篩選-傳感器原理及應(yīng)用_周四春_習(xí)題

1、第1章傳感器概述 1什么是傳感器？（傳感器定義）2傳感器由哪幾個(gè)部分組成？分別起到什么作用？3. 傳感器特性在檢測(cè)系統(tǒng)中起到什么作用？4解釋下列名詞術(shù)語(yǔ)：1)敏感元件;2)傳感器; 3)信號(hào)調(diào)理器;4)變送器。答案：3答：傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，即檢測(cè)與控制之首。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)研究與自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程要獲取的信息都要通過(guò)傳感器獲取并通過(guò)它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號(hào)，其作用與地位特別重要。4答：敏感元件：指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分。傳感器：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。信號(hào)調(diào)

2、理器：對(duì)于輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置。變送器：能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器  第2章傳感器特性1傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？動(dòng)態(tài)參數(shù)有那些？應(yīng)如何選擇？2某傳感器精度為2%FS ，滿度值50mv ，求出現(xiàn)的最大誤差。當(dāng)傳感器使用在滿刻度值1/2和1/8 時(shí)計(jì)算可能產(chǎn)生的百分誤差，并說(shuō)出結(jié)論。3一只傳感器作二階振蕩系統(tǒng)處理，固有頻率f0=800Hz，阻尼比=0.14，用它測(cè)量頻率為400的正弦外力，幅植比，相角各為多少？=0.7時(shí)，又為多少？4某二階傳感器固有頻率f0=10KHz，阻尼比=0.1若幅度誤差小于3%，試求：決定此傳感器的工作頻

3、率。5. 某位移傳感器，在輸入量變化5 mm時(shí)，輸出電壓變化為300 mV,求其靈敏度。6. 某測(cè)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：S1=0.2mV/、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系統(tǒng)的總的靈敏度。7測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：a)試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；b)用C語(yǔ)言編制程序在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)。8某溫度傳感器為時(shí)間常數(shù) T=3s 的一階系統(tǒng)，當(dāng)傳感器受突變溫度作用后，試求傳感器指示出溫差的1/3和1/2所需的時(shí)間。9某傳感器為一階系統(tǒng)，當(dāng)受階躍函數(shù)作用時(shí)，在t=0時(shí)，輸出為10mV;t時(shí)，輸出為100mV;在t=5s時(shí)，輸出為50m

4、V,試求該傳感器的時(shí)間常數(shù)。10某一階壓力傳感器的時(shí)間常數(shù)為0.5s,若階躍壓力從25MPa,試求二倍時(shí)間常數(shù)的壓力和2s后的壓力。11某壓力傳感器屬于二階系統(tǒng)，其固有頻率為1000Hz,阻尼比為臨界值的50%,當(dāng)500Hz的簡(jiǎn)諧壓力輸入后，試求其幅值誤差和相位滯后。12。已知某壓力傳感器的測(cè)定范圍為010000Pa，輸入特性表示為：y=10(x-0.00007x2+2000)請(qǐng)問(wèn)這種傳感器能使用嗎？13。某CO2氣體傳感器在20。C，濃度范圍為0100ppm時(shí)的輸入特性表示為Rx=x+250(k),用差動(dòng)法回答以下問(wèn)題（其中R1=10M,E=2V）:利用最簡(jiǎn)單的電阻-電壓變換電路，繪出X，V

5、0的關(guān)系圖。利用電橋進(jìn)行電阻-電壓變換電路，繪出20 。C時(shí)X，V0的關(guān)系圖。另外，當(dāng)30。C時(shí)，Rx=x+500(k)，在同一張圖上再加上X，V0的關(guān)系圖，然后進(jìn)行比較。采用兩個(gè)差動(dòng)法的傳感器電路繪出20。C，30。C時(shí)X，V0的關(guān)系，然后與（2）中的圖形進(jìn)行比較。14。設(shè)阻抗Rs為1 k俄信號(hào)源與100V的動(dòng)力線有50m的并行走線距離，靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的噪聲電壓為多少？分布電容設(shè)為10pF/m。 答案：1.答：   靜特性是當(dāng)輸入量為常數(shù)或變化極慢時(shí)，傳感器的輸入輸出特性，其主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、分辨力、穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、各種抗干擾穩(wěn)定性。

6、傳感器的靜特性由靜特性曲線反映出來(lái)，靜特性曲線由實(shí)際測(cè)繪中獲得。人們根據(jù)傳感器的靜特性來(lái)選擇合適的傳感器。5解：6。 解：7 解：帶入數(shù)據(jù)擬合直線靈敏度 0.68,線性度 ±7% 。，8解：設(shè)溫差為R,測(cè)此溫度傳感器受幅度為R的階躍響應(yīng)為(動(dòng)態(tài)方程不考慮初態(tài))9解：此題與爐溫實(shí)驗(yàn)的測(cè)試曲線類似:10解：11解：所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042,所求幅值誤差為1.109,相位滯后33042,12答：dy/dx=1-0.00014x。微分值在x<7143Pa時(shí)為正，x>7143Pa時(shí)為負(fù)，故不能使用。13答：20。C時(shí)，0100ppm對(duì)應(yīng)得電阻變化為250350

7、k。V0在48.7867.63mV之間變化。如果R2=10 M，R3=250 k，20。C時(shí)，V0在018.85mV之間變化。30。C時(shí)V0在46.46mV（0ppm）64.43mV（100ppm）之間變化。20。C時(shí)，V0為018.85mV，30。C時(shí)V0為017.79mV，如果零點(diǎn)不隨溫度變化，靈敏度約降低4.9%。但相對(duì)（2）得情況來(lái)說(shuō)有很大的改善。14答：感應(yīng)電壓=2fCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1k, VN=100代入，并保證單位一致，得：感應(yīng)電壓=2*60*500*10-12*1000*100V=1.8*10-2V第3章應(yīng)變式傳感器概述1什么是應(yīng)變效應(yīng)？什么是壓阻效應(yīng)

8、？什么是橫向效應(yīng)？試說(shuō)明金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的相同和不同之處。2有一吊車的拉力傳感器如圖所示，電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4等截面軸上，已知R1R4標(biāo)稱阻值為120，橋路電壓2V，物重m引起R1、R2變化增量為1.2。請(qǐng)畫(huà)出應(yīng)變片電橋電路，計(jì)算出測(cè)得的輸出電壓和電橋輸出靈敏度，R3、R4起什么作用？3在傳感器測(cè)量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應(yīng)用場(chǎng)合？用電阻應(yīng)變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？4。相敏檢波電路與普通檢波電路有什么不同？請(qǐng)敘述相敏檢波電路工作原理。（參考實(shí)驗(yàn)講義p7電路原理圖）5。電橋如圖所示：試推導(dǎo)電橋平衡條件V0（R1,R2,R3,R4）=0

9、V。 6。電橋預(yù)調(diào)平衡電路如圖，初始不平蘅值：R1=348， R2=350 ，R3=120，R4=120，R5=1K， R6=20K，E=24V求：調(diào)節(jié)滑片，平衡時(shí)R7，R8的值。平衡后R1/R2=R3/R4，對(duì)嗎？7.在用直流電橋測(cè)量電阻的時(shí)候，若標(biāo)準(zhǔn)電阻Rn=10.0004的電橋已經(jīng)平衡（則被測(cè)電阻Rx=10.0004），但是由于檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)在±0.3mm以內(nèi)時(shí)，人眼就很難觀測(cè)出來(lái)，因此Rn的值也可能不是10.0004 ,而是Rn=10.0004±Rn 。若已知電橋的相對(duì)靈敏度Sr=1mm/0.01% ，求對(duì)應(yīng)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)±0.3mm時(shí)，Rn ？

10、8. 說(shuō)明電阻應(yīng)變片的組成和種類。電阻應(yīng)變片有哪些主要特性參數(shù)？9. 一個(gè)量程為10kN的應(yīng)變式測(cè)力傳感器，其彈性元件為薄壁圓筒軸向受力，外徑20mm,內(nèi)徑18mm,在其表面粘貼八各應(yīng)變片，四個(gè)沿周向粘貼，應(yīng)變片的電阻值均為120,靈敏度為2.0,波松比為0.3,材料彈性模量E=2.1×1011Pa。要求：繪出彈性元件貼片位置及全橋電路；計(jì)算傳感器在滿量程時(shí)，各應(yīng)變片電阻變化；當(dāng)橋路的供電電壓為10V時(shí)，計(jì)算傳感器的輸出電壓。10. 應(yīng)變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補(bǔ)償溫度誤差的方法是什么？11. 今有一懸臂梁，如圖所示，在其中上部上、下兩面各貼兩片應(yīng)變片，組成全橋，該梁在其懸臂梁一

11、端受一向下力F=0.5N,試求此時(shí)這四個(gè)應(yīng)變片的電阻值。已知：應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.1;應(yīng)變片空載電阻R0=120。          12. 如圖所示一受拉的10#優(yōu)質(zhì)碳素鋼桿。試用允許通過(guò)的最大電流為30mA的康銅絲應(yīng)變片組成一單臂受感電橋。試求出此電橋空載時(shí)的最大可能的輸出電壓（應(yīng)變片的電阻為120）。13鋼材上粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為0.1%，鋼材的應(yīng)力為10kg/mm2。求鋼材的應(yīng)變。鋼材的應(yīng)變?yōu)?00*10-6時(shí)，粘貼的應(yīng)變片的電阻變化率為多少?14截面積為1mm2、長(zhǎng)度為100m

12、銅線的電阻為多少？具有和它相同電阻的100m鋁線的截面積為多大？比較此時(shí)的鋁線重量和銅線重量。15試推導(dǎo)惠斯頓電橋輸入輸出之間的關(guān)系。16參考有關(guān)書(shū)籍中的地震式加速度傳感器的工作原理并推導(dǎo)出公式：17。給出力平衡測(cè)量系統(tǒng)得一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，并給出系統(tǒng)的信號(hào)流方框圖。 答案7. 解：8.答： 金屬電阻應(yīng)變片由四部分組成：敏感柵、基底、蓋層、粘結(jié)劑、引線。分為金屬絲式和箔式。其主要特性參數(shù)：靈敏系數(shù)、橫向效應(yīng)、機(jī)械滯后、零漂及蠕變、溫度效應(yīng)、應(yīng)變極限、疲勞壽命、絕緣電阻、最大工作電流、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。  9. 答：(1).全橋電路如右圖所示(2).圓桶截面積 &#

13、160;   應(yīng)變片1、2、3、4感受縱向應(yīng)變；應(yīng)變片5、6、7、8感受縱向應(yīng)變；滿量程時(shí)： （3）10答：敏感元件與彈性元件溫度誤差不同產(chǎn)生虛假誤差，可采用自補(bǔ)償和線路補(bǔ)償。 11解：   12解： 13解：是R/R=2（l/l）。因?yàn)殡娮枳兓适荝/R=0.001，所以l/l（應(yīng)變）=0.0005=5*10-4。因l/l=300*10-6，所以，R/R=2*300*10-6=6*10-4。 14答：R=(l/S)中，(鎳)是（95104）*10-8·m，（銅）是1.72*10-8&

14、#183;m，所以R（鎳）/R（銅）=（鎳）/（銅）=（95104）/1.72=55.260.5。 15答：假定輸入輸出端沒(méi)有電流流過(guò)，流過(guò)阻抗Z4和Z1的電流為i4，流過(guò)阻抗Z3和Z2的電流為i3，由基爾霍夫電壓定律得以下關(guān)系式：（Z4+Z1）i4= ( Z3+Z2)i3=Vi(1)i4Z4= i3 Z3+Vi(2)由（1）式得（3）（4）將（3）和（4）代入（2）求得V0為：V0 = i4Z4 -i3 Z3=（）Vi=Vi  16答：由等效力學(xué)模型得，當(dāng)有位移輸入u(t)時(shí)，盛物器的相對(duì)位移x的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)椋海?）因此，如果物體以振動(dòng)頻率f（角頻率=2f）、振幅

15、U0作正弦振動(dòng)u(t)=U0sint則上述微分方程為：（7）其中因此，（7）的特解，求得如下：x（t）=X0sin(t+)(8)X0,用=/p表示，則有（9）（10）如果1，則由（9）得(11)即p2X0=2U0, =2f(12) 17答：方框圖如下： 第4章電感式傳感器1.敘述變磁阻式傳感器的工作原理。2.說(shuō)明差動(dòng)變壓器（螺線管式）傳感器的結(jié)構(gòu)形式與輸出特性。3.什么是零點(diǎn)殘余電壓，有哪些方法可以進(jìn)行殘余電壓補(bǔ)償？4.用差動(dòng)變壓器進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)采用那種電路形式可以直接由輸出電壓區(qū)別位移的大小和方向？5.什么是電渦流效應(yīng)？電渦流傳感器可以進(jìn)行哪些非電量參數(shù)測(cè)量？ 

16、 分別利用哪些物理量進(jìn)行檢測(cè)，由哪個(gè)電參量轉(zhuǎn)換進(jìn)行電量輸出的？6差動(dòng)電感結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)，采用什么電路可有線形輸出？7電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理是什么？8試分析差動(dòng)變壓器相敏檢測(cè)電路的工作原理。9分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說(shuō)明如何改善？10圖所示一簡(jiǎn)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(shè)鐵心及銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率為104，空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率為1，真空的磁導(dǎo)率為4×10-7Hm-1,試計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為零及為2mm時(shí)的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.11簡(jiǎn)述電渦流效應(yīng)及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應(yīng)用場(chǎng)合。電感：12問(wèn)振幅是5V，頻率是1000Hz的正弦波

17、交流的有效值為多少？周期為多少？13。在膜厚傳感器上，厚度l 越大，線圈的自感系數(shù)是變大還是變?。看鸢?答：種類：自感式、渦流式、差動(dòng)式、變壓式、壓磁式、感應(yīng)同步器。原理：自感、互感、渦流、壓磁。8答：相敏檢測(cè)電路原理是通過(guò)鑒別相位來(lái)辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過(guò)相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負(fù)表明位移的方向。9答：原因是改變了空氣隙長(zhǎng)度改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，最好使用差動(dòng)式傳感器，其靈敏度增加非線性減少。10解：空氣氣隙為

18、零時(shí)：空氣氣隙為2mm時(shí)：11答：應(yīng)用場(chǎng)合有低頻透射渦流測(cè)厚儀，探傷，描述轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)軌跡軌跡儀。12答 ：有效值（p.73）=3.54V。周期（p.71）=1/1000=10-3s=1ms。 13答：變大。 第5章電容式傳感器1.電容傳感器有哪些類型？2.敘述電容傳感器的工作原理，輸出特性。3.為什么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動(dòng)形式，差動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是什么？4.電容傳感器的測(cè)量電路有哪些？敘述二極管雙T型交流電橋工作原理。5.說(shuō)明P100圖5-17差動(dòng)式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理。6.P90圖5-6，已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為d=10mm;=50F/m

19、;兩極板幾何尺寸一樣為30mm*20mm*5mm（長(zhǎng)*寬*厚）;在外力作用下動(dòng)極板在原位置向外移動(dòng)10mm（寬）；試求C=？。7差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)的工作原理？8如圖：電容傳感器的雙T電橋測(cè)量電路，已知R1=R2=R=40K，RL=20K，E=10V，f=1MHz，C1=10pF， C1=1 Pf。求UL的表達(dá)試，帶入?yún)?shù)求UL的值。9推導(dǎo)差動(dòng)式電容傳感器的靈敏度，并與單極式電容傳感器相比較。10根據(jù)電容傳感器的工作原理說(shuō)明它的分類，電容傳感器能夠測(cè)量哪些物理參量？11有一個(gè)直徑為2m、高5m的鐵桶，往桶內(nèi)連續(xù)注水，當(dāng)注水?dāng)?shù)量達(dá)到桶容量的80%時(shí)就應(yīng)當(dāng)停止，試分析用應(yīng)變片式或電容式傳感器系

20、統(tǒng)來(lái)解決該問(wèn)題的途徑和方法。12總結(jié)電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，主要應(yīng)用場(chǎng)合以及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。13試推導(dǎo)圖F1-8所示變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設(shè)真空的介電系數(shù)為0, 21 ，以及極板寬度為W。其他參數(shù)如圖F1-8所示。14. 在上題中，設(shè)=d=1mm，極板為正方形（邊長(zhǎng)50mm）。1 =1,2=4試在x=0到50mm范圍內(nèi)，輸出磁位移傳感器的特性曲線，并給以適當(dāng)說(shuō)明。15. 簡(jiǎn)述電容式傳感器用差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點(diǎn)。答案9答：差動(dòng)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。10答：原理：由物理學(xué)知，兩個(gè)平行金屬極板組成的電容器。如果不考慮其邊緣

21、效應(yīng)，其電容為C=S/D 式中為兩個(gè)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩個(gè)極板對(duì)有效面積，D為兩個(gè)極板間的距離。由此式知，改變電容C的方法有三：其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)；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(shù)的輸出為電容值的增量這就組成了電容式傳感器。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(shù)型電容傳感器。電容傳感器的應(yīng)用：可用來(lái)測(cè)量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅。尤其適合測(cè)溫、高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量。還可用來(lái)測(cè)量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測(cè)量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。11答：可選用差分式

22、電容壓力傳感器，通過(guò)測(cè)量筒內(nèi)水的重力，來(lái)控制注水?dāng)?shù)量。或者選用應(yīng)變片式液徑傳感器。12答：優(yōu)點(diǎn)：a溫度穩(wěn)定性好b結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)c動(dòng)響應(yīng)好缺點(diǎn)：a可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)b輸出阻抗高、負(fù)載能力差c寄生電容影響大輸出特性非線性：電容傳感器作為頻響寬、應(yīng)用廣、非接觸測(cè)量的一種傳感器，在位移、壓力、厚度、物位、濕度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、流量及成分分析的測(cè)量等方面得到了廣泛的應(yīng)用。使用時(shí)要注意保護(hù)絕緣材料的的絕緣性能；消除和減小邊緣效應(yīng)；消除和減小寄生電容的影響；防止和減小外界的干擾。13解： 15答：工作原理：假設(shè)傳感器處于初始狀態(tài)，即Cx1 = Cx2 = C0,且A點(diǎn)為高電平，即Ua

23、=U; 而B(niǎo)點(diǎn)為低電平，即Ub=0差分脈沖調(diào)寬型電路的特點(diǎn)就在于它的線性變換特性。 第6章電壓式傳感器1.什么是正壓電效應(yīng)？什么是逆壓電效應(yīng)？壓電效應(yīng)有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)是什么？能否用壓電傳感器測(cè)量靜態(tài)壓力？2.石英晶體X、Y、Z軸的名稱是什么？有哪些特征？3.簡(jiǎn)述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點(diǎn)？4.說(shuō)明電壓放大器與電荷放大器的優(yōu)缺點(diǎn)，各自要解決什么問(wèn)題？5.用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測(cè)量機(jī)器振動(dòng)，已知，加速度計(jì)靈敏度為5pc/g;電荷放大器靈敏度為50mv/p，最大加速度時(shí)輸出幅值2v，試求機(jī)器振動(dòng)加速度。6超聲波傳感器利用壓電材料制成發(fā)

24、射器和接收器，說(shuō)明它們各利用哪種壓電效應(yīng)？7電荷放大器所要解決的核心問(wèn)題是什么？試推導(dǎo)其輸入輸出關(guān)系。8簡(jiǎn)述電壓試加速傳感器的工作原理？9.為什么壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量？10. 設(shè)計(jì)壓電式傳感器檢測(cè)電路的基本考慮點(diǎn)是什么？為什么？11.畫(huà)出(111)晶面和<110>晶向。并計(jì)算(111)晶面內(nèi)， <110>晶向的縱向壓阻系數(shù)和橫向壓阻系數(shù)。答案1.答：某些電介質(zhì)在沿一定的方向受到外力的作用變形時(shí)，由于內(nèi)部電極化現(xiàn)象同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；而當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性隨著改變。晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的

25、大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)晶體施加一定變電場(chǎng)，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，外電場(chǎng)撤離，變形也隨之消失，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電材料有：石英晶體、一系列單晶硅、多晶陶瓷、有機(jī)高分子聚合材料結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)：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(gòu)成一個(gè)壓電組件。其中最常用的是兩片結(jié)構(gòu)；根據(jù)兩片壓電芯片的連接關(guān)系，可分為串聯(lián)和并聯(lián)連接，常用的是并聯(lián)連接，可以增大輸出電荷，提高靈敏度。使用時(shí)，兩片壓電芯片上必須有一定的預(yù)緊力，以保證壓電組件在工作中始終受到壓力作用，同時(shí)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(hào)與輸入作用力間的線性關(guān)系,因此需要測(cè)量電路具有

26、無(wú)限大的輸入阻抗。但實(shí)際上這是不可能的，所以壓電傳感器不宜作靜態(tài)測(cè)量，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補(bǔ)充，并給測(cè)量電路一定的電流。故壓電傳感器只能作動(dòng)態(tài)測(cè)量。2. 答：石英晶體整個(gè)晶體是中性的，受外力作用而變形時(shí)，沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但它具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。原始的壓電陶瓷材料并不具有壓電性，必須在一定溫度下做極化處理，才能使其呈現(xiàn)出壓電性。所謂極化，就是以強(qiáng)電場(chǎng)使“電疇”規(guī)則排列，而電疇在極化電場(chǎng)除去后基本保持不變，留下了很強(qiáng)的剩余極化。當(dāng)極化后的鐵電體受到外力作用時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度將隨之發(fā)生變化，從而使一定表面分別產(chǎn)生正負(fù)電荷。在極化方向上

27、壓電效應(yīng)最明顯。鐵電體的參數(shù)也會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化老化，鐵電體老化將使壓電效應(yīng)減弱。9. 答：如作用在壓電組件上的力是靜態(tài)力，則電荷會(huì)泄露，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。所以壓電傳感器通常都用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)參量。10. 答：基本考慮點(diǎn)是如何更好的改變傳感器的頻率特性，以使傳感器能用于更廣泛的領(lǐng)域。 第7章磁電式傳感器1.為什么說(shuō)磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？2.變磁阻式傳感器有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？可以檢測(cè)哪些非電量？3.磁電式傳感器是速度傳感器，它如何通過(guò)測(cè)量電路獲得相對(duì)應(yīng)的位移和加速度信號(hào)？4.什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢(shì)的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢(shì)的因素有哪些？5.集成霍爾器件有哪幾種類型

28、？試畫(huà)出其輸出特性曲線。6.有一測(cè)量轉(zhuǎn)速裝置，調(diào)制盤(pán)上有100對(duì)永久磁極，N、S極交替放置，調(diào)制盤(pán)由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在磁極上方固定一個(gè)霍爾元件，每通過(guò)一對(duì)磁極霍爾元件產(chǎn)生一個(gè)方脈沖送到計(jì)數(shù)器。假定t=5min采樣時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器收到N=15萬(wàn)個(gè)脈沖，求轉(zhuǎn)速n=？轉(zhuǎn)/分。7.磁敏元件有哪些？（磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管）什么是磁阻效應(yīng)？簡(jiǎn)述磁敏二極管、晶體管工作原理。8.磁敏電阻與磁敏晶體管有哪些不同？與霍爾元件在本質(zhì)上的區(qū)別是什么？9.磁敏晶體管與普通晶體管的區(qū)別是什么？10試證明霍爾式位移傳感器的輸出與位移成正比。11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(cè)量哪些物理參

29、數(shù)？12. 霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？13. 簡(jiǎn)述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場(chǎng)合。14.發(fā)電機(jī)是利用導(dǎo)線在永久磁鐵的磁場(chǎng)中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而發(fā)電的。無(wú)論負(fù)載怎樣消耗這個(gè)電能，永久磁鐵不會(huì)變?nèi)酰@是什么道理？答案11。答：a.磁電式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(lái)測(cè)量的一種裝置。b.磁電式傳感器具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。而電感式傳感器存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。c. 磁電式傳感器測(cè)量的物理參數(shù)有：磁場(chǎng)、電流、位移

30、、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速。12 答：a.霍爾元件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。b.霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。c.溫度補(bǔ)償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補(bǔ)償法13.答：一塊長(zhǎng)為l、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Uh。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用N型半導(dǎo)體材料，且比較薄?；魻柺絺鞲衅鬓D(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍（輸出電勢(shì)變化）大、無(wú)觸點(diǎn)，

31、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制、電磁測(cè)量、計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。  14答：發(fā)電機(jī)供應(yīng)給負(fù)載的電能是，為轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)發(fā)電機(jī)所供應(yīng)得機(jī)械能（火力或水力）變換而來(lái)的能量。磁鐵持有的能量未被消耗，所以磁鐵不會(huì)變?nèi)?。?1章熱電式傳感器1熱電偶冷端溫度對(duì)熱電偶的熱電勢(shì)有什么影響？為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？半導(dǎo)體熱敏電阻的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？在電路中是怎樣克服的？2PN結(jié)為什么可以用來(lái)作為溫敏元件？3集成溫度傳感器的測(cè)溫原理，有何特點(diǎn)？4如果需要測(cè)量1000和20溫度時(shí)，分別宜采用哪種類型的溫度傳感器？5采用一只溫度傳感器能否實(shí)現(xiàn)

32、絕對(duì)溫度、攝氏溫度、華氏溫度的測(cè)量？怎樣做？6熱電阻傳感器主要分為幾種類型？它們應(yīng)用在什么不同場(chǎng)合？7什么叫熱電動(dòng)勢(shì)、接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)？說(shuō)明熱電偶測(cè)溫原理及其工作定律的應(yīng)用。分析熱電偶測(cè)溫的誤差因素，并說(shuō)明減小誤差的方法。8試述熱電偶測(cè)溫的基本原理和基本定理。9試比較電阻溫度計(jì)與熱電偶溫度計(jì)的異同點(diǎn)。10試解釋負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性并說(shuō)明其用途。11有一串聯(lián)的熱敏電阻測(cè)溫電路，如圖所示。試設(shè)計(jì)其最佳線性工作特性，并計(jì)算其線性度，最后，用坐標(biāo)紙每5一點(diǎn)繪出電路圖中u=f(t)的曲線。12。鉑線電阻在20。C時(shí)為10。求50。C時(shí)的電阻。13下圖1所示的鉑測(cè)溫電阻元件，當(dāng)溫度由0。

33、C上升到100。C時(shí)，電阻變化率R/R0為多少?下圖2所示的熱敏電阻（R0=28k），其R/R0為多少?圖1圖214。上圖1 所示的鉑測(cè)溫電阻元件，在0200。C范圍內(nèi)的電阻溫度系數(shù)為多少？15要測(cè)1000。C左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測(cè)1500。C左右的高溫呢？16使用k型熱電偶，基準(zhǔn)接點(diǎn)為0。C、測(cè)量接點(diǎn)為30。C和900。C時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)分別為1.203mV和37.326mV。當(dāng)基準(zhǔn)接點(diǎn)為30。C，測(cè)溫接點(diǎn)為900。C時(shí)的溫差電動(dòng)勢(shì)為多少？17。0。C時(shí)鉑金熱電阻的阻值為100。按下圖所示進(jìn)行溫度測(cè)量。R1=100,R2=200,R3=300時(shí)橋路達(dá)到平衡。此時(shí)溫度為多少？假設(shè)

34、鉑金電阻的溫度系數(shù)為0.003851。C-1，電阻與溫度成線性關(guān)系，另外導(dǎo)線的電阻可忽略不計(jì)。180。C時(shí)的電阻為100的鉑金熱電阻。300。C時(shí)的阻值按下面兩種方法計(jì)算，其結(jié)果之差換算成溫度差是多少？電阻用溫度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2）式中B=0，A=0.003851。C-1。（此時(shí)100。C時(shí)的電阻值為138.51）電阻值與溫度為二次函數(shù)關(guān)系。用一次方程近似時(shí)，溫度誤差為多少？19某熱敏電阻0。C時(shí)電阻為30k,若用來(lái)測(cè)量100。C物體的溫度，其電阻為多少？設(shè)熱敏電阻的系數(shù)B為3450K。20和人體體溫（36。C）相同的黑體，其熱輻射的分光輻射輝度為最大時(shí)波長(zhǎng)為多少？&

35、#160;答案：6答：  熱電阻傳感器分為以下幾種類型：鉑電阻傳感器：特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。銅電阻傳感器：價(jià)錢(qián)較鉑金屬便宜。在測(cè)溫范圍比較小的情況下，有很好的穩(wěn)定性。溫度系數(shù)比較大，電阻值與溫度之間接近線性關(guān)系。材料容易提純，價(jià)格便宜。不足之處是測(cè)量精度較鉑電阻稍低、電阻率小。鐵電阻和鎳電阻：鐵和鎳兩種金屬的電阻溫度系數(shù)較高、電阻率較大，故可作成體積小、靈敏度高的電阻溫度計(jì)，其缺點(diǎn)是容易氧化，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易提純，復(fù)制性差，而且電阻值與溫

36、度的線性關(guān)系差。目前應(yīng)用不多7答：熱電動(dòng)勢(shì)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B串接成一個(gè)閉合回路，并使兩個(gè)結(jié)點(diǎn)處于不同的溫度下，那么回路中就會(huì)存在熱電勢(shì)。有電流產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)或塞貝克電勢(shì)，通稱熱電勢(shì)。 接觸電動(dòng)勢(shì)：接觸電勢(shì)是由兩種不同導(dǎo)體的自由電子，其密度不同而在接觸處形成的熱電勢(shì)。它的大小取決于兩導(dǎo)體的性質(zhì)及接觸點(diǎn)的溫度，而與導(dǎo)體的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。溫差電動(dòng)勢(shì)：是在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的一種電勢(shì)。熱電偶測(cè)溫原理：熱電偶的測(cè)溫原理基于物理的"熱電效應(yīng)"。所謂熱電效應(yīng)，就是當(dāng)不同材料的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，那么在回路中將會(huì)

37、產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。兩點(diǎn)間的溫差越大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大。引入適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的大小，就可測(cè)得溫度的大小。熱電偶三定律：a 中間導(dǎo)體定律：熱電偶測(cè)溫時(shí)，若在回路中插入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，則對(duì)熱電偶回路總的熱電勢(shì)不產(chǎn)生影響。在用熱電偶測(cè)溫時(shí)，連接導(dǎo)線及顯示一起等均可看成中間導(dǎo)體。b 中間溫度定律：任何兩種均勻材料組成的熱電偶，熱端為T(mén)，冷端為T(mén) 時(shí)的熱電勢(shì)等于該熱電偶熱端為T(mén)冷端為T(mén)n時(shí)的熱電勢(shì)與同一熱電偶熱端為T(mén)n，冷端為T(mén)0時(shí)熱電勢(shì)的代數(shù)和。應(yīng)用：對(duì)熱電偶冷端不為0度時(shí)，可用中間溫度定律加以修正。熱電偶的長(zhǎng)度不夠時(shí)，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償線路。c參考電極定律

38、：如果A、B兩種導(dǎo)體（熱電極）分別與第三種導(dǎo)體C（參考電極）組成的熱電偶在結(jié)點(diǎn)溫度為（T，T0）時(shí)分別為EAC（T，T0）和EBC（T，T0），那么受相同溫度下，又A、B兩熱電極配對(duì)后的熱電勢(shì)為EAB（T，T0）= EAC（T，T0）- EBC（T，T0）實(shí)用價(jià)值：可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。在實(shí)際工作中，只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)鉑電極配對(duì)的熱電勢(shì)，那么由這兩種熱電極配對(duì)組成熱電偶的熱電勢(shì)便可由上式求得，而不需逐個(gè)進(jìn)行測(cè)定。誤差因素：參考端溫度受周圍環(huán)境的影響減小誤差的措施有：a 0oC恒溫法b 計(jì)算修正法（冷端溫度修正法）c 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法d 熱電偶補(bǔ)償法e 電橋補(bǔ)償法f 冷端延長(zhǎng)線法。8.