(整理)传感器计算习题

--------------------------1.传感器由哪几部分组成?其各部分的作用是什么?答:传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路等几部分组成。组成框图如下图所示。敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。转换电路：将转换元转换成的电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。2.某线性位移测量仪，当被测位移X由3.0mm变到4.0mm时，位移测量仪的输出电压V由3.0V减至2.0V，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为10.30.40.30.2XVSV/mm3.采用阻值为120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片和阻值为120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压U为5V，假定负载电阻无穷大。当应变片上的应变分别为1和1000时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压，并比较三种情况下的灵敏度。解：(1)单臂电桥时40UKU，所以应变为1时660105.2410254UKUV应变为1000时应为330105.2410254UKUV(2)双臂电桥时20UKU，所以应变为1时660105210252UKUV应变为1000时应为330105210252UKUV(3)全桥时时UKU0，所以应变为1时601010UV--------------------------应变为1000时应为30108UV从上面的三种电桥的计算结果可知：单臂时灵敏度最低，双臂时为其两倍，全桥时最高，为单臂的四倍。4.采用阻值R=120Ω灵敏度系数K=2.0的金属电阻应变片与阻值R=120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为8V。当应变片应变为1000时，若要使输出电压大于10mV，则可采用哪种工作方式（设输出阻抗为无穷大）？解：由于不知是哪种工作方式，可设为n，故可得10108230nnUKUmV得n要小于1.6，所以应该采用全桥工作方式。5.如下图所示为一直流电桥，供电电源电动势U=4V，R3=R4=100Ω，R1和R2为同型号的电阻应变片，其电阻均为50Ω，灵敏度系数K=2.0。两只应变片分别粘贴于等强度梁同一截面的正反两面。设等强度梁在受力后产生的应变为5000，试求此时电桥输出端电压U0。解：由电路图可知,此电桥为输出双臂半桥电路故20210542230UKUmV6.试分析变面积式电容传感器的灵敏度?怎么提高传感器的灵敏度?答：如下图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图，其长度为l，宽为a，厚度为d，平平移动为△a。--------------------------当动极板移动△a后，则动极板与静极板的重合面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为C=εl(a-△a）/d=εla/d-εl△a/d=C0-εl·△a/d电容因位移而产生的变化量为aaCadlCCC00其灵敏度为dlaCK由此可见增加l或减小d均可提高传感器的灵敏度。7.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。C1=500pF，传感器的起始电容量Cx0=100pF,定动极板距离d=1mm,运算放大器为理想放大器,R极大,输入电压u1=10sinωtV。当在电容传感器动极板上输入一位移量△x=0.2mm使d减小时,试求电路输出电压u0为多少?解：由上图的测量电路可知ttuxddCCuCCuixixsin40sin102.00.10.11005000110V8.如图所示极板长度a=4cm,极板间距离d=0.2mm的正方形平板电容器.若用此变面积型传感器测量位移x,试计算该传感器的灵敏度.已知极板间介质为空气F/m1085.812-。解：由图可知这是个变面积型电容传感器共有4个小电容并联组成，由此可知--------------------------2.283102.010441085.844341220daCpFxkxCdxaaCx7082.283)(40(x的单位为米)daxCCCx40708102.01041085.84432120daxCCKxpF/m9．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。10．压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。11．用镍铬-镍硅(K)热电偶测量炉温时，其冷端温度为30℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为38.505mV，试求炉温为多少?解：查镍铬-镍硅热电偶K分度表可知E(30，0)=1.203mV根据式中间温度定律可计算出mV708.931.203)mV(38.505E(30,0)E(t,30)E(t,0)反查分度表可知其对应的实际温度为960t℃13．光电效应有哪几种?与之对应的光电元件各有哪些?答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。14.你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量?答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。--------------------------15.电涡流式转速传感器上图所示为电涡流式转速传感器工作原理图。在软磁材料制成的输入轴上加工一键槽,在距输入表面d0处设置电涡流传感器,输入轴与被测旋转轴相连，请分析其工作原理。答：当被测旋转轴转动时,输出轴的距离发生d0+Δd的变化。由于电涡流效应,这种变化将导致振荡谐振回路的品质因素变化,使传感器线圈电感随Δd的变化也发生变化,它们将直接影响振荡器的电压幅值和振荡频率。因此,随着输入轴的旋转,从振荡器输出的信号中包含有与转数成正比的脉冲频率信号。该信号由检波器检出电压幅值的变化量,然后经整形电路输出脉冲频率信号fn。该信号经电路处理便可得到被测转速。