《傳感器與檢測技術》復習題.doc

傳感器與檢測技術復習題基礎知識自測題第一章 傳感器的一般特性1.傳感器是檢測中首先感受 ，并將它轉換成與有確定對應關系的 的器件。2.傳感器的基本特性通常用其特性和 特性來描述。當傳感器變換的被測量處于動態(tài)時，測得的輸出一輸入關系稱為 特性。3.傳感器變換的被測量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器輸出與輸入的關系稱為傳感器的 特性，其主要技術指標有： 、 、 和 等。4.傳感器實際曲線與理論直線之間的稱為傳感器的非線性誤差，其中的 與輸出滿度值之比稱為傳感器的 。5.傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)標準條件下， 變化量與化量的比值。對 傳感器來說，其靈敏度是常數(shù)。6.傳感器的動態(tài)特性是指傳感器測量 時，其輸出對輸入的 特性。7.傳感器中直接感受被測量，并輸出與被測量成關系的其它量的元件稱為 元件。8.只感受由敏感元件輸出的，并且與 成確定關系的另一種非電量，然后輸出電量的元件，稱為 元件。第二章 電阻式傳感器1.電阻應變片是將被測試件上的 轉換成 的傳感元件。2.電阻應變片由 、 、 和 等部分組成。3.應變式傳感器中的測量電路是將應變片 轉換成 的變化，以便顯示或記錄被測非電量的大小。4.金屬電阻應變片敏感柵的形式和材料很多，其中形式以 式用的最多，材料以 用的最廣泛。5.電阻應變片的工作原理就是依據(jù)應變效應建立 與變形之間的量值關系而工作的。6.當應變片主軸線與試件軸線方向一致，且受一維應力時，應變片靈敏系數(shù)K是應變片的 與試件主應力的 之比。7.電阻應變片中，電阻絲 的靈敏系數(shù)小于其 靈敏系數(shù)的現(xiàn)象，稱為應變片的橫向效應。8.電阻應變片的溫度補償中，若采用電橋補償法測量應變片時，工作應變片粘貼在 表面上，補償應變片粘貼在與被測試件完全相同的 上，則補償應變片不 。9.用彈性元件和 及一些附件可以組成應變式傳感器.10.應變式傳感器按用途劃分有：應變式 傳感器、應變式 傳感器、應變式 傳感器等。11.電阻應變片的配用測量電路采用差動電橋時，不僅可以 ，同時還能起到 的作用。12.電阻應變片的配用測量電路大都采用交流不平衡電橋，其目的是配接和克服 的影響。13.應變片在未使用粘貼前，在室溫下測得的靜態(tài)電阻，叫應變片的。14.影響金屬導電材料應變靈敏系數(shù)K。的主要因素是（ ）。 A.導電材料電阻率的變化 B.導電材料幾何尺寸的變化 C.導電材料物理性質的變化 D.導電材料化學性質的變化15.應變片的主要參數(shù)有（ ）。 A.初始電阻值 B.額定電壓 C.允許工作電流 D.額定功率 E.幾何尺寸16.產(chǎn)生應變片溫度誤差的主要原因有（ ）。 A.電阻絲有溫度系數(shù) B.試件與電阻絲的線膨脹系數(shù)相同 C.電阻絲承受應力方向不同 D.電阻絲與試件材料不同17.電阻應變片的線路溫度補償方法有（ ）。 A.差動電橋補償法 B.補償塊粘貼補償應變片電橋補償法 C.補償線圈補償法 D.恒流源溫度補償電路法18.電阻應變片的配用測量電路中，為了克服分布電容的影響，多采用（）。 A.直流平衡電橋 B.直流不平衡電橋 C.交流平衡電橋 D.交流不平衡電橋19.電阻應變片的初始電阻數(shù)值有多種，其中用的最多的是（）。A.60B.120C.200D.35020.當應變片的主軸線方向與試件軸線方向一致，且試件軸線上受一維應力作用時，應變片靈敏系數(shù)K的定義是（ ）。A.應變片電阻變化率與試件主應力之比 B.應變片電阻與試件主應力方向的應變之比C.應變片電阻變化率與試件主應力方向的應變之比D.應變片電阻變化率與試件作用力之比21.制作應變片敏感柵的材料中，用的最多的金屬材料是（ ）。A.銅 B.鉑 C.康銅 D.鎳鉻合金22.應變片的允許工作電流參數(shù)是指（ ）。A.允許通過應變片而絕緣材料因受熱而未損壞的最大電流B.允許通過應變片而敏感柵受熱未燒壞的最大電流C.允許通過應變片而不影響其工作特性的最大電流23.通常用應變式傳感器測量（）。A.溫度 B.速度 C.加速度 D.壓力24.一個懸臂梁受力作用彎曲，現(xiàn)在用電阻應變片測量作用力F。當考慮采用電阻應變片溫度線路補償法時，請畫圖表示應變片粘貼位置和測量線路的接法。第三章 電感式傳感器3一1 自感式 1.閉磁路變隙式電感傳感器主要由 、 及鐵芯組成。2.閉磁路變隙式電感傳感器工作時，銜鐵與被測物體連接。當被測物體移動時，引起磁路中氣隙 發(fā)生相對變化，從而導致 的變化。3.閉磁路變隙式單線圈電感傳感器的測量范圍與及 是相矛盾的。4.畫出單線圈螺線管式電感傳感器的結構原理圖，并標注各組成部分的名稱。5.單線圈螺線管式電感傳感器主要由線圈、 和可沿線圈軸向組成。6.單線圈螺線管式電感傳感器對比閉磁路變隙式電感傳感器的優(yōu)點很多，缺點是 。它廣泛用于測量。7.單線圈螺線管式電感傳感器對比閉磁路變隙式電感傳感器，有 大、 好、結構簡單和便于操作等優(yōu)點。8.差動螺線管式電感傳感器主要由兩個 的螺線管連接，初始狀態(tài)處于對稱位置組成。因而兩個螺線管的初始 相等。9.畫出差動螺線管式電感傳感器的結構原理圖，并注明各組成部分的名稱。10.差動螺線管式電感傳感器的配用測量電路有： 、 、 。11.單線圈螺線管式電感傳感器廣泛用于測量（ ）。 A.大量程角位移 B.小量程角位移 C.大量程直線位移 D.小量程直線位移12.通常用電感式傳感器測量（ ）。 A.電壓 B.磁場強度 C.位移 D.壓力13.差動螺線管式電感傳感器的配用測量電路有（ ）。 A.直流電橋B.變壓器式交流電橋 C.帶相敏整流的交流電橋D.運算放大器電路32差動變壓器式1.把被測非電量的變化轉換成線圈互感變化的互感式傳感器是根據(jù) 的基本原理制成的，其次級繞組都用 形式連接，所以又叫差動變壓器式傳感器。2.螺線管式差動變壓器傳感器主要由 、 和 組成。3.螺線管式差動變壓器傳感器中，其線圈組合按繞組排列方式有一節(jié)式、二節(jié)式、五節(jié)式。通常多采用 式和 式。4.螺線管式差動變壓器傳感器的導磁外殼的功能主要是提供 。5.螺線管式差動變壓器傳感器的工作原理：以三節(jié)式螺線管差動變壓器傳感器為例。它由線圈組合、活動銜鐵和導磁外殼三部分組成。線圈組合包括一個 線圈、兩個 的次級線圈。該傳感器工作時，將兩個次級線圈 串接作為輸出。初級線圈W1上加 電壓，兩個次級線圈就會產(chǎn)生 的感應電勢。當活動銜鐵處于初始平衡位置時，由于理論上兩個電勢，差動變壓器輸出為 。當活動銜鐵向某一個次級線圈方向移動時，則該次級線圈內磁通 ，使其感應電勢 ，差動變壓器有 。其數(shù)值反映了活動銜鐵 。6.變隙式差動變壓器傳感器的主要問題是靈敏度與 ，的矛盾。這點限制了它的使用，僅適用于 的測量。7.螺線管式差動變壓器傳感器在活動銜鐵位于 位置時，輸出電壓應該為零。實際不為零，稱它為 。8.螺線管式三節(jié)差動變壓器傳感器工作時，其零點殘余電壓中的基波部分主要由 產(chǎn)生的。因此調節(jié)活動銜鐵的位置 消除它。9.減少螺線管式差動變壓器傳感器零點殘余電壓最有效的辦法是盡可能保證傳感器 、 和 的相互對稱。10.螺線管式差動變壓器傳感器中，零點殘余電壓是評定差動變壓器性能的主要指標之一。它的存在會造成傳感器在 附近的靈敏度降低、測量 大等。11.畫出螺線管三節(jié)式差動變壓器傳感器結構原理圖，并標注各組成部分的名稱。12.差動變壓器傳感器的測量電路中，常用的相敏檢波器有兩種： 電路、 電路。13.差動變壓器傳感器不僅可以直接用于測量 ，還可以用于測量與 有關的任何機械量。14.螺線管三節(jié)式差動變壓器主要由線圈組合、活動銜鐵和導磁外殼組成。其零點殘余電壓產(chǎn)生的主要原因是（ ）。A.活動銜鐵的初始位置不合適B.兩次級線圈電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱C.磁性材料飽合15.差動變壓器傳感器的結構形式很多，其中應用最多的是（ ）。A.變間隙式B.變面積式C.螺線管式16.為了使螺線管式差動變壓器傳感器具較好的線性度，通常是（ ）。A.取測量范圍為線圈骨架的11014B.取測量范圍為線圈骨架的1223C.激磁電流頻率采用中頻D.激磁電流頻率采用高頻17.螺線管三節(jié)式差動變壓器傳感器的兩個匝數(shù)相等的次級繞組，工作時是（ ）。 A.同名端并聯(lián) B.同名端接在一起串聯(lián) C.異名瑞并聯(lián) D.異名瑞接在一起串聯(lián)18.差動變壓器式傳感器的配用測量電路主要有（ ）。 A.差動相敏檢波電路 B.差動整流電路 C.直流電橋 D.差動電橋19.通常用差動變壓器傳感器測量（ ）。 A.位移B.振動 C.加速度 D.厚度20.畫出差動變壓器式傳感器配用的差動整流（半波電壓輸出）測量電路圖33電渦流式1.電渦流式傳感器的整個測量系統(tǒng)由 和 兩部分組成。利用兩者之間的 來完成測量任務。2.電渦流式傳感器的基本結構是由 和框架組成。其中 是主體，因而它的性能、尺寸、形狀對整個測量系統(tǒng)的性能 產(chǎn)生重要影響。3.電渦流傳感器的工作原理：傳感器的激磁線圈通正弦 時，在其周圍產(chǎn)生交變，使被測金屬導體內產(chǎn)生 。它的存在消弱激磁線圈內 的變化。使線圈 發(fā)生變化（對比無被測金屬時變 ）。該變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。而電渦流效應的大小與被測金屬導體的電阻率、磁導率及幾何形狀有關，又與線圈的幾何尺寸、線圈中激磁電流的有關，還與線圈與被測金屬導體間的等參數(shù)有關。如果保持上述中的其它參數(shù)不變，而只改變其中的一個參數(shù)，則傳感器的就僅僅是這個參數(shù)的函數(shù)。通過測量線圈的變化量，即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量。4.電渦流傳感器工作時，被測物體的 和 越小.則傳感器靈敏度越大。5.利用電渦流式傳感器測量位移時，只有在線圈與被測物的距離大大地小于線圈半徑時，才能得到較好的 度和較高的 度。6.電渦流傳感器中激磁線圈的等效阻抗是很多參數(shù)的函數(shù)，如果 不變，只改變其中的一個參數(shù)，通過測量等效阻抗的 ，即可實現(xiàn)這個參數(shù)的測量。7.利用電渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性度和較高的靈敏度，應該讓 的距離大大地小于 。8.電渦流傳感器工作時，要求線圈距被測物無關的金屬至少有一個線圈的距離。否則會使 降低和 范圍縮小。9.電渦流傳感器的配用測量電路有： 電路 。電路、 電路。10.對于高頻反射式電渦流傳感器來說，為了使其具有較高的 度，不產(chǎn)生電渦流透射損耗，要求被測物必須達到一定的 度。11.電渦流傳感器中，被測導體中電渦流強度和被測導體與激磁線圈之間的距離呈 性關系，且隨距離的 ，電渦流將迅速減小。12.若使電渦流傳感器的靈敏度高，被測物體的電阻率和相對磁導率應該是（ ）。 A.大 B.小 C.r大D.r小13.利用電渦流式傳感器測量位移時，為了得到較好的線性和靈敏度，其激磁線圈（半徑為r。）與被測物體間的距離x應該滿足（ ）。A. r。x B. r。x C. r。x D. r。x14.電渦流式傳感器激磁線圈的電源是（ ）。A.直流 B.中頻交流 C.高頻交流 D.低頻交流第四章電容式傳感器4-1電容式傳感器的工作原理及結構型式1.電容式傳感器是將被測物理量的變化轉換成 的器件。2.變間隙式電容傳感器由 和 的極板組成。當 板隨著被測參數(shù)的變化相對 移動時，引起 的變化。從而引起 發(fā)生變化。測量出，即可推算出 。3.變間隙式電容傳感器一般用來測量 的位移。4.電容式傳感器中，變面積式常用于較大的 測量。5.電容式傳感器中，變介電常數(shù)式多用于 的測量。6.空氣介質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，為此實際中大都采用 式電容傳感器。7.畫出變介質常數(shù)式電容傳感器工作結構示意圖。該傳感器能測量什么非電量？8.部分固體介質的變間隙式電容傳感器是在犧牲 前提下?lián)Q取靈敏度的提高，實際中多采用此種結構。9.當變間隙式電容傳感器兩極板間的初始距離d增加時，將引起傳感器的（ ）。A.靈敏度入增加B.靈敏度入減小C.非線性誤差增加D.非線性誤差減小10.用電容式傳感器測量固體或液體物位時，應該選用（ ）。A.變間隙式 B.變面積式C.變介電常數(shù)式 D.空氣介質變間隙式11.變間隙式電容傳感器的非線性誤差與極板間初始距離d。之間是（）。A.正比關系B.反比關系C.無關系12.用電容式傳感器測量位移時，應該選用（ ）。A.變間隙式B.變面積式C.變介電常數(shù)式42 電容式傳感器的測量電路及應用1.畫出與差動式電容傳感器配用的緊耦合電橋電路圖。2.畫出與電容式傳感器配用單臂接法的脈沖測量電路圖。圖中Cx、Ip指的是什么？3.畫出電容式傳感器的差動電橋測量電路圖，并說明C。、C表示什么量值？4.畫出差動式電容加速度傳感器結構原理圖。并標往各組成部分的名稱。5.電容式傳感器通常用來測量（ ）。A.交流電流B.電場強度C.重量D.位移6.電容式傳感器還可以測量（）。A.壓力B.加速度C.電場強度D.交流電壓計算題1. 某壓力傳感器的校準數(shù)據(jù)如下表如示。試用端基法求其基準直線，并確定該壓力傳感器的靈敏度和線性度。壓力(MPa)0.000.020.040.060.080.10輸出電壓（mV）-2.70.64.07.410.914.42. 設一力傳感器可作為二階系統(tǒng)來處理，已知傳感器的固有頻率為w0=200Hz，阻尼比x=0.6，靜態(tài)靈敏度為k=9.6，試求：（1） 該傳感器的動態(tài)輸入輸出方程；（2） 該傳感器的頻率傳遞函數(shù)；（3） 如果該傳感器用于測量力F=sin(400t)，試求該傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出；（4） 試分析當測量的外力為2000KHz時，此傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出。3.設有兩只力傳感器，均可作為二階系統(tǒng)來處理，自振頻率分別為800Hz和1200Hz，阻尼比均為0.4，今欲測量頻率為400Hz正弦變化的外力，應選用哪一只？并計算將產(chǎn)生多大的振幅相對誤差和相位誤差。4. 電阻應變片的靈敏度定義為其中R為作用應變后應變片的電阻變化，R為應變片的電阻。如果一阻值為120的應變片靈敏度為k=2.0，將該應變片用總阻值為12的導線連接到一測量系統(tǒng)，求此時應變片的靈敏度。5.一應變片的電阻R=100，靈敏系數(shù)k=2.10，用作應變?yōu)?000的傳感元件(1)求R和R/R；(2)若惠斯登電橋初始時已平衡，電源電壓U=4V，求在此應變下的輸出電壓UO；6.如將兩個100電阻應變片平等地粘貼在鋼制試件上，試件截面積為10-4m2，彈性模量E=100GN/m2，由100kN的拉力所引起的應變片電阻變化為1。把它們接入交流電橋中，電橋電源電壓為1V，求應變片靈敏系數(shù)和電橋輸出電壓。7.有一臺變極距非接觸式電容測微儀，其極板為圓形，半徑為r=3mm，假設與被測工件的初始間隙為d0=0.5mm，試求： 1) 若極板與工件的間隙變化量為Dd=10mm，電容的相對變化量（即）為多少？2) 若測量電路的靈敏度為Ku=100mV/pF，則在Dd=1mm時的輸出電壓為多少？已知空氣的介電常數(shù)為8.在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動式變極距型電容傳感器，已知原始極距為d1=d2=0.25mm，正方形極板的邊長為a=20mm，采用電橋電路作為其轉換電路(如右圖所示)。電容傳感器的兩個電容分別接R=5KW的電阻后作為電橋的兩個橋臂，并接有效值為U1=50V的電源電壓，其頻率為f=400Hz，電橋的另兩臂為相同的固定電容C=0.002mF，試求3) 電容傳感器的電壓靈敏度（單位為V/m）；4) 當電容傳感器的輸出電壓U0=1V時，電容傳感器活動極板的位移（單位為mm）。9.試推導差動電容式傳感器接入變壓器電橋（如右圖所示），當變壓器二次側電壓有效值均為U時，其空載輸出電壓Uo與電容Cx1，Cx2的關系式。若采用變極距型電容傳感器，設初始極距均為d0，極距變化Dd后，空載輸出電壓Uo與Dd的關系式。10.當差動式變極距電容傳感器動極板相對于定極板位移了Dd=0.5mm時，若初始電容C1=C2=80pF，初始極距d=5mm，試計算其非線性誤差，若將差動電容改為單只平板電容，初始值不變，其非線性誤差有多大？11. 表4.1中單組式變面積型平板形線位移電容傳感器，兩極板相互覆蓋的寬度為4mm，兩極板的間隙為0.5mm，極板間介質為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度？若極板相對移動2mm，求電容變化量？12. 現(xiàn)有一只020mm的電容式位移傳感器，其結構如下圖所示。已知L=25mm，R1=6mm，R2=5.7mm，r=4.5mm，CBC構成固定電容CF，CDC隨活動導桿的伸入而變化，擬采用理想運算放大器測量電路，試回答：（1） 要求運算放大器測量電路的輸出電壓與輸入位移x成正比，在測量電路中CF與Cx應如何連接？（2） 活動導桿每伸入1mm所引起的電容變化量為多大（3） 輸入電壓U=6V時，輸出電壓U0為多少（4） 固定電容CF的作用何在（5） 傳感器與測量電路的連接線對傳感器的輸入有無影響13.在右圖中，電感L=200mH的純電感線圈中通入一個不斷變化的電流i。電流i為一正弦信號，其幅值為2，頻率f=200Hz，當t=0時，相位為。試求：在線圈上產(chǎn)生的自感電壓為多大？14.一個鐵氧體環(huán)形磁心，平均長度為10cm，截面積為2cm2，平均相對磁導率mr=2000，求：（1）均勻繞線1000匝時的電感；（2）匝數(shù)增加1 倍時的電感。取真空磁導率為110-8H/cm。15. 試推導右圖所示差動型電感傳感器電橋的輸出特性UO=f(DL)，已知電源角頻率為w，Z1、Z2為傳感器兩線圈的阻抗，零位時Z1=Z2=R+jwL。若以變氣隙式傳感器接入該電橋，求靈敏度表達式k=UO/Dd為多大（本題用有效值表示）。16. 某壓電晶體的電容為1000pF，電荷靈敏度為Kq=2C/cm，連接電纜電容為Ce=1000pF，示波器的輸入阻抗為1MW，并聯(lián)電容為50pF，求（1） 壓電晶體的電壓靈敏度；（2） 測量系統(tǒng)的高頻響應；（3） 如系統(tǒng)允許的測量幅值誤差為1%，可測量的最低頻率是多少？（4） 如頻率為10HZ，允許誤差為1%，用并