傳感器原理題庫

1、“傳感技術(shù)及應用”題庫1、 緒論1.什么是傳感器？（傳感器定義）傳感器由哪幾個部分組成？分別起到什么作用？2.解釋下列名詞術(shù)語：敏感元件;2)傳感器; 3)信號調(diào)理器;4)變送器。討論習題1.什么是傳感器？常用的分類方法有哪兩種？思考題1. 傳感器特性在檢測系統(tǒng)中起到什么作用？2、 傳感器的一般特性判斷以下各題正確與否：1.傳感器是一種測量器件或裝置，它將被測量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出，一般系統(tǒng)有輸入和輸出，所以均可看作傳感器。2.傳感器的靜態(tài)特性曲線表示法一般有方程表示法，曲線表示法，列表表示法三種，但是它們嚴格意義上是等效的。3.遲滯誤差、非線性誤差和重復性誤差都會給測量結(jié)果帶來誤差，但它

2、們都可用統(tǒng)計平均的辦法減少。4.傳感器的閾值，實際上就是傳感器在零點附近的分辨力。5.某位移傳感器的測量量程為1mm，分辨力為0.001 mm，這說明傳感器的靈敏度很高，其靈敏度為0.1 %。6.傳感器A采用最小二乘法擬合算得線性度為土0.6%，傳感器B采用端點直線法算得線性度為±0.8%，則可以肯定傳感器A的線性度優(yōu)于傳感器B。7.無論何種傳感器，若要提高靈敏度必然會增加非線性誤差。8.幅頻特性優(yōu)良的傳感器，其動態(tài)范圍大，故可以用于高精度測量。討論習題1.傳感器的性能參數(shù)反映了傳感器的什么關(guān)系？2.靜態(tài)參數(shù)有哪些？各種參數(shù)代表什么意義？3.動態(tài)參數(shù)有那些？應如何選擇？思考題1.對于

3、一階傳感器而言，傳感器的時間常數(shù)越小，工作頻域越寬，動態(tài)響應越好。2.對于二階傳感器而言，可以通過減小傳感器運動部分質(zhì)量和增加彈性敏感元件的剛度來提高傳感器的固有頻率。3、 電阻式傳感器1什么是應變效應？什么是壓阻效應？什么是橫向效應？2. 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(shù)？3一個量程為10kN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20mm,內(nèi)徑18mm,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；計算傳感器在滿量程

4、時，各應變片電阻變化；當橋路的供電電壓為10V時，計算傳感器的輸出電壓。4.應變片產(chǎn)生溫度誤差的原因及減小或補償溫度誤差的方法是什么？5.某次測定金屬絲電阻溫度關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)如下表t()17.820.937.748.258.8Rt ()3.5543.6873.8273.9694.105試正確繪制R-t關(guān)系并求出0時的電阻阻值。6.有一測量吊車起吊物質(zhì)量的拉力傳感器如圖(a)所示。電阻應變片R1、R2、R3、R4貼在等軸截面上。已知等截面軸的截面積為0.00196m2，彈性模量，泊松比為0.3，R1、R2、R3、R4標稱值均為120、靈敏度為2.0，它們組成全橋如圖(b)所示，橋路輸入電壓為2V

5、，輸出電壓為1.0mV，求：等截面袖的縱向應變及橫向應變；重物m有多少噸？7.半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片介入電橋時，應放在鄰邊。8.橋路（差動電橋）測量存在非線性誤差，是因為_。9.應變式傳感器可用于溫度測量嗎？10.一阻值120的應變式電阻傳感器靈敏系數(shù)，將該應變片用阻值為12的導線連接到測量系統(tǒng)，求應變片靈敏系數(shù)=1.82。11.設計一只測量線位移的精密線繞電位器，測量范圍010mm，分辨力為50m，靈敏度為2.7V/mm，電阻絲材料選用鉑銥金絲，其電阻率=3.15×10-4.mm，當電位器的負載電阻Rf=10k。求電位器的最大負載誤差。12.下圖是熱敏電阻溫度傳感器

6、的線性化電路，設TL、TH、TM分別為測溫的下限、上限和測溫范圍的中點，其對應的熱敏電阻值已知為RL、RH、RM，為保證熱敏電阻輸出的線性，請推導串聯(lián)在熱敏電阻中的R的最佳值是多少？ 討論習題1試說明金屬應變片與半導體應變片的相同和不同之處。思考題1在傳感器測量電路中，直流電橋與交流電橋有什么不同，如何考慮應用場合？用電阻應變片組成的半橋、全橋電路與單橋相比有哪些改善？4、 電感式傳感器1.敘述變磁阻式傳感器的工作原理。2.說明差動變壓器（螺線管式）傳感器的結(jié)構(gòu)形式與輸出特性。3.什么是零點殘余電壓，有哪些方法可以進行殘余電壓補償？4.用差動變壓器進行位移測量時采用那種電路形式可以直接由輸出電

7、壓區(qū)別位移的大小和方向？5.什么是電渦流效應？電渦流傳感器可以進行哪些非電量參數(shù)測量？分別利用哪些物理量進行檢測，由哪個電參量轉(zhuǎn)換進行電量輸出的？6電感式傳感器有哪些種類？它們的工作原理是什么？7如圖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，設鐵心及銜鐵的相對磁導率為104，空氣的相對磁導率為1，真空的磁導率為4×10-7Hm-1,試計算氣隙長度為零及為2mm時的電感量。圖中所注尺寸單位均為mm.8問振幅是5V，頻率是1000Hz的正弦波交流的有效值為多少？周期為多少？9.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?。?0.將非電量的變化轉(zhuǎn)換成

8、線圈_ (或_)變化，這種測量裝置叫做電感式傳感器。該傳感器按轉(zhuǎn)換原理不同可分為_式或_式兩大類。11.判斷題：. 對變間隙的電容式傳感器而言即使采用差動結(jié)構(gòu)也不能完全消除非線性誤差。. 差動電感傳感器不能完全消除非線性誤差。. 電感式傳感器和渦流式傳感器都是通過電感量的變化檢測信號的，所以它們結(jié)構(gòu)和工作原理沒有任何不同。. 自感式電感傳感器改變空氣隙等效截面積類型變換器轉(zhuǎn)換關(guān)系為非線形的，改變空氣隙長度類型的為線形的。. 變壓器式電感傳感器多采用差動結(jié)構(gòu)，并用線圈間互感M的大小確定被測非電量的數(shù)值。討論習題1.請簡述電渦流傳感器的工作原理，并舉出兩種傳感器的測量電路，說明電路的測量原理。調(diào)頻

9、式電感傳感器轉(zhuǎn)換電路由于輸出信號是脈沖信號，因此抗干擾能力強，易于數(shù)字化和遠距離傳輸信號。2.分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？思考題1差動電感結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點，采用什么電路可有線形輸出？2簡述電渦流效應及構(gòu)成電渦流傳感器的可能的應用場合。5、 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.電容傳感器的測量電路有哪些？敘述二極管雙T型交流電橋工作原理。4差動式電容測厚傳感器系統(tǒng)的工作原理？5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。6試推導變電介質(zhì)電容式位移傳感器的特性方程C=f(x)。設真空的介電系數(shù)為0, 21 ，以及極板寬度

10、為W。7. 在上題中，設=d=1mm，極板為正方形（邊長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，并給以適當說明。8. 簡述電容式傳感器用差動脈沖調(diào)寬電路的工作原理及特點。9.電容傳感器有哪三種類型，試從輸入輸出關(guān)系的角度說明各自的特點，對于非線性類型采用什么方法來改善？10.由于電容傳感器的初始電容_，因此，該傳感器的關(guān)鍵問題是_的影響極其嚴重，這不僅會造成傳輸效率_，靈敏度_，而且會產(chǎn)生很大的_。11.變面積電容式傳感器如圖(a)所示，BC形成恒定電容CF，絕緣導桿D伸入圓柱極板A中使得AC電容CX變化，運算放大器如圖(b)所示，求：導桿D每伸入1

11、mm引起的電容變化量； Ui=6V時，求Uo。（） (a) (b)12.電容傳感器外圓半徑R=8mm,內(nèi)圓柱外半徑r=7.25mm,外圓筒與內(nèi)圓筒覆蓋部分長度l=16mm,計算電容傳感器電容量=_，當移動0.5mm時的電容變化量_。13.對變間隙的電容式傳感器而言即使采用差動結(jié)構(gòu)也不能完全消除非線性誤差嗎？14.電容傳感器有哪三種類型，試從輸入輸出關(guān)系的角度說明各自的特點，對于非線性類型采用什么方法來改善？討論習題1根據(jù)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？2.如果電容傳感器的電纜丟失了，更換另一根電纜后，可以不必對測量系統(tǒng)重新進行標定，也可直接使用。思考題1.為什

12、么電感式和電容式傳感器的結(jié)構(gòu)多采用差動形式，差動結(jié)構(gòu)形式的特點是什么？2總結(jié)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。6、 磁電式傳感器1.為什么說磁電感應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？可以檢測哪些非電量？3.什么是霍爾效應？霍爾電勢的大小與方向和哪些因素有關(guān)？影響霍爾電勢的因素有哪些？4.集成霍爾器件有哪幾種類型？試畫出其輸出特性曲線。5.有一測量轉(zhuǎn)速裝置，調(diào)制盤上有100對永久磁極，N、S極交替放置，調(diào)制盤由轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，在磁極上方固定一個霍爾元件，每通過一對磁極霍爾元件產(chǎn)生一個方脈沖送到計數(shù)器。假定t=5min采樣時間內(nèi)，計數(shù)器收到N=15

13、萬個脈沖，求轉(zhuǎn)速n=？轉(zhuǎn)/分。6.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？簡述磁敏二極管、晶體管工作原理。7.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？8試證明霍爾式位移傳感器的輸出與位移成正比。9.磁電式傳感器通常用于測量速度，這是由于它的質(zhì)量塊的位移與速度成正比。10.簡答：寫出霍爾電壓的表達式，并給出消除不等位電勢的方法。11.當控制磁感應強度為零，控制電流為額定值時，霍爾電極間的空載電勢稱為不等位電勢（或零位電勢）。12.如何采用恒流源和輸入并聯(lián)電阻對霍爾元件進行溫度補償，求出并聯(lián)電阻。（設溫度時，霍爾元件的靈敏度系數(shù)為，輸入電阻為，溫

14、度上升到 時，它們分別為、。，其中為霍爾元件靈敏度系數(shù)；為元件的輸入電阻溫度系數(shù)。（假設不隨溫度變化）。霍爾片采用恒流源供電，為補償溫度誤差，采用在輸入回路并聯(lián)電阻，如下圖示，若已知霍爾元件靈敏度溫度系數(shù)為，霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù)為，溫度t0時的輸入電阻為Ri0，請推導并聯(lián)的電阻RP的大小。13.霍爾元件用于測量磁場，它通常不用金屬而由磁性半導體材料如鍺、砷化銦等制成。14.不管霍爾效應還是磁阻效應都是洛倫磁力作用的結(jié)果。15.簡述霍爾傳感器測量磁場的原理。16.霍爾片采用恒壓源供電，為補償溫度誤差，采用在輸入回路串聯(lián)電阻RP，如下圖示，若已知霍爾元件靈敏度溫度系數(shù)為，霍爾元件輸入電阻溫度系

15、數(shù)為，溫度t0時的輸入電阻為Ri0，請推導并聯(lián)的電阻RP的大小。IHRPVVH 討論習題1. 霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢的概念是什么？溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？2磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？3. 簡述霍爾效應及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應用場合。思考題1.磁電式傳感器是速度傳感器，它如何通過測量電路獲得相對應的位移和加速度信號？2.發(fā)電機是利用導線在永久磁鐵的磁場中作旋轉(zhuǎn)運動而發(fā)電的。無論負載怎樣消耗這個電能，永久磁鐵不會變?nèi)?，這是什么道理？7、 壓電式傳感器1. 判斷題：1）沿機械軸（Y-Y）方向施加作用力時，產(chǎn)生的電荷量與壓電晶片的幾何尺寸有關(guān)。2）壓電式傳感

16、器如果使用電荷放大器作為前置放大器，在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。3）電荷放大器是將傳感器輸出的電荷進行放大的前置放大器，由于它可以使用較長的電纜，因而得到廣泛應用。4）石英晶體和壓電陶瓷均呈壓電現(xiàn)象，壓電機理也一樣，但后者的壓電常數(shù)要大的多。5）在壓電式傳感器的測量線路中，電荷放大器的低頻特性要比電壓放大器的好的多。6）壓電晶體有三個互相垂直的軸，分別為X軸（電軸）、Y軸（力軸）、Z軸（光軸），當沿某一軸的方向施加外作用力時，會在另外兩個軸的表面出現(xiàn)電荷。2.什么是正壓電效應？什么是逆壓電效應？壓電效應有哪些種類？壓電傳感器的結(jié)構(gòu)和應用特點是什么？能否用壓電傳感器測量靜態(tài)壓力？

17、3.石英晶體X、Y、Z軸的名稱是什么？有哪些特征？4.說明電壓放大器與電荷放大器的優(yōu)缺點，各自要解決什么問題？5.用石英晶體加速度計及電荷放大器測量機器振動，已知，加速度計靈敏度為5pc/g;電荷放大器靈敏度為50mv/p，最大加速度時輸出幅值2v，試求機器振動加速度。6超聲波傳感器利用壓電材料制成發(fā)射器和接收器，說明它們各利用哪種壓電效應？7簡述壓電式加速傳感器的工作原理？8. 一個等效電容為450pF的壓電式水聽器與同相放大器相連，試確定為獲得100的增益及在5Hz處增益誤差小于10%的電路無源元件之值。9.有一個振動頻率為10K的被測體需要測量其振動參數(shù)，應選用壓電式傳感器進行測量。10

18、.石英晶體的壓電效應有何特點？已知石英晶體壓電片上的極性如圖（a）所示，試標出圖（b）、（c）、（d）所示的石英晶體壓電片上電荷的極性，并結(jié)合圖說明什么叫縱向壓電效應？什么叫橫向壓電效應？xFxFxyxFx+Fxy（a）x方向受壓力 （b）x方向受拉力xFyFyyxFyFyy（c）y方向受壓力 （d）y方向受拉力11.壓電傳感器配用電路常采用電荷放大器，問：根據(jù)壓電材料的等效模型推導電荷放大器輸出電壓與電荷的關(guān)系；說明電荷放大器有何特點。討論習題1電荷放大器所要解決的核心問題是什么？試推導其輸入輸出關(guān)系。2.簡述壓電陶瓷特性，作為壓電元件比較他與石英晶體有哪些特點？思考題1.為什么壓電傳感器通

19、常都用來測量動態(tài)或瞬態(tài)參量？2.設計壓電式傳感器檢測電路的基本考慮點是什么？為什么？8、 熱電式傳感器1.判斷題：a) 熱電偶使用時，常配用冷端延長線，延長線可以采用任何一種金屬材料制造。b) 把N支相同型號的熱電偶依次將正、負極連接，則串聯(lián)線路的相對誤差會減少。c) 兩種金屬相接觸時會產(chǎn)生接觸電勢，兩種半導體也會產(chǎn)生接觸電勢，但金屬和半導體間不會產(chǎn)生接觸電勢。d) 熱電偶傳感器的中間導體定律保證了接入熱電偶回路中的第三甚至第四種導體只要它們幾端的溫度相同就一定不會影響回路的總電勢。e) 熱電偶的補償導線法與零度恒溫法一樣，可完全消除冷端溫度變化帶來的測溫誤差。f) 熱電偶的工作機理是導體的熱

20、電效應。而熱電勢的產(chǎn)生必須具備兩個條件，即兩種導體材質(zhì)不同且兩個節(jié)點的溫度不同。2.已知銅熱電阻Cu100的百度電阻比W(100)=1.42，當用此熱電阻測量50溫度時，其電阻值為_歐；若測溫時的電阻值為83歐，則被測溫度是_（保留小數(shù)點后兩位）3. 敘述并證明熱電偶參考電極定律，其中k為玻爾茲曼常數(shù)；e為電子電荷量；nA、nB、 nC分別為材料A、B、C的自由電子密度；、分別為材料A、B、C的湯姆遜系數(shù)。且已知在某特定條件下材料A與鉑配對的熱電勢為13.967mV，材料B與鉑配對的熱電勢是8.345mV，求出在此特定條件下，材料A與材料B配對后的熱電勢。(材料A在前，材料B在后)TCT0TA

21、BT0TA4.將一靈敏度為0.08 mV/的熱電偶與電壓表相連接，電壓表接線端是50，若電位計上讀數(shù)是60mV，熱電偶的熱端溫度是_。5.用兩個AD590測量兩點溫度差的電路如圖所示，設1# 和2# AD590處的溫度分別為t1（）和t2（）。圖中電位器R2用于調(diào)零，電位器R4用于調(diào)整運放LF355的增益。試求出輸出電壓Vo與溫差t1-t2的關(guān)系。6.下圖是熱敏電阻的伏安特性曲線，1）請對曲線進行分析；2）用該熱敏電阻測量溫度時，應該利用曲線的哪一段，說明原因；3）用該熱敏電阻測量風速或流量時，應該利用曲線的哪一段，說明原因。7集成溫度傳感器的測溫原理，有何特點？8如果需要測量1000和20溫

22、度時，分別宜采用哪種類型的溫度傳感器？9什么叫熱電動勢、接觸電動勢和溫差電動勢？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素，并說明減小誤差的方法。10試述熱電偶測溫的基本原理和基本定理。11試解釋負電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的伏安特性并說明其用途。12使用k型熱電偶，基準接點為0、測量接點為30和900時，溫差電動勢分別為1.203mV和37.326mV。當基準接點為30。C，測溫接點為900時的溫差電動勢為多少？13. 0時鉑金熱電阻的阻值為100。按下圖所示進行溫度測量。R1=100,R2=200,R3=300時橋路達到平衡。此時溫度為多少？假設鉑金電阻的溫度系數(shù)為0.003

23、851-1，電阻與溫度成線性關(guān)系，另外導線的電阻可忽略不計。140時的電阻為100的鉑金熱電阻。300時的阻值按下面兩種方法計算，其結(jié)果之差換算成溫度差是多少？15.電阻用溫度的一次方程表示，RT=R0（1+At+Bt2）式中B=0，A=0.003851-1。（此時100時的電阻值為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，溫度誤差為多少？討論習題1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？半導體熱敏電阻的主要優(yōu)缺點是什么？在電路中是怎樣克服的？2試比較電阻溫度計與熱電偶溫度計的異同點。思考題1要測1000。C左右的高溫，用什么類型的熱電偶好？要測1500。C左右

24、的高溫呢？2熱電偶冷端溫度對熱電偶的熱電勢有什么影響？為消除冷端溫度影響可采用哪些措施？9、 光電式傳感器1.判斷題：1）光柵利用莫爾條紋可以測量長度、角度和進行光譜分析。2）功能型光纖傳感器是利用光纖的敏感特性進行測量，比如光纖液位傳感器。3）光敏二極管和磁敏二極管使用時與光電池不同，二者均在反向偏置下工作。4）硫化鎘光敏電阻和硫化鉛光敏電阻的尺寸一樣時可相互替代。5）光電池和光敏二極管都是建立在內(nèi)光電效應基礎(chǔ)上，工作電路也一樣。6）通常外光電效應有紅限頻率，而內(nèi)光電效應無紅限頻率。.由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不宜用做測量元件。但由于光敏電阻的響應時間很短，因此可以用做高速光電開

25、關(guān)。7）光纖是利用光的折射原理工作的，光纖由纖芯和包層構(gòu)成，且纖芯的折射率小于包層的折射率。8）由于光電池的開路輸出電壓與光強成正比，因此可以用于測量光強。9）CCD圖像傳感器是由電荷耦合器件CCD與光敏二極管陣列集成為一體的具有自掃描功能的固態(tài)傳感器。10）由于光敏電阻的光照特性是非線性的，因此不宜用做測量元件。但由于光敏電阻的響應時間很短，因此可以用做高速光電開關(guān)。11）光纖是利用光的折射原理工作的，光纖由纖芯和包層構(gòu)成，且纖芯的折射率小于包層的折射率。12）由于光電池的開路輸出電壓與光強成正比，因此可以用于測量光強。13） CCD圖像傳感器是由電荷耦合器件CCD與光敏二極管陣列集成為一體

26、的具有自掃描功能的固態(tài)傳感器。14）光導管是內(nèi)光電效應的典型代表器件。2.什么是外光電效應？內(nèi)光電效應？光生伏特效應？光電導效應？3.光電器件中的光照特性、光譜特性分別描述的是光電器件的什么性能？4.試述光敏電阻、光敏晶體管、光電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理。5.敘述電荷耦合器件（CCD）的結(jié)構(gòu)和存儲電荷與轉(zhuǎn)移電荷的工作過程。6.光纖傳感器在位移測量中有哪些特點？反射光的光強弱對測量有哪些影響？7.求光纖n1=1.46， n2=1.45的NA值；外部n0=1時，求最大入射角=？。8.在用光開關(guān)檢測物體的系統(tǒng)中，由受光器的受光次數(shù)，可計算通過輸送帶上物體的個數(shù)，那么，用輸送帶搬運兩種高度的物體時，畫出能分別計算兩種高度的物體個數(shù)的系統(tǒng)組成圖。9圖示為光纖傳光示意圖，若空氣的光折射率為n0，要使光纖的入射光在光纖纖芯內(nèi)全反射，則q0至多為多少？寫出推導過程。并表述數(shù)值孔徑的意義。n1n2q1j110下圖為CCD讀出移位寄存器結(jié)構(gòu)原理圖和三個電極f1、f2、f3上所施加的脈沖波形。請根據(jù)t1t4各時刻