《傳感器原理及應(yīng)用》課程試題(A卷).doc

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復(fù) 習(xí) 一、填空（在下列括號(hào)中填入適當(dāng)?shù)脑~匯，使其原理成立） 1、傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值。對(duì)線性傳感器來說，其靈敏度是 常數(shù) 。 2．用石英晶體制作的壓電式傳感器中，晶面上產(chǎn)生的 電荷 與作用在晶面上的壓強(qiáng)成正比，而與晶片 幾何尺寸 和面積無關(guān)。 3、有源濾波器由集成運(yùn)放和__ RC網(wǎng)絡(luò)__ 組成。 4、采用熱電阻作為測量溫度的元件是將 溫度 的測量轉(zhuǎn)換為電阻 的測量。 5、單線圈螺線管式電感傳感器主要由線圈、 鐵磁性外殼和可沿線圈軸 向 移動(dòng)的活動(dòng)鐵心 。 6、被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù) 變壓器 的基本原理制成的，其次級(jí)繞組都用 同名端反向 形式連接，所以又叫差動(dòng)變壓器式傳感器。 7．閉磁路變隙式電感傳感器工作時(shí)，銜鐵與被測物體連接。當(dāng)被測物體移動(dòng)時(shí)，引起磁路中氣隙 尺寸 發(fā)生相對(duì)變化，從而導(dǎo)致圈 磁阻 的變化。 8、動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的，是檢驗(yàn)測試傳感器的 動(dòng)態(tài)性能 指標(biāo)。 9、在電阻應(yīng)變片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表__ 材料壓阻系數(shù) 。 10、已知某銅熱電阻在0℃時(shí)的阻值為50Ω，則其分度號(hào)是 CU50 ，對(duì)于鎳鉻-鎳硅熱電偶其正極是 鎳鉻 。 11、紅外圖像傳感器由紅外敏感元件和 電子掃描 電路組成。 12、空氣介質(zhì)變隙式電容傳感器中，提高靈敏度和減少非線性誤差是矛盾的，為此實(shí)際中大都采用 差動(dòng) 式電容傳感器。 13、當(dāng)半導(dǎo)體材料在某一方向承受應(yīng)力時(shí)，它的 電阻率 發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)。 14．影響金屬導(dǎo)電材料應(yīng)變靈敏系數(shù)K。的主要因素是 導(dǎo)電材料幾何尺寸的變化 。 15．為了測得比柵距W更小的位移量，光柵傳感器要采用細(xì)分 技術(shù)。 16．若測量系統(tǒng)無接地點(diǎn)時(shí)，屏蔽導(dǎo)體應(yīng)連接到信號(hào)源的 接地端 1、在以下幾種傳感器當(dāng)中( 壓電式 )屬于自發(fā)電型傳感器。 2．下列被測物理量適合于使用紅外傳感器進(jìn)行測量的是（ 溫度）。 3、在熱電偶測溫回路中經(jīng)常使用補(bǔ)償導(dǎo)線的最主要的目的是( C )。 C．將熱電偶冷端延長到遠(yuǎn)離高溫區(qū)的地方 4、利用相鄰雙臂橋檢測的應(yīng)變式傳感器，為使其靈敏度高、非線性誤差小，( A )。 A．兩個(gè)橋臂應(yīng)當(dāng)分別用應(yīng)變量變化相反的工作應(yīng)變片 5、在光的作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起物體電阻率的變化，這種現(xiàn)象稱為( 光電導(dǎo)效應(yīng) )。 6、改變電感傳感器的引線電纜后，( 必須對(duì)整個(gè)儀器重新標(biāo)定)。 7、自感傳感器采用相敏檢波電路最重要的目的是為了( C )。 C．使檢波后的直流電壓能反映檢波前交流信號(hào)的幅度和相位 8、按照工作原理分類，固體圖象式傳感器屬于( 光電式傳感器)。 9、單色光的波長越短，它的( A頻率越高，其光子能量越大)。 10、差動(dòng)電橋由環(huán)境溫度變化引起的誤差為( 0 ) 11、屬于傳感器動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的是( 固有頻率 )。 12、( 熱端和冷端的溫差) 的數(shù)值越大，熱電偶的輸出熱電勢(shì)就越大。 13、熱電阻測量轉(zhuǎn)換電路采用三線制是為了( 減小引線電阻的影響 )。 14、當(dāng)石英晶體受壓時(shí)，電荷產(chǎn)生在( B．X面上 ) 15、減小霍爾元件的輸出不等位電勢(shì)的辦法是( A使用電橋調(diào)零電位器) 16、發(fā)現(xiàn)某檢測儀表機(jī)箱有麻電感,必須采取( B將機(jī)箱接大地) 措施。 17、在實(shí)驗(yàn)室中測量金屬的熔點(diǎn)時(shí),冷端溫度補(bǔ)償采用( C ．冰浴法) 。 18、電渦流式傳感器激磁線圈的電源是( A高頻交流) 19、固體半導(dǎo)體攝像元件CCD 是一種( B NPN型晶體管集成電路) 20、將電阻R 和電容 C 串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器或電源開關(guān)兩端所構(gòu)成的 RC吸收電路，其作用是( B消除電火花干擾)。 21．電阻應(yīng)變片的初始電阻數(shù)值有多種,其中用的最多的是 （ 120Ω ） 22．下列三種鉑熱電阻的測量范圍有一種是我國目前使用的（ A ）。 1、金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同? 答：金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的。 2、壓電式傳感器測量電路的作用是什么?其核心是解決什么問題? 答：壓電式傳感器測量電路的作用是將壓電晶體產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，其核心是要解決微弱信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，得到足夠強(qiáng)的輸出信號(hào)。 3、簡述光電池的工作原理？指出它應(yīng)工作在電流源還是電壓源狀態(tài)。答：光電池是基于光生伏特效應(yīng)制成的，是自發(fā)電式，是有源器件。它有較大面積的P--N結(jié)，當(dāng)光照射在P--N結(jié)上時(shí)則在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。它應(yīng)工作在電壓源狀態(tài)。 4、什么是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)?試說明熱電偶的測溫原理。答：熱電效應(yīng)就是兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。熱電偶測溫就是利用這種熱電效應(yīng)進(jìn)行的，將熱電偶的熱端插入被測物，冷端接進(jìn)儀表，就能測量溫度。 5、簡要說明差動(dòng)變壓器中零點(diǎn)殘余電壓的產(chǎn)生原因。、答：零殘電壓包括基波和諧波分量?；ǚ至恐饕且?yàn)椴顒?dòng)變壓器兩個(gè)二次繞組的結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)不完全相等（不對(duì)稱）使感應(yīng)電勢(shì)幅值不等而形成；諧波分量主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性引起。 6、試說明光纖的導(dǎo)光原理。、答：光纖導(dǎo)光基于入射到光纖內(nèi)的光能夠?qū)崿F(xiàn)全反射。由于纖芯的折射率比包層的大，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，其折射角大于90度，形成全反射，使得光不會(huì)進(jìn)入包層而只在纖芯內(nèi)傳播。為使進(jìn)入光纖的光能夠在纖芯內(nèi)全反射，必須使從外部入射的光線限制在一定的入射角內(nèi)，從而使入射到纖芯和包層界面的光的入射角大于臨界角，即在某個(gè)臨界角內(nèi)的入射進(jìn)入光纖的光才能實(shí)現(xiàn)全反射。 7. 金屬電阻應(yīng)變片與半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)有什么不同? 金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)主要是由于其幾何形狀的變化而產(chǎn)生的，半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)則主要取決于材料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化產(chǎn)生的 8. 影響差動(dòng)變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是什么？答：影響差動(dòng)變壓器輸出線性度和靈敏度的主要因素是：傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)的對(duì)稱性、磁性材料的殘余應(yīng)力、測量電路零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)等。 9.電渦流式傳感器的靈敏度主要受哪些因素影響？它的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？答：電渦流式傳感器的靈敏度主要受導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離等因素影響。電渦流式傳感結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干憂能力強(qiáng)，特別是有非接觸測量的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 10．簡述熱電偶的幾個(gè)重要定律，并分別說明它們的實(shí)用價(jià)值。答：一是勻質(zhì)導(dǎo)體定律：如果熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料相同，無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢(shì)為零。根據(jù)這個(gè)定律，可以檢驗(yàn)兩個(gè)熱電極材料成分是否相同，也可以檢查熱電極材料的均勻性。二是中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要第三種導(dǎo)體的兩接點(diǎn)溫度相同，則回路中總的熱電動(dòng)勢(shì)不變。它使我們可以方便地在回路中直接接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器，也可以將熱電偶的兩端不焊接而直接插入液態(tài)金屬中或直接焊在金屬表面進(jìn)行溫度測量。三是標(biāo)準(zhǔn)電極定律：如果兩種導(dǎo)體分別與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則由這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)也就已知。只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)可直接計(jì)算出來。四是中間溫度定律：熱電偶在兩接點(diǎn)溫度t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、tn和tn、t0時(shí)的相應(yīng)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。中間溫度定律為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用提供了理論依據(jù)。 四、計(jì)算題（請(qǐng)列出運(yùn)算步驟） 1 、在以鋼為材料的實(shí)心圓柱形試件上，沿軸線和圓周方向各貼一片電阻為120Ω的金屬應(yīng)變片R1和R2[如圖1（a）所示]，把這兩應(yīng)變片接入電橋[見圖1（b）所示]。若鋼的泊松系數(shù)，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)k =2，電橋電源電壓U=2V，當(dāng)試件受軸向拉伸時(shí)，測得應(yīng)變片R1的電阻變化值。試求：①軸向應(yīng)變；②電橋的輸出電壓。 2、某一霍爾元件尺寸為，,，沿方向通以電流，在垂直于和的方向加有均勻磁場，靈敏度為，試求輸出霍爾電勢(shì)及載流子濃度。 3、某熱電偶的兩個(gè)電極為A、B,其靈敏度為0.04mV/℃，將它置于1200℃處的溫度場，若指示表（冷端）處溫度為50℃，試求熱電勢(shì)的大小？ 1 ①靈敏系數(shù)： =2 軸向應(yīng)變： ②電橋的輸出電壓為： 2、 因?yàn)? 為： 3 熱電偶靈敏度： k=0.04mV/℃ 工作端溫度： T=1200℃ 冷端溫度： T0=50℃， 則 4、一測量吊車起吊重物的拉力傳感器如圖1（a）所示。R1、R2、R3、R4按要求貼在等截面軸上。等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量E=21011N/m2，泊松比，且R1=R2=R3=R4=120Ω, 所組成的全橋型電路如題圖1（b）所示，供橋電壓U=2V?，F(xiàn)測得輸出電壓U0=2.6mV。求：①等截面軸的縱向應(yīng)變及橫向應(yīng)變?yōu)槎嗌伲竣诹為多少？ 5、4霍爾元件靈敏度，控制電流，將它置于～線性變化的磁場中，它輸出的霍爾電勢(shì)范圍有多大？ 6、某熱電偶的熱電勢(shì)在E(600,0)時(shí)，輸出E=5.257 mV，若冷端溫度為0℃時(shí)，測某爐溫輸出熱電勢(shì)E=5.267 mV。試求該加熱爐實(shí)際溫度是多少？ 4 因?yàn)椋? 按全橋計(jì)算： ①縱向應(yīng)變： 橫向應(yīng)變： ②力： 5 因?yàn)椋? 輸出的霍爾電勢(shì)范圍： 低端 高端 6 已知：熱端溫度是600℃時(shí)，冷端溫度是0℃時(shí)，有 則該熱電偶的靈敏度為 現(xiàn)測得加熱爐冷端溫度為0℃，輸出熱電勢(shì)是 得實(shí)際溫度是 7.如圖所示正方形平板電容器,極板長度a=4cm,極板間距離δ=0.2mm.若用此變面積型傳感器測量位移x,試計(jì)算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線.極板間介質(zhì)為空氣,。 7解：這是個(gè)變面積型電容傳感器，共有4個(gè)小電容并聯(lián)組成。 /pF (x的單位為米) /pF 8．用鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶測量溫度，已知冷端溫度為40℃，用高精度毫伏表測得這時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為29.188mV，求被測點(diǎn)的溫度。 解：由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，根據(jù)式計(jì)算出 再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為 9．已知鉑銠10-鉑(S)熱電偶的冷端溫度t0＝25℃，現(xiàn)測得熱電動(dòng)勢(shì)E(t，t0)＝11.712mV，求熱端溫度是多少度? 解：由鉑銠10-鉑熱電偶分度表查出E(25，0)=0.161mV，根據(jù)式(5-2-1)計(jì)算出 再通過分度表查出其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為 ℃