传感器c.压阻式传感器8.为一个旋转式机械分度装置增加数显系统，可采用的角度传感器为：[B]a.增量式编码器b.绝对码编码器c.电容传感器9.对生产流水线上的塑料零件进行自动计数，可采用的传感器为：[A]a.光电传感器b.霍尔传感器c.电容传感器10.你认为自动感应式干手机中的人手感应器应为：[A]a.红外传感器b.超声波传感器c.图像传感器11.差动变压器一般具有几个线圈：[C]a.1个线圈b.2个线圈c.3个线圈12.在线测量高速金属回转零件的主轴径向偏摆量，可选用：[B]a.差动变压器b.电涡流传感器c.压电式传感器13.下列那类传感器可以具有防水功能：[B]a.电阻应变式传感器b.电涡流传感器c.电容式传感器14.为了在报纸印刷的生产流水线上监测印刷缺陷，可以采用哪一种传感器：[B]a.面阵CCD传感器b.线阵CCD传感器c.硅光电池15.数码照相机中用于自动调焦的测距传感器为：[A]a.红外传感器b.超声波传感器c.CCD传感器1.差动变压器式压力传感器在无压力时，膜盒处于初始状态，固连于膜盒中心的磁芯位于差动变压器线圈的中部，输出电压为零。当被测压力经接头进入膜盒后，膜盒产生变形，并推动磁芯移动，从而使差动变压器输出正比于被测压力的电压信号。2.电涡流式介质温度传感器根据电涡流效应，当线圈中通以交变电流时，将产生一个交变的磁场，并在导体（即铝板）内产生电涡流，进而影响线圈的电感量、阻抗和品质因数等变化，这些参数的变化与导体的几何形状、电导率、磁导率等有关。当被测温度变化时，将是铝板的电阻率发生变化，而其他参数保持不变，则传感器的输出只随被测温度变化而改变，从而实现温度测量。3.压电式加速度传感器当壳体1随被测物体运动时，质量块3感受加速度作用而产生惯性力，并作用在压电元件4上，根据压电效应，将产生正比与惯性力的电荷，从而输出正比于加速度的电信号。4.压阻式压力传感器在无压力时，高压腔与低压腔相互平衡，硅膜片处于初始状态，硅膜片上四个扩散电阻相等，电桥平衡，输出电压为零。当被测压力经接头进入高压腔后，硅膜片产生变形，使得扩散电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，从而输出正比于被测压力的电压信号。5．霍尔式磁传感器当导体通过电流I，同时受到垂直方向的磁场B作用时，在导体的两侧形成感应电势，即霍尔电势E。到导体不变，通过的电流恒定时，该电势大小与磁场强度成正比，由此可以实现磁场强度测量。6．正压电效应：离子型晶体电介质施加机械力后，将产生极化现象，在表面产生电荷。当外力消失后，电介质重新恢复无电荷状态。当外力改变方向时，电荷的极性随之改变。这就是正压电效应，产生的电荷密度与外力成正比，即σ=dT，其中σ-电荷密度，T-外应力，d-压电常数。逆压电效应：将电场作用于某些离子型晶体电介质，其内部电荷将产生位移，导致电介质变形。当外部电场消失后，电介质重新恢复原状态。当电场方向改变后，电介质的变形方向也随之改变。这就是逆压电效应。其变形量与电场强度成正比，即EdS=t，其中S-应变，E-电场强度，d-逆压电常数。7．电涡流效应答：在传感器线圈中通以交变电流I1，在周围空间形成交变电磁场H1，在处于磁场内的导体中产生涡流环，该涡流环形成的反向磁场H2，并作用于传感器线圈，从而使得线圈的参数（电感、阻抗、品质因数）发生变化。变化的成都取决于线圈参数（尺寸大小、电流强弱）、导体参数（电导率、磁导率）和线圈与导体之间的距离。五、计算题1.有一测力传感器利用等强度梁制成，梁的上下面各粘贴两片相同的电阻应变片，并构成全等臂桥路，如下图所示。(1)请在电桥的四个桥臂上填写正确的应变片符号；(2)请推导全等臂电桥输出公式：OU=RdRU；(3)若l=50mm，b=5mm，t=1mm，E=1*510N/mm2，应变片的灵敏系数K=2.5，供桥电压U=6V，问当输出电压OU=54mV时，被测力F为多少？（已知等强度梁的应力为：σ=26btFl）2.已知一差动整流电桥电路如题图所示。电路由差动电感传感器Z1、Z2及平衡电阻R1、R2（R1=R2）组成。桥路的一个对角接有交流电源，另一个对角线为输出端，试分析该电路的工作原理。3.有三台测温仪表，量程均为0~800℃，精度等级分别为2.5级、2.0级和1.5级，现要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5％，选那台仪表合理?解：2.5级时的最大绝对误差值为20℃，测量500℃时的相对误差为4％；2.0级时的最大绝对误差值为16℃，测量500℃时的相对误差为3.2％；1.5级时的最大绝对误差值为12℃，测量500℃时的相对误差为2.4％。因此，应该选用1.5级的测温仪器。4.交流电路的电抗数值方程为X=wL-wC1当角频率ω1=5Hz，测得电抗X1为0.8Ω；当角频率ω2=2Hz，测得电抗X2为0.2Ω；当角频率ω3=1Hz，测得电抗X3为−0.3Ω。试用最小二乘法求电感L、电容C的值。1.传感器的标定分为静态标定和动态标定。2.静态标定目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。3.动态标定目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。4.标定仪器设备精度等级的确定:标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。5.6.电感式传感器的不足:存在交流零位信号，不宜高频动态测量。7.变间隙式电感式传感器适用于测量微小位移的场合。动态测量范围：0.001~1mm。8.两类谐振式测量电路：谐振式调幅电路；谐振式调频电路。9.零点残余电压产生原因：零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。10.11.某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径，工作初始极板间距离，介质为空气。问：（1）如果极板间距离变化量，电容的变化量是多少？（2）如果测量电路的灵敏度，读数仪表的灵敏度（格／mV）在时，读数仪表的变化量为多少？12.逆压电效应：当在某些物质的极化方向上施加电场，这些材料在某一方向上产生机械变形或机械压力；当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。这种电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应”或“电致伸缩效应”。13.压电元件的连接方式：并联接法适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的场合。串联接法适宜用于以电压作为输出信号，并且测量电路输入阻抗很高的场合。C00.3()mm4()rmm1()m1100()kmVpF25k1()m14.优点：时间常数一定时，高频响应特性好。缺点：低频响应差。提高低频响应的办法是增大时间常数，即增大电容或提高输入电阻。15.从传感器的输出电压和电压灵敏度可见，连接电缆的分布电容Ce影响传感器输出电压和灵敏度，使用时更换电缆就要求重新标定，测量系统对电缆长度变化很敏感，这是电压放大器的缺点。16.17.光电式传感器的种类——根据工作原理：内光电效应型和外光电效应型。18.基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。19.基于这种光电导效应的光电器件有光敏电阻等。20.21.光敏三极管的光照特性近似线性关系。但光照足够大时会出现饱和现象。故光敏三极管既可做线性转换元件，也可做开关元件。22.光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态。23.电荷耦合器件（缩写为CCD）以电荷为信号，具有光电信号转换、存储、移位并读出信号电荷的功能。24.CCD是由若干个电荷耦合单元组成。基本单元是MOS光敏元。25.CCD信号电荷输出方式：电流输出和电压输出两种。26.线型CCD图像传感器主要用于测试、传真和光学文字识别技术等方面。要获得整个二维图像的视频信号必须用扫描的方法。27.28.数值孔径表征光纤集光本领的一个重要参数，即反映光纤接收光量的多少。29.分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。解：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。30.纵波的音速在常温空气中约3.4×104cm/s,在水中为1.4×105cm/s，如果发射一个超声波的频率为40KHz,则可利用C=f×λ求出，超声波在空气中，水中及铝中的波长λ为：空气中：λ=44104104.3=0.86cm水中：λ=45104104.1=3.5cm铝中：λ=451041022.6=15.55cm31.超声波的指向性：使一个半径为R的圆版波源呈活塞状振动，发射出具有λ波长的超声波，则其指向角θ可以表示为sin=λ/R。例如从直径30mm的振动因子，对油中发射出1MHz的超声波，使得λ/R=10，于是其指向角=4。可见，欲使超音波角度集中，可减小λ或增大R，但一般以减小λ居多。32.超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，而以压电式最为常用。33.压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电效应工作的。逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超音波可作为发射探头。而利用正压电效应将超声振动波转换成电信号，可用为接收探头。34.发射用的超声波传感器的驱动方式有自激型与他激型之分。自激型振荡电路就像石英振子那样，利用超声波传感器自身的谐振特性使其在谐振频率附近产生振荡。34.超声波测厚常用脉冲回波法。超声波探头与被测物体表面接触。主控制器产生一定频率的脉冲信号，送往发射电路，经电流放大后激励压电式探头，以产生重复的超声波脉冲。脉冲波传到被测工件另一面被反射回来，被同一探头接收。如果超声波在工件中声速U是已知的，设工件厚度为，脉冲波从发射到接收的时