河南工業(yè)大學傳感器考試提綱

1、第第1 1章章 | 1.1 1.1 某位移傳感器，在輸入量變化某位移傳感器，在輸入量變化5 mm5 mm時，輸出電壓變時，輸出電壓變 化為化為300 mV,300 mV,求其靈敏度。求其靈敏度。 解：解： | 1.2 1.2 某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán)某測量系統(tǒng)由傳感器、放大器和記錄儀組成，各環(huán) 節(jié)的靈敏度為：節(jié)的靈敏度為：S S1 1=0.2mV/=0.2mV/、S S2 2=2.0V/mV=2.0V/mV、S S3 3=5.0mm/V=5.0mm/V， 求系統(tǒng)的總的靈敏度求系統(tǒng)的總的靈敏度。 解：解： 6 0 1 05 1 03 0 0 3 3 X U k CmmSSSS

2、/20 . 50 . 22 . 0 321 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |1.3 1.3 測得某檢測裝置的一組輸入輸出數據如下：測得某檢測裝置的一組輸入輸出數據如下： a)a)試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度； b)b)用用C C語言編制程序在微機上實現(xiàn)。語言編制程序在微機上實現(xiàn)。 解：解： bkxy)(bkxy iii 2 2 )( ii iiii xxn yxyxn k 2 2 2 )( )( ii iiiii xxn yxxyx b 68. 0k25. 0b 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 x0.92.53.34.55.76.

3、7 y1.11.62.63.24.05.0 第第1 1章章 |1.31.3 擬合直線靈敏度擬合直線靈敏度 0.68,0.68,線性度線性度 7%7% 25. 068. 0 xy %7 5 35. 0 %100 max FS L y L 238. 0 1 35. 0 2 16. 0 3 11. 0 4 126. 0 5 194. 0 6 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第1 1章章 |1.4 1.4 某溫度傳感器為時間常數某溫度傳感器為時間常數 T=3s T=3s 的一階系統(tǒng)，的一階系統(tǒng)， 當傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出當傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出 溫差的溫差的1/

4、31/3和和1/21/2所需的時間。所需的時間。 解：設溫差為解：設溫差為R,R,測此溫度傳感器受幅度為測此溫度傳感器受幅度為R R的階躍響應的階躍響應 為為( (動態(tài)方程不考慮初態(tài)動態(tài)方程不考慮初態(tài)) ) )1 ( 3/t eRty 當 3 R ty時22. 1 3 2 ln3t 當 2 R ty時08. 2 2 1 ln3t 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第1 1章章 |1.5 1.5 某傳感器為一階系統(tǒng)，當受階躍函數作用時，在某傳感器為一階系統(tǒng)，當受階躍函數作用時，在 t=0t=0時，輸出為時，輸出為10mV;t10mV;t時，輸出為時，輸出為100mV;100mV;在在t=5st

5、=5s時，時， 輸出為輸出為50mV,50mV,試求該傳感器的時間常數。試求該傳感器的時間常數。 解：此題與爐溫實驗的測飛升曲線類似解：此題與爐溫實驗的測飛升曲線類似: : )1 (9010 /Tt ety 由 505 y51. 8 9 5 ln 5 T 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第1 1章章 |1.8 1.8 什么是傳感器的靜特性？有哪些主要指標？什么是傳感器的靜特性？有哪些主要指標？ 答：靜特性是當輸入量為常數或變化極慢時，傳感器的答：靜特性是當輸入量為常數或變化極慢時，傳感器的 輸入輸出特性，其主要指標有線性度、遲滯、重復性、輸入輸出特性，其主要指標有線性度、遲滯、重復性、 分

6、辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第1 1章章 |1.11 1.11 試求下列一組數據的各種線性度：試求下列一組數據的各種線性度： 1)1)理論（絕對）線性度，給定方程為理論（絕對）線性度，給定方程為y=2.0 x;y=2.0 x; 2)2)端點線性度；端點線性度； 3)3)最小二乘線性度。最小二乘線性度。 下頁下頁上頁上頁返回返回 x123456 y2.204.005.987.910.1012.05 圖庫圖庫 第第1 1章章 |1.111.11 解：解： 理論線性度：理論線性度： 端點線性度：端點線

7、性度： 由兩端點做擬和直線由兩端點做擬和直線 中間四點與擬合直線誤差：中間四點與擬合直線誤差：0.17 0.16 0.21 0.080.17 0.16 0.21 0.08 所以，所以， %4 . 0 05.12 6205.12 %100 max FS L y L 23. 097. 1xy 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 %74. 1 05.12 21. 0 %100 max FS L y L 第第1 1章章 |1.111.11 最小二乘線性度：最小二乘線性度： 所以，所以， 98. 1 105 41.208 2121916 23.422154.1826 )( 2 2 ii iiii xxn

8、yxyxn k 09. 0 105 59. 9 2121916 54.1822123.4291 )( )( 2 2 2 ii iiiii xxn yxxyx b 09. 098. 1xbkxy 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第1 1章章 13. 0 1 )(bkxy iii 07.0 1 05.0 2 05.0 3 11.0 4 11.0 5 08.0 6 %09.0 05.12 11.0 %100 max FS L y L )(bkxy iii 07.0 1 05.0 2 05.0 3 11.0 4 11.0 5 08.0 6 %09.0 05.12 11.0 %100 max FS

9、L y L |1.111.11 )(bk xy iii 0 7.0 1 0 5.0 2 0 5.0 3 1 1.0 4 1 1.0 5 0 8.0 6 %0 9.0 0 5.1 2 1 1.0 %1 0 0 ma x FS L y L 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 %08. 1 05.12 13. 0 %100 max FS L y L 第第2 2章章 |2.2 2.2 如圖如圖F1-1F1-1所示電路是電阻應變儀中所用的不所示電路是電阻應變儀中所用的不 平衡電橋的簡化電路，圖中平衡電橋的簡化電路，圖中R R2 2=R=R3 3=R=R是固定電阻，是固定電阻， R R1 1與與R R4 4

10、是電阻應變片，工作時是電阻應變片，工作時R R1 1受拉，受拉，R R4 4受壓，受壓， R表示應變片發(fā)生應變后，電阻值的變化量。表示應變片發(fā)生應變后，電阻值的變化量。 當應變片不受力，無應變時當應變片不受力，無應變時R=0，橋路處于平，橋路處于平 衡狀態(tài)，當應變片受力發(fā)生應變時，橋路失去了衡狀態(tài)，當應變片受力發(fā)生應變時，橋路失去了 平衡，這時，就用橋路輸出電壓平衡，這時，就用橋路輸出電壓Ucd表示應變片表示應變片 應變后的電阻值的變化量。試證明應變后的電阻值的變化量。試證明: U Ucd cd=-(E/2)(R/R) =-(E/2)(R/R) 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章

11、 |2.22.2 證：證： 略去略去 的第二項，即可得的第二項，即可得 RRR 1 RRR 4 cd UUU dbcb E RRR R E RRR R E RR RR 22 4 2 R R RE Ucd 2 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 |2.32.3說明電阻應變片的組成和種類。電阻應變片說明電阻應變片的組成和種類。電阻應變片 有哪些主要特性參數？有哪些主要特性參數？ 答：答：金屬電阻應變片由四部分組成：敏感柵、基底、金屬電阻應變片由四部分組成：敏感柵、基底、 蓋層、粘結劑、引線。分為金屬絲式和箔式。蓋層、粘結劑、引線。分為金屬絲式和箔式。 其主要特性參數：靈敏系數、橫向效

12、應、機械其主要特性參數：靈敏系數、橫向效應、機械 滯后、零漂及蠕變、溫度效應、應變極限、疲勞壽滯后、零漂及蠕變、溫度效應、應變極限、疲勞壽 命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應特性。命、絕緣電阻、最大工作電流、動態(tài)響應特性。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 | 2.5 2.5 一個量程為一個量程為10kN10kN的應變式測力傳感器，其彈的應變式測力傳感器，其彈 性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm,20mm,內徑內徑18mm,18mm, 在其表面粘貼八各應變片，四個沿周向粘貼，應在其表面粘貼八各應變片，四個沿周向粘貼，應 變片的電阻值均為變片的

13、電阻值均為120120,靈敏度為靈敏度為2.0,2.0,波松比為波松比為 0.3,0.3,材料彈性模量材料彈性模量E=2.1E=2.1101011 11Pa Pa。要求：。要求： | 繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；繪出彈性元件貼片位置及全橋電路； | 計算傳感器在滿量程時，各應變片電阻變化；計算傳感器在滿量程時，各應變片電阻變化； | 當橋路的供電電壓為當橋路的供電電壓為10V10V時，計算傳感器的輸出時，計算傳感器的輸出 電壓。電壓。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 |2.52.5 解：解： 圖2-32(c) 圓桶截面積 622 107.59 rRA 應變片1,2,3,4

14、感受的是縱向應變,有 x 4321 應變片5,6,7,8感受的是縱向應變,有 y 8765 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 |2.52.5 解：解： 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 |2.52.5 K U R RRRRU U 44 6251 6251 AE F K U K U K U xyx 1 2 1 22 其中 A 為圓桶的截面積, 為泊桑比,E 為彈性模量, F 為外加負載力,K 為靈敏系數. 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 |2.52.5 滿量程時：滿量程時： 191. 0120 101 . 2107 .59 1010 0 . 2

15、116 3 4321 R AE F KRKRRRR x 057. 0191. 03 . 0 18765 RRRRR AE F K U U1 2 F F 6 46 10037. 1 101 . 2107 .59 3 . 010 . 2 2 10 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 |2.9 2.9 應變片產生溫度誤差的原因及減小或補償應變片產生溫度誤差的原因及減小或補償 溫度誤差的方法是什么？溫度誤差的方法是什么？ 答：答： 在外界溫度變化的條件下，由于敏感柵溫 度系數 t 及柵絲與試件膨脹系數（ sg 與） 之差異性而產生虛假應變輸出有時會產生與 真實應變同數量級的誤差。 方法：

16、自補償法 線路補償法 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第2 2章章 | 2.10 2.10 今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應今有一懸臂梁，在其中上部上、下兩面各貼兩片應 變片，組成全橋，如圖變片，組成全橋，如圖F1-5F1-5所示。該梁在其懸臂梁一端所示。該梁在其懸臂梁一端 受一向下力受一向下力F=0.5N,F=0.5N,試求此時這四個應變片的電阻值。已試求此時這四個應變片的電阻值。已 知：應變片靈敏系數知：應變片靈敏系數K=2.1;K=2.1;應變片空載電阻應變片空載電阻R R0 0=120=120。 下頁下頁上頁上頁返回返回 cmW cml F WEt xl x 6 25

17、)(6 2 lx PaE mmt 2 1 1070 3 5 圖庫圖庫 |2.102.10 解：解： 10. 0 )003. 0(107006. 0 5 . 0) 2 25. 0 25. 0(6 6 252 WEt Fxl x 2 .2510. 01201 . 2 0 x kRR 2 .1452 .25120 031 RRRR 8 .942 .25120 042 RRRR 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第3 3章章 |3.1 3.1 電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理 是什么？是什么？ 答：答：種類：自感式、渦流式、差動式、變壓式、壓種類：自感式、

18、渦流式、差動式、變壓式、壓 磁式、感應同步器磁式、感應同步器 原理：自感、互感、渦流、壓磁原理：自感、互感、渦流、壓磁 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |3.2 3.2 推導差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極推導差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極 式相比較。式相比較。 答：答： 差動式靈敏度：差動式靈敏度： 0 00 2 0 2l SW L 1 22)( 2 0 0 0 00 2 0 00 2 0 00 2 0 ll l l SW l SW ll SW LLL .1 2 2 000 0 l l l l l L S 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 單極式傳感器靈敏度：單極式傳感器靈敏度： 比

19、較后可見靈敏度提高一倍，非線性大大減少。比較后可見靈敏度提高一倍，非線性大大減少。 .1 2 000 0 l l l l l L S |3.2 3.2 推導差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極推導差動自感式傳感器的靈敏度，并與單極 式相比較。式相比較。 答：答： 0 00 2 0 2l SW L 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 )( 1 1 0 0 00 1 l l l l ll l L L , l 0 2 0 0 0 2 0 0 01 2)(2l WS ll WS LLL 1 20 0 0 2 0 0 ll l l WS ll l L 0 0 lll0 對上式作線性處理，對上式作線性處理，

20、忽略高次項忽略高次項 l l L L 0 0 1 0 0 l L l L S . 3 0 2 000 1 l l l l l l L L 時，當1 0 l l 泰勒級數： 忽略高次項忽略高次項, 單極式傳感器靈敏度：單極式傳感器靈敏度： .1 2 000 0 l l l l l L S v 差動式原理：差動式原理： 差動變隙式由兩個相差動變隙式由兩個相 同的線圈和磁路組成。同的線圈和磁路組成。 當被測量通過導桿使當被測量通過導桿使 銜鐵上下位移時，兩個回銜鐵上下位移時，兩個回 路中磁阻發(fā)生大小相等、路中磁阻發(fā)生大小相等、 方向相反的變化，形成差方向相反的變化，形成差 動形式。動形式。 .1 3

21、 0 2 00 01 l l l l l l LL .1 3 0 2 00 02 l l l l l l LL )(20 2 0 0 1 ll WS L )(20 2 0 0 2 ll WS L 0 02 l L S .2 5 0 3 00 012 l l l l l l LLLL 第第3 3章章 |3.4 3.4 分析分析變間隙式變間隙式電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因， 并說明如何改善？并說明如何改善？ 答：答： 從上式可知從上式可知L與與之間是非線性關系之間是非線性關系,銜鐵位移引起銜鐵位移引起 的氣隙變化的氣隙變化,原因是改變了空氣隙長度原因是改變了空氣隙長度 變

22、間隙式電感傳感器的測量范圍變間隙式電感傳感器的測量范圍L0與靈敏度與靈敏度S及線及線 性度相矛盾性度相矛盾, 為了減小非線性誤差為了減小非線性誤差, 實際測量中廣實際測量中廣 泛采用差動變隙式電感傳感器。泛采用差動變隙式電感傳感器。改善方法是讓初始改善方法是讓初始 空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加，空氣隙距離盡量小，同時靈敏度的非線性也將增加， 這樣的話最好使用差動式傳感器，其靈敏度增加非線這樣的話最好使用差動式傳感器，其靈敏度增加非線 性減少。性減少。 .1 2 2 000 0 l l l l l L S 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 l sw R w L m 2 00 22

23、 第第3 3章章 |3.5 3.5 圖圖F1-7F1-7所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示所示一簡單電感式傳感器。尺寸已示 于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設鐵心于圖中。磁路取為中心磁路，不記漏磁，設鐵心 及銜鐵的相對磁導率為及銜鐵的相對磁導率為10104 4，空氣的相對磁導率，空氣的相對磁導率 為為1 1，真空的磁導率為，真空的磁導率為4 41010-7 -7H H m m-1 -1, ,試計算氣 試計算氣 隙長度為零及為隙長度為零及為2mm2mm時的電感量。圖中所注尺寸時的電感量。圖中所注尺寸 單位均為單位均為mm.mm. 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第3 3章章 |3.53.5

24、 解：解： m R IW ， m R W I W I L 2 又 n i ii i m RR S l S l R 1 0 00 0 2 256. 1 003. 0010. 010 045. 0 003. 0015. 010 016. 0 003. 0002. 010 045. 0 444 1 n i ii i S l R 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第3 3章章 |3.53.5 07. 7 1530104 002. 0 22 7 00 0 0 S l R H R W L 4 2 2 102 . 3 256. 1 200 H RR W L 3 2 0 2 108 . 4 07. 7256

25、. 1 200 空氣氣隙為零時： 空氣氣隙為2mm時： 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第3 3章章 |3.7 3.7 簡述電渦流效應及構成電渦流傳感器的可能簡述電渦流效應及構成電渦流傳感器的可能 的應用場合。的應用場合。 |答：答：電渦流效應電渦流效應P62P62，有有高頻反射式、低頻透射式高頻反射式、低頻透射式 電渦流傳感器兩種電渦流傳感器兩種，應用場合：利用高頻反射測量，應用場合：利用高頻反射測量 金屬物體的位移、振動等參數的測量；金屬物體的位移、振動等參數的測量；有低頻透射渦流有低頻透射渦流 測厚儀，探傷，描述轉軸運動軌跡軌跡儀。測厚儀，探傷，描述轉軸運動軌跡軌跡儀。 下頁下頁上頁

26、上頁返回返回圖庫圖庫 第第3 3章章 |3.8 3.8 簡述壓磁效應，并與應變效應進行比較。簡述壓磁效應，并與應變效應進行比較。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 答：答：壓磁效應：某些鐵磁物質在外界機械力的作壓磁效應：某些鐵磁物質在外界機械力的作 用下，其內部產生機械應力，從而引起磁導率的改用下，其內部產生機械應力，從而引起磁導率的改 變的現(xiàn)象。只有在一定條件下壓磁效應才有單位特變的現(xiàn)象。只有在一定條件下壓磁效應才有單位特 性，但不是線性關系。性，但不是線性關系。 應變效應：導體產生機械變形時，它的電阻值應變效應：導體產生機械變形時，它的電阻值 相應發(fā)生變化。在電阻絲拉伸比例極限內，電阻的相

27、應發(fā)生變化。在電阻絲拉伸比例極限內，電阻的 相對變化與應變成正比。相對變化與應變成正比。 第第4 4章章 | 4.1 4.1 推導差動式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳推導差動式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳 感器相比較。感器相比較。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |解：差動式電容傳感器的靈敏度解：差動式電容傳感器的靈敏度: : 單極式電容傳感器：單極式電容傳感器： 可見差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，可見差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍， 而且非線性也大為減小。而且非線性也大為減小。 4 0 2 0 0 0 4 0 2 0 2 0 5 0 3 00 3 0 2

28、 0 3 0 2 00 0 0 0 0 00 1 2 1 2 2 11 11 d d d d d c d d d d d s d c k d d d d d d d s d d d d d d d d d d d d d s d d d s d d d s dd s dd s CCC e 4 0 2 00 0 1 d d d d d c d c ke 第第4 4章章 |4.2 4.2 根據電容傳感器的工作原理說明它的分類，根據電容傳感器的工作原理說明它的分類， 電容傳感器能夠測量哪些物理參量？電容傳感器能夠測量哪些物理參量？ 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 答：原理：由物理學知，兩個平行金屬

29、極板組成的電容器。答：原理：由物理學知，兩個平行金屬極板組成的電容器。 如果不考慮其邊緣效應，其電容為如果不考慮其邊緣效應，其電容為C=S/d 式中式中為兩個極為兩個極 板間介質的介電常數，板間介質的介電常數，S為兩個極板對有效面積，為兩個極板對有效面積，d為兩為兩 個極板間的距離。個極板間的距離。 由此式知，改變電容由此式知，改變電容C的方法有三：的方法有三： 其一為改變介質的介電常數；其二為改變形成電容的有其一為改變介質的介電常數；其二為改變形成電容的有 效面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數的效面積；其三為改變各極板間的距離，而得到的電參數的 輸出為電容值的增量輸出為電容值的增

30、量 這就組成了電容式傳感器。這就組成了電容式傳感器。 第第4 4章章 |4.24.2 類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感 器、變介電常數型電容傳感器。器、變介電常數型電容傳感器。 電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動 振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回 轉精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差轉精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差 壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材 料的涂層、油膜

31、厚度、測量電介質的濕度、密度、料的涂層、油膜厚度、測量電介質的濕度、密度、 厚度等厚度等 C 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第4 4章章 |4.4 4.4 總結電容式傳感器的優(yōu)缺點，主要應用場合總結電容式傳感器的優(yōu)缺點，主要應用場合 以及使用中應注意的問題。以及使用中應注意的問題。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 4.4 答：答：優(yōu)點：優(yōu)點：a溫度穩(wěn)定性好溫度穩(wěn)定性好 b結構簡單、適應性強結構簡單、適應性強 c動響應好動響應好 缺點：缺點：a可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應 b輸出阻抗高、負載能力差輸出阻抗高、負載能力差 c寄生電容影響大寄生電容影響大

32、第第4 4章章 |4.44.4 輸出特性非線性：輸出特性非線性： 電容傳感器作為頻響寬、應用廣、非接觸測量的電容傳感器作為頻響寬、應用廣、非接觸測量的 一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、 振動、轉速、流量及成分分析的測量等方面得到了振動、轉速、流量及成分分析的測量等方面得到了 廣泛的應用。廣泛的應用。 使用時要注意保護絕緣材料的的絕緣性能；消除使用時要注意保護絕緣材料的的絕緣性能；消除 和減小邊緣效應；消除和減小寄生電容的影響；防和減小邊緣效應；消除和減小寄生電容的影響；防 止和減小外界的干擾。止和減小外界的干擾。 下頁下頁上頁上頁下頁下頁

33、上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |4.5 4.5 試推導圖試推導圖F1-8F1-8所示變電介質電容式位移傳感所示變電介質電容式位移傳感 器的特性方程器的特性方程C=f(x)C=f(x)。設真空的介電系數為。設真空的介電系數為0 0, , 2 21 1 ，以及極板寬度為，以及極板寬度為W W。其他參數如圖。其他參數如圖 F1-8F1-8所示。所示。 解：（自己推到）解：（自己推到） 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 xw dd wxl C 10 2010 21 2 0 解：如圖（解：如圖（1）所示的變介電質電容式傳感器的結構可等效）所示的變介電質電容式傳感器的結構可等效 為圖（為圖（2）。）。 此變介

34、電質電容式傳感器的電容此變介電質電容式傳感器的電容C可看作左半部分電容和可看作左半部分電容和 右半部分電容并聯(lián)，而左半部分電容介電質為，極板間距右半部分電容并聯(lián)，而左半部分電容介電質為，極板間距 為，電容量記為為，電容量記為C1，右半部分又可看作電介質為，極板間，右半部分又可看作電介質為，極板間 距為的電容距為的電容C2和介電質為，極板間距為的電容和介電質為，極板間距為的電容C3相串聯(lián)。相串聯(lián)。 所以有所以有: 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 3 1 2 1 1 1 CC CC 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 xw dd wxl C 10 2010 21 2 0 xw C 10 1 d w

35、xl C )( 2 10 d wxl C )( 3 20 整理得整理得 3 1 2 1 1 1 CC CC 將將C1、C2、C3代入：代入： 第第4 4章章 |4.7 4.7 簡述電容式傳感器用差動脈沖調寬電路的工簡述電容式傳感器用差動脈沖調寬電路的工 作原理及特點。作原理及特點。并繪制并繪制C、D及低通濾波器的輸出及低通濾波器的輸出 電壓波形電壓波形 。 |（P90P90） 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 答：工作原理：假設傳感器處于初始狀態(tài)，即答：工作原理：假設傳感器處于初始狀態(tài)，即 Cx1=Cx2=C0且且A點為高電平，即點為高電平，即UA=U,UB=

36、0。 此時此時UA經過經過Rl對對Cx1充電，使電容兩極板間的電壓按指充電，使電容兩極板間的電壓按指 數規(guī)律上升，當數規(guī)律上升，當UcE時，比較器時，比較器A1翻轉，輸出端呈負翻轉，輸出端呈負 電平，觸發(fā)器也跟著翻轉，電平，觸發(fā)器也跟著翻轉，Q端端(即即A點點)由高電平降為低由高電平降為低 電平，同時電平，同時B點電壓點電壓(即即)由低電平升為高電平；此時，由低電平升為高電平；此時， Cx1上充有電荷將經二極管上充有電荷將經二極管D1迅速放電。由于放電時間迅速放電。由于放電時間 常數極小，常數極小，Uc迅速降為零，這又導致比較器迅速降為零，這又導致比較器A1再翻轉成再翻轉成 輸出為正。輸出為正

37、。 從觸發(fā)器輸出端升為高電平開始，從觸發(fā)器輸出端升為高電平開始，UB即經過即經過R2按指數規(guī)按指數規(guī) 律對律對Cx2充電，充電，D點電位開始上升，當點電位開始上升，當UDE時，比較器時，比較器 A1翻轉，其輸出端由正變?yōu)樨?，使觸發(fā)器翻轉，其輸出端由正變?yōu)樨摚褂|發(fā)器FF又一次翻轉，又一次翻轉， 使端為低電平，使端為低電平，Q端為高電平于是充在端為高電平于是充在Cx2上的電荷經上的電荷經 D2放電，放電， D點電壓迅速降為零，點電壓迅速降為零，A2復原，同時復原，同時A點的高點的高 電位開始經電位開始經Dl對對Cx1充電，又重復上述過程。充電，又重復上述過程。 波形如右圖所示：波形如右圖所示：

38、第第5 5章章 |5.1 5.1 答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉 換為電信號的一種傳感器。換為電信號的一種傳感器。 電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測 量的一種裝置。量的一種裝置。 磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。 而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動 態(tài)信號檢測；其響應速度較慢，也不宜做快速動態(tài)態(tài)信號檢測；其響應速度較慢，也不宜做快速動態(tài) 測量。測量。 磁電式傳感器測量的物理參數有：磁場、電

39、流、磁電式傳感器測量的物理參數有：磁場、電流、 位移、壓力、振動、轉速。位移、壓力、振動、轉速。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 5.1 磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感 器主要用于測量哪些物理參數？器主要用于測量哪些物理參數？ |5.25.2 答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、 轉速等。轉速等。 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電 流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的

40、空 載電勢，可用輸出的電壓表示。載電勢，可用輸出的電壓表示。 溫度補償方法：溫度補償方法： a a分流電阻法：分流電阻法： 適用于恒流源供給控制電流的情況。適用于恒流源供給控制電流的情況。 b b電橋補償法電橋補償法 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 5.2 霍爾元件能夠測量哪些物理參數？霍爾元件的不等霍爾元件能夠測量哪些物理參數？霍爾元件的不等 位電勢的概念是什么？溫度補償的方法有哪幾種？位電勢的概念是什么？溫度補償的方法有哪幾種？ |5.35.3 答：一塊長為答：一塊長為l l、寬為、寬為d d的半導體薄片置于磁感應強度的半導體薄片置于磁感應強度 為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流為

41、磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當有電流I I流過流過 時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢U Uh h。 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應?；魻柦M件多用這種現(xiàn)象稱為霍爾效應?；魻柦M件多用N N型半導體材型半導體材 料，且比較薄。料，且比較薄。 霍爾式傳感器轉換效率較低，受溫度影響大，但霍爾式傳感器轉換效率較低，受溫度影響大，但 其結構簡單、體積小、堅固、頻率響應寬、動態(tài)范其結構簡單、體積小、堅固、頻率響應寬、動態(tài)范 圍（輸出電勢變化）大、無觸點，使用壽命長、可圍（輸出電勢變化）大、無觸點，使用壽命長、可 靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術、靠性高、

42、易微型化和集成電路化，因此在測量技術、 自動控制、電磁測量、計算裝置以及現(xiàn)代軍事技術自動控制、電磁測量、計算裝置以及現(xiàn)代軍事技術 等領域中得到廣泛應用。等領域中得到廣泛應用。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 5.3 簡述霍爾效應及構成以及霍爾傳感器可能的應用簡述霍爾效應及構成以及霍爾傳感器可能的應用 場合。場合。 |6.16.1 答：某些電介質在沿一定的方向受到外力的作用變形時，答：某些電介質在沿一定的方向受到外力的作用變形時， 由于內部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產生符號相反的由于內部電極化現(xiàn)象同時在兩個表面上產生符號相反的 電荷，當外力去掉后，恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用電荷，當外力去掉后

43、，恢復到不帶電的狀態(tài)；而當作用 力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生力方向改變時，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產生 的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效的電荷量與外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效 應。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產生應。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產生 機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電機械變形，外電場撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電 效應。效應。 壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、 有機高分子聚合材料有機高分子聚合材料 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖

44、庫 |6.1 6.1 什么是壓電效應？壓電效應有哪些種類？壓什么是壓電效應？壓電效應有哪些種類？壓 電傳感器的結構和應用特點是什么？能否用壓電電傳感器的結構和應用特點是什么？能否用壓電 傳感器測量靜態(tài)壓力？傳感器測量靜態(tài)壓力？ 第第6 6章章 |6.16.1 結構和應用特點：結構和應用特點： 在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用在壓電式傳感器中，為了提高靈敏度，往往采用 多片壓電芯片構成一個壓電組件。其中最常用的是多片壓電芯片構成一個壓電組件。其中最常用的是 兩片結構；根據兩片壓電芯片的連接關系，可分為兩片結構；根據兩片壓電芯片的連接關系，可分為 串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增

45、大輸串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸 出電荷，提高靈敏度。出電荷，提高靈敏度。 使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預緊力，使用時，兩片壓電芯片上必須有一定的預緊力， 以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時 可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤可消除兩片壓電芯片因接觸不良而引起的非線性誤 差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關系差，保證輸出信號與輸入作用力間的線性關系 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第6 6章章 |6.16.1 因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實因此需要測量電路具有無限大的輸入阻抗。但實 際上這是

46、不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測 量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充， 并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動并給測量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動 態(tài)測量。態(tài)測量。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第6 6章章 |6.2 6.2 為什么壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬為什么壓電傳感器通常都用來測量動態(tài)或瞬 態(tài)參量？態(tài)參量？ |6.26.2 答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會泄 露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來

47、測露，無法進行測量。所以壓電傳感器通常都用來測 量動態(tài)或瞬態(tài)參量。量動態(tài)或瞬態(tài)參量。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第7 7章章 |7.17.1 答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的答：當用光照射物體時，物體受到一連串具有能量的 光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量光子的轟擊，于是物體材料中的電子吸收光子能量 而發(fā)生相應的電效應（如電阻率變化、發(fā)射電子或而發(fā)生相應的電效應（如電阻率變化、發(fā)射電子或 產生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應。產生電動勢等）。這種現(xiàn)象稱為光電效應。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |7.1 什么是光電效應？什么是光電效應？ 第第8 8章章 |

48、8.18.1答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型：答：熱電阻傳感器分為以下幾種類型： 鉑電阻傳感器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性鉑電阻傳感器：特點是精度高、穩(wěn)定性好、性 能可靠。主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用能可靠。主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用 在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應用于溫度的基在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應用于溫度的基 準、標準的傳遞，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種。準、標準的傳遞，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種。 銅電阻傳感器：價錢較鉑金屬便宜。在測溫范銅電阻傳感器：價錢較鉑金屬便宜。在測溫范 圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數比圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系

49、數比 較大，電阻值與溫度之間接近線性關系。材料容易較大，電阻值與溫度之間接近線性關系。材料容易 提純，價格便宜。不足之處是測量精度較鉑電阻稍提純，價格便宜。不足之處是測量精度較鉑電阻稍 低、電阻率小。低、電阻率小。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 8.1 熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應用熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應用 在什么不同場合？在什么不同場合？ 第第8 8章章 |8.18.1 鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度 系數較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度系數較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度 高的電阻溫度計，其缺點是容

50、易氧化，化學穩(wěn)定性高的電阻溫度計，其缺點是容易氧化，化學穩(wěn)定性 差，不易提純，復制性差，而且電阻值與溫度的線差，不易提純，復制性差，而且電阻值與溫度的線 性關系差。目前應用不多性關系差。目前應用不多 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |8.28.2 答：答：熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）熱電動勢：兩種不同材料的導體（或半導體）A A、B B 串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下，串接成一個閉合回路，并使兩個結點處于不同的溫度下， 那么回路中就會存在熱電勢。有電流產生相應的熱電勢那么回路中就會存在熱電勢。有電流產生相應的熱電勢 稱為溫差電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。稱為溫差

51、電勢或塞貝克電勢，通稱熱電勢。 接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電接觸電動勢：接觸電勢是由兩種不同導體的自由電 子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢。它的大小取 決于兩導體的性質及接觸點的溫度，而與導體的形狀和決于兩導體的性質及接觸點的溫度，而與導體的形狀和 尺寸無關。尺寸無關。 溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不溫差電動勢：是在同一根導體中，由于兩端溫度不 同而產生的一種電勢。同而產生的一種電勢。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |8.2 什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？說明熱電什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動

52、勢？說明熱電 偶測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因偶測溫原理及其工作定律的應用。分析熱電偶測溫的誤差因 素，并說明減小誤差的方法素，并說明減小誤差的方法。 第第8 8章章 |8.28.2 熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的熱電偶測溫原理：熱電偶的測溫原理基于物理的 熱電效應熱電效應 。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組。所謂熱電效應，就是當不同材料的導體組 成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在成一個閉合回路時，若兩個結點的溫度不同，那么在 回路中將會產生電動勢的現(xiàn)象。回路中將會產生電動勢的現(xiàn)象。 兩點間的溫差越大，產生的電動勢就越大。引入適兩點間的溫差越大，

53、產生的電動勢就越大。引入適 當的測量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大當的測量電路測量電動勢的大小，就可測得溫度的大 小。小。 熱電偶三定律：熱電偶三定律： a a 中間導體定律：中間導體定律： 熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中熱電偶測溫時，若在回路中插入中間導體，只要中 間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢間導體兩端的溫度相同，則對熱電偶回路總的熱電勢 不產生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示一不產生影響。在用熱電偶測溫時，連接導線及顯示一 起等均可看成中間導體。起等均可看成中間導體。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第8 8章章 |8.28.2 b b 中

54、間溫度定律：中間溫度定律： 任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T T，冷端，冷端 為為T T 時的熱電勢等于該熱電偶熱端為時的熱電勢等于該熱電偶熱端為T T冷端為冷端為TnTn時的時的 熱電勢與同一熱電偶熱端為熱電勢與同一熱電偶熱端為TnTn，冷端為，冷端為T T0 0 時熱電勢時熱電勢 的代數和。的代數和。 應用：對熱電偶冷端不為應用：對熱電偶冷端不為0 0度時，可用中間溫度定度時，可用中間溫度定 律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據中間溫律加以修正。熱電偶的長度不夠時，可根據中間溫 度定律選用適當的補償線路。度定律選用適當的補償線路。 c c參考電極

55、定律：參考電極定律： 如果如果A A、B B兩種導體（熱電極）分別與第三種導體兩種導體（熱電極）分別與第三種導體C C 0 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第8 8章章 |8.28.2 （參考電極）組成的熱電偶在結點溫度為（參考電極）組成的熱電偶在結點溫度為（T T，T T0 0 ） 時分別為時分別為 和和 ，那么受相同溫，那么受相同溫 度下，又度下，又A A、B B兩熱電極配對后的熱電勢為兩熱電極配對后的熱電勢為 實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實實用價值：可大大簡化熱電偶的選配工作。在實 際工作中，只要獲得有關熱電極與標準鉑電極配對際工作中，只要獲得有關熱電極與標準鉑電極配對

56、的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的的熱電勢，那么由這兩種熱電極配對組成熱電偶的 熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。熱電勢便可由上式求得，而不需逐個進行測定。 誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響 0 ,T TEAC 0 ,TTEBC 000 ,TTETTETT E BCACAB 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第8 8章章 |8.28.2 減小誤差的措施有：減小誤差的措施有： a 0a 0o oC C恒溫法恒溫法 b b 計算修正法（冷端溫度修正法）計算修正法（冷端溫度修正法） c c 儀表機械零點調整法儀表機械零點調整法 d d 熱電

57、偶補償法熱電偶補償法 e e 電橋補償法電橋補償法 f f 冷端延長線法冷端延長線法 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第8 8章章 |8.3 8.3 試述熱電偶測溫的基本原理和基本定理。試述熱電偶測溫的基本原理和基本定理。 |答：答： 8.3 8.3 見見8.28.2 或（或（P171P171）。）。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 第第8 8章章 |8.48.4 答：電阻溫度計利用電阻隨溫度變化的特性來測量溫答：電阻溫度計利用電阻隨溫度變化的特性來測量溫 度。熱電偶溫度計是根據熱電效應原理設計而成的。度。熱電偶溫度計是根據熱電效應原理設計而成的。 前者將溫度轉換為電阻值的大小，后者將溫

58、度轉換前者將溫度轉換為電阻值的大小，后者將溫度轉換 為電勢大小。為電勢大小。 相同點：都是測溫傳感器，精度及性能都與傳感相同點：都是測溫傳感器，精度及性能都與傳感 器材料特性有關。器材料特性有關。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 8.4 試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點。試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點。 第第1313章章 |13.113.1 答：測量原理是指用什么樣的原理去測量被測量。答：測量原理是指用什么樣的原理去測量被測量。 測量方法：測量方法： 按測量手段分類：直接測量、間接測量和聯(lián)立按測量手段分類：直接測量、間接測量和聯(lián)立 測量測量 按測量方式分類：偏差式測量、零位式測

59、量和按測量方式分類：偏差式測量、零位式測量和 微差式測量。微差式測量。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 13.1 什么是測量原理？測量方法有哪幾種什么是測量原理？測量方法有哪幾種？ |13.213.2 答：當我們對同一物理量進行多次重復測量時，如果答：當我們對同一物理量進行多次重復測量時，如果 誤差按照一定的規(guī)律性出現(xiàn)，則把這種誤差稱為系誤差按照一定的規(guī)律性出現(xiàn)，則把這種誤差稱為系 統(tǒng)誤差。統(tǒng)誤差。 系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因有：系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的原因有： 工具誤差：指由于測量儀表或儀表組成組件本工具誤差：指由于測量儀表或儀表組成組件本 身不完善所引起的誤差。身不完善所引起的誤差。 方法誤差：指由于對測

60、量方法研究不夠而引起方法誤差：指由于對測量方法研究不夠而引起 的誤差。的誤差。 定義誤差：是由于對被測量的定義不夠明確而定義誤差：是由于對被測量的定義不夠明確而 形成的誤差。形成的誤差。 理論誤差：是由于測量理論本身不夠完善而只理論誤差：是由于測量理論本身不夠完善而只 能進行近似的測量所引起的誤差。能進行近似的測量所引起的誤差。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 |13.2 什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差產生的原因是什么？什么是系統(tǒng)誤差？系統(tǒng)誤差產生的原因是什么？ 如何減小系統(tǒng)誤差？如何減小系統(tǒng)誤差？ 第第1313章章 |13.213.2 環(huán)境誤差：是由于測量儀表工作的環(huán)境（溫度、環(huán)境誤差：是由于測